应用数字化实验平台优化高中物理教学的实践研究

陈 龙

(兴化市昭阳中学,江苏 兴化 225700)

高中物理是高中阶段非常重要的学科,作为高中阶段需掌握的研究自然现象和基本规律的学科知识,涉及的知识点在日常生活中有广泛的实践应用,能够培养创新精神、观察力、实验设计和数据分析的能力、逻辑思维和创造性思维等能力,也是高考中的重要科目.综上,高中物理具有重要的作用和意义,需要学生在学习时扎实掌握知识点,培养创新精神和实践能力,为未来的学习和工作打下坚实的基础[1].但目前教学实效不佳,存在多方面的问题.

1 高中物理教学目前存在的问题

1.1 教学观念和方法落后

很多教师依然坚持陈旧教学观念和方法,教学方式过于古板,缺乏教学创新.课堂上往往以教师为中心,采用“填鸭式”教学,学生只是被动接受知识,导致课堂气氛沉闷,学生学习积极性不高.

1.2 实验教学环节缺乏

高中物理的实践教学主要体现在实验教学方面,但是目前我国高中物理教学普遍缺乏实验教学环节.一方面是因为实验器材的缺乏,导致很多实验无法正常进行;另一方面是因为教师对实验教学的重视程度不够,或者担心实验安全问题等原因,导致实验课程开设不足.

1.3 教学方式单一

目前我国高中物理教学方式比较单一,主要以讲授式教学为主,缺乏多样化的教学方式.这种单一的教学方式难以激发学生的学习兴趣和主动性,也不利于学生综合素质的培养.

总体来说,高中物理教学现状存在诸多问题,需要在教学实践中不断探索和创新,改变教学理念和教学方式,探索更适应学生的教学方式.要实现高中物理教学的优化实践,首先需要剖析其中的实践难点,究其根源对症下药.

2 高中物理教学的实践难点

2.1 课程内容抽象

高中物理课程内容是在初中物理声学、光学、热学、力学、电学、磁学部分内容基础上的再延伸、再探索,通过定性到定量、形象思维到抽象思维的转变,将初中课程内容与高中课程内容衔接起来,形成整个高中物理的知识体系,包括力学、热学、光学、电磁学、原子物理学五大学科部分.综合来说,高中物理课程内容囊括了自然科学的基础性知识,经总结的定理、定律等具有抽象性.从五大学科部分分别来说,各具抽象性:如力学中力的合成与分解、功和能、天体运动,热学中热和功、能量守恒,光学中波动性、粒子性,电磁学中电场、电路、磁场,原子物理学中聚变、裂变等相关理论.由于无法具象,教学内容只能通过书面化传授,对学生而言抽象无形,很难真正理解其中含义并举一反三,学有其用.

2.2 实操存在局限

鉴于物理学科的抽象性,需要利用其他授课方式来辅助教学.为了配套课程内容,具备实验条件的学校都配备了实验课程,如长度测量、匀变速直线运动、弹力和弹簧伸长的关系(胡克定律)探究性实验、验证动量守恒定律、平抛物体的运动等.但可实操的实验课程存在局限:一是实验内容简单,操作步骤简单,主要通过观察获得印证性结论;二是实验条件宽松,为保证学生安全,实验环境有限,只能提供基础性实验,达不到教学效果;三是实验设施配备不均衡,物理学科的实验设施设备大多造价较高,开设实验课程需要足够的经费支持.综上来说,实操性的实验教学的局限性很难逐一消除,还需要探索更科学的教学方式.

2.3 教学实效不佳

高中物理作为高考中分数占比较高的学科,其重要性不言而喻,教学实效是教师和学生都密切关注的问题.但从现状来看,教师对授课过程、考试检测结果没有信心,仅有极少部分天赋型学生能取得较好成绩;学生对物理普遍缺乏学习主动性、存在物理自卑心态,即使投入精力也无济于事.为提高教学质量,物理学科的教学也积极转变,创新教学方式,在书本化的基础上增加实验操作、动画展示、案例讲解等方式,但收效仍然不佳.

3 数字化实验平台的优势

随着大数据时代的到来,数字化成为可应用于经济社会发展方方面面的基础性支撑,物理教学正需要这种系统性的应用,不同于部分简单的数字化应用,如设计实验程序、VR虚拟仿真等,搭建数字化实验平台,能够将所有高中物理教学内容嵌入,成为物理教学的重要教学工具.数字化实验平台通常包括传感器、数据采集器、计算机及相关软件等,根据教学需要自主设计,数字化实验平台能够实现实验数据的精准记录、数据的自动化处理和丰富的模拟实验,将抽象具体化,着力提高教学实效性[2].

3.1 实验数据的精准化

传统的物理实验,主要为人工操作和人工记录数据,不仅增加了实验中的人为误差,还可能导致数据的不准确,背离了实验的初衷.而数字化实验平台可以通过传感器等设备自动采集实验数据,实现数据的实时记录、整理和分析,同时实现线上数据的推送、管理,教师端能直观看到所有学生的实验情况,并及时给予实验指导,由此不仅保证了实验数据的精准性,更有利于学生进行自我操作和自主探究,同时增进师生交流.

3.2 实验过程的自动化

传统的物理实验,步骤略少的效用不高,步骤较复杂的需要严格按照步骤操作,步骤错误可能引发安全问题.数字化实验平台通过计算机程序控制实验设备和仪器,自动化完成实验流程.学生只需要按照预设的程序进行操作即可,大大降低了实验操作的难度和复杂度,增加安全性,同时使学生有更多的时间进行实验操作和数据分析.另外,数字化实验平台还能实现实时监控和动态调整,保证实验的稳定性和可靠性.

3.3 实验教学的个性化

传统的物理实验只能按照现有设备开展固定的实验项目,数字化实验平台具有较高的交互性和自主性,可以提供丰富的模拟实验,让学生可以在安全的环境下进行各种尝试.教师可以根据学生的学习需求和兴趣爱好设计不同的实验内容,学生也可以通过平台自行选择实验难度、模式,自主探究相关实验的其他方面,由此能进一步激发学生的学习兴趣和主动性,提高教学效果.

数字化实验平台若应用于高中物理教学,教学效果必将得到极大程度地优化:一是提高教学效率.数字化实验平台可以快速准确地记录和处理实验数据,使教师有更多的时间进行深入的实验教学和学生的个性化指导.二是增强学习效果.数字化实验平台通过具象化的方式将抽象的物理理论知识呈现给学生,使学生能够更好地理解和掌握物理知识.三是提升实践能力.通过自主探究实验,学生的实践能力得到了锻炼和提高,对于物理知识的理解和掌握也更加深入.

4 数字化实验平台在高中物理教学的应用实践

数字化实验平台应用于高中物理教学中,作为一种创新的教学方式,如何实现应用、应用到具体哪些方面还需要更多的探索.本文立足于数字化实验平台的基本功能,从物理概念教学、实验教学、自主学习三大方面进行应用.通过精准化、自动化和个性化的教学方式,帮助学生更好地理解和掌握物理知识,提高教学效果和学生的学习效果,以有效优化高中物理教学.

4.1 物理概念教学中的应用

物理概念是物理学的基础,但由于其较为抽象,一直是学生的学习难点.数字化实验平台可以通过可视化的方式将物理概念具象化,帮助学生更好地理解和掌握.例如,在教授“加速度”时,教师可以利用数字化实验平台模拟不同物体的运动过程,让学生通过观察和数据分析理解加速度的概念及计算方法,从而更好地掌握这一知识点;在教授“万有引力定律”时,教师可以利用数字化实验平台模拟天体运动的过程,让学生在观察天体运动的过程中理解万有引力定律的内涵和应用.

4.2 实验教学中的应用

物理实验是物理学的重要组成部分,也是提高学生实践能力和创新思维的重要手段,但目前学生真正参与其中的物理实验过少,即使可实质性参与的实验也效果不佳.数字化实验平台可以通过自动化和精准化的方式提高实验教学的效果.例如,在教授“自由落体运动”这一实验时,教师可以利用数字化实验平台测量和记录物体下落的时间和速度,并自动计算出重力加速度等数据,从而更好地指导学生完成实验并掌握相关知识.这样不仅可以减少学生的操作难度,而且可以让学生有更多的时间进行实验分析和讨论.

4.3 自主学习中的应用

物理学科因其抽象性,学生很难形成主动学习,数字化实验平台由于其交互性和自主性,可以很好地支持学生的自主学习.学生可以通过平台进行自主探究和学习,提高自己的学习效果.例如,在教授“天体运动”这一内容时,教师可以在数字化实验平台中设置学生熟知的天体,搜集学生意见,以某个天体为例,展开运动定律、原理的讲解.在互动讨论环节,请学生以其他天体开展实验,以此增加对抽象的天体运动的认知.在教授“电磁波”这一内容时,教师可以设置一系列的自主探究实验,让学生通过数字化实验平台自主进行电磁波的发射和接收实验,从而深入理解电磁波的特性和工作原理.

5 结束语

针对当前高中物理教学效果不佳的现状,本文通过存在问题的分析和实践难点的梳理,立足教学观念和方法落后、实验教学环节缺乏、教学方式单一三方面问题,剖析出课程内容抽象、实操存在局限、教学实效不佳三大难点,针对性提出将数字化实验平台应用于高中物理教学,利用其实验数据精准化、实验过程自动化、实验教学个性化的明显优势和特点,探索在物理概念教学、实验教学、自主学习三大方面展开应用.以期由浅入深、由简至繁,帮助学生更好地理解和掌握物理概念、规律和实验等各方面知识,提高教师教学效果和学生学习效果.展望未来,期望数字化实验平台能够更加完善和普及,为更多的物理教师和学生提供优质的教学服务.同时,也期待教育工作者能够积极探索和实践,将数字化技术更好地应用到物理教学中,以推动物理教学取得高质量教育成效.