數(shù)字化信息系統(tǒng)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

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摘要：伴隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升，信息技術(shù)也得到了較為廣泛的推廣與普及，給人民群眾的日常生活帶來了較大的便利。而在新課程標(biāo)準(zhǔn)改革的背景之下，也逐步開始應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)來輔助教學(xué)，其中在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)引入了數(shù)字化信息系統(tǒng)，在初期取得了一定的成效。但隨著物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的逐步深入，暴露出了各種各樣的問題，諸如教師及學(xué)生對(duì)該系統(tǒng)不夠熟悉、教師所采取的教學(xué)策略較為陳舊等，都是制約數(shù)字化信息系統(tǒng)發(fā)揮自身作用的關(guān)鍵因素?；诖耍恼陆榻B了數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的基本作用，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐分析了數(shù)字化信息系統(tǒng)應(yīng)用與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所暴露出來的問題，并給出了相應(yīng)的解決策略。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；數(shù)字化信息系統(tǒng)；物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

當(dāng)前將數(shù)字化信息系統(tǒng)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，極大地提升了物理實(shí)驗(yàn)效率，提升了物理實(shí)驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的精準(zhǔn)性，且所提供的物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容顯得更為直觀，便于學(xué)生進(jìn)行理解，但與此同時(shí)會(huì)讓物理實(shí)驗(yàn)所具備的本質(zhì)得以弱化，無法充分發(fā)揮出物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的教育功能?？傊?dāng)?shù)字化信息系統(tǒng)有利有弊，需要物理教師采取合理的措施來讓數(shù)字化信息系統(tǒng)對(duì)教學(xué)的輔助作用得以充分的發(fā)揮。

1數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用

（1）通過數(shù)字化信息系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠讓教學(xué)時(shí)間得到更為合理的分配，師生不必像傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)那般在對(duì)數(shù)據(jù)信息讀取、記錄以及計(jì)算等方面耗費(fèi)過多的精力，學(xué)生就能夠有相對(duì)充裕的時(shí)間來進(jìn)行自主探索以及小組合作。（2）通過數(shù)字化信息系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)顯得更為現(xiàn)代化，能夠突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備在實(shí)驗(yàn)深度、廣度以及數(shù)量方面的桎梏，且能夠最大化地保證物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)通過數(shù)字化信息系統(tǒng)的輔助，所完成的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著較高的可信度，學(xué)生能夠更為深刻地理解到其所傳達(dá)出來的物理規(guī)律。第（3）數(shù)字化信息系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)不同學(xué)科之間的有機(jī)融合，運(yùn)用不同種類的傳感器，能夠在同一時(shí)間對(duì)某一物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的物理、化學(xué)及生物變量特征進(jìn)行測量，進(jìn)而完成跨學(xué)科式綜合教學(xué)，從而最大化地提升學(xué)生的科學(xué)綜合素養(yǎng)。

2數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)劣勢

2.1數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢

（1）具備一定的智能性。在運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)能夠通過相應(yīng)傳感器來采集到較為精準(zhǔn)的物理數(shù)據(jù)信息，不但能夠有效完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的基本任務(wù)，也能夠最大化地提升數(shù)據(jù)的精確程度。（2）具備一定的靈活性。在運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，能夠?qū)Χ鄠€(gè)傳感器進(jìn)行連接，以此來同時(shí)測量不同種類的物理量，故而這一系統(tǒng)能夠?qū)Σ粩嘧兓奈锢韺?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的控制，以此來更為精準(zhǔn)地采集與處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，充分說明了其具備較強(qiáng)的靈活性。通過這樣的方式能夠讓學(xué)生更為便捷地對(duì)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而研發(fā)出越來越多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。（3）具備一定的直觀性。在運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，能夠在實(shí)驗(yàn)過程中的所有階段對(duì)物理量相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行不間斷地顯示，并通過相關(guān)軟件來轉(zhuǎn)化為視頻、圖片、數(shù)字以及表格這類較為直觀的形式，便于學(xué)生對(duì)其進(jìn)行理解。

2.2數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的劣勢

（1）會(huì)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)所具備的本質(zhì)進(jìn)行弱化。在運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，往往會(huì)使用到數(shù)量眾多的傳感器，學(xué)生對(duì)于這類傳感器的基本原理并未深入了解，在進(jìn)行探究的過程之中很容易產(chǎn)生過于重視直觀現(xiàn)象的情況，進(jìn)而忽視物理實(shí)驗(yàn)所具備的本質(zhì)，所收獲到的探索成就感相對(duì)較低，這對(duì)于學(xué)生的后續(xù)發(fā)展有著不利的影響。（2）零件組裝顯得較為固化。運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，教師會(huì)引導(dǎo)學(xué)生安裝相應(yīng)的傳感器，但這類傳感器的功能較為固化，例如力傳感器僅能對(duì)垂直作用方向上的壓力及拉力，無法對(duì)其余方向上的力進(jìn)行測量，這樣一來就會(huì)導(dǎo)致師生在使用傳感器及其余設(shè)施之時(shí)，必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行安裝，很容易產(chǎn)生卡槽等現(xiàn)象，進(jìn)而影響物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。（3）會(huì)讓學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理的能力得以減弱。通過數(shù)字化信息系統(tǒng)所獲取的實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往是以圖像等方式呈現(xiàn)，省去了學(xué)生自主進(jìn)行作圖這一過程，故而無法深刻理解不同物理量之間所具備的關(guān)系。

3數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

本次實(shí)踐主要選擇了PASCO實(shí)驗(yàn)平臺(tái)作為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的輔助系統(tǒng)，該平臺(tái)能夠通過傳感器對(duì)相關(guān)物理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過計(jì)算機(jī)來對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行全面控制并處理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，特別是針對(duì)部分瞬間變化的物理量能夠?qū)崟r(shí)完成測量，針對(duì)部分無法直接觀察的物理現(xiàn)象則能夠完成感官展示。應(yīng)用PASCO實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就意味著教師所選擇的教學(xué)方式應(yīng)當(dāng)進(jìn)行一定程度的革新，因?yàn)镻ASCO實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠?qū)Υ髮W(xué)物理中電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)等方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，故而教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生明確數(shù)字化信息系統(tǒng)的基本特征，并將實(shí)驗(yàn)軟件的基本使用方式演示給學(xué)生。針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理則應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生課前自主對(duì)其進(jìn)行學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)過程之中根據(jù)實(shí)驗(yàn)講義中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)來自主動(dòng)手設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入探究，教師在旁僅僅是起到引導(dǎo)作用。例如在對(duì)角動(dòng)量守恒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)時(shí)，現(xiàn)有的設(shè)施儀器僅僅是對(duì)角動(dòng)量守恒定律進(jìn)行定性的觀測，在數(shù)據(jù)測量方面有著較大的難度，特別是短時(shí)間之連續(xù)變化時(shí)，這類儀器無法準(zhǔn)確地對(duì)角速度進(jìn)行判定，故而在定量方面顯得較為欠缺。而在PASCO轉(zhuǎn)動(dòng)系列實(shí)驗(yàn)之中，其轉(zhuǎn)動(dòng)傳感器有著較高的采樣率以及精度，故而能夠從圖表中實(shí)時(shí)連續(xù)地顯示采集到剛體轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的角速度變化情況，因此能夠精確地用數(shù)據(jù)來驗(yàn)證角動(dòng)量守恒定律。

4數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所存在的問題

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌虻弥?dāng)前學(xué)校在應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)很容易產(chǎn)生以下幾個(gè)方面的問題：第一，實(shí)驗(yàn)室管理方面的問題。與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，在應(yīng)用了數(shù)字化信息系統(tǒng)之后，物理實(shí)驗(yàn)室就會(huì)存在數(shù)量與型號(hào)眾多的傳感器、組裝件、軌道以及數(shù)據(jù)連接線，且有著不同的規(guī)格，這就給師生在整理與收納儀器方面提出了更高的要求。加之部分配件體積較小，很容易在實(shí)驗(yàn)的過程之中出現(xiàn)遺漏的現(xiàn)象，這樣一來就會(huì)影響到后續(xù)的實(shí)驗(yàn)。第二，搭建物理實(shí)驗(yàn)方面的問題。在應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)之后，學(xué)生往往會(huì)自主對(duì)相關(guān)傳感器及組件進(jìn)行搭配，但由于學(xué)生群體之間的物理綜合能力有著較大的差異，部分學(xué)生在進(jìn)行搭建時(shí)很容易產(chǎn)生無法滿足實(shí)驗(yàn)理論標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，諸如上文所提到實(shí)驗(yàn)中擋光片經(jīng)常倒下等問題。同時(shí)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室中有著數(shù)量眾多的組建，組裝方式各有千秋，學(xué)生在第一次進(jìn)行操作時(shí)必須對(duì)連接方式進(jìn)行熟悉才能夠開展后續(xù)的實(shí)驗(yàn)操作。第三，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果方面的問題。在應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)之后，會(huì)給學(xué)生直觀地呈現(xiàn)出圖像、表格、視頻以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)這類結(jié)果，但在實(shí)際試驗(yàn)過程之中，因?yàn)閷W(xué)生在知識(shí)水平方面參差不齊，無法深入對(duì)這類結(jié)果進(jìn)行分析，這就導(dǎo)致了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所具備的作用無法得到充分的發(fā)揮。

5數(shù)字化信息系統(tǒng)輔助物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)建議

要想讓數(shù)字化信息系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分發(fā)揮出自身的作用，可以采取以下幾種方式：首先要對(duì)數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行一個(gè)基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)與理解，教師對(duì)深入探究配套實(shí)驗(yàn)指南，加強(qiáng)對(duì)數(shù)字化信息系統(tǒng)軟硬件方面的了解程度；在開展物理實(shí)驗(yàn)之前，可以對(duì)相應(yīng)文獻(xiàn)資料進(jìn)行查閱，了解其基本使用方式以及深層次用法；定期組織物理教師進(jìn)行數(shù)字化信息系統(tǒng)使用方法方面的培訓(xùn)，并邀請相關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工程師到校來開展相應(yīng)的講座。其次在對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行搭建時(shí)，應(yīng)當(dāng)將其與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，得出數(shù)字化信息系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)承┕δ芩a(chǎn)生的代替作用，從而更為深層次地理解物理實(shí)驗(yàn)所具備的本質(zhì)。接著在實(shí)驗(yàn)過程之中如若產(chǎn)生了結(jié)果不符合標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，那么就應(yīng)當(dāng)數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行檢查，一般是核對(duì)傳感器所具備的精度以及其檢測范圍，檢查在儀器安裝時(shí)是否符合實(shí)驗(yàn)基本原理。同時(shí)要想讓數(shù)字化信息系統(tǒng)能夠更為廣泛地應(yīng)用與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中，教師應(yīng)當(dāng)重視學(xué)生自身的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)水平，讓學(xué)生能夠充分發(fā)散自身的思維，積極進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)方面的創(chuàng)新。而學(xué)校應(yīng)當(dāng)定期安排物理教師就數(shù)字化信息系統(tǒng)應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)培訓(xùn)，通過教研組這類形式來對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探討，集思廣益來尋求一個(gè)最佳的教學(xué)模式。不論是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)以及數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，都存在著一定的優(yōu)勢及劣勢，教師在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)不能夠單獨(dú)使用某一種教學(xué)方式，應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合二者所具備的優(yōu)點(diǎn)，讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量及效率得到最大程度的提升，從而有效增強(qiáng)學(xué)生物理水平。

6結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化信息系統(tǒng)雖然能夠讓物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率有所提升，降低學(xué)生對(duì)物理原理的理解難度，但也會(huì)帶來不能夠有效鍛煉學(xué)生物理思維等方面的問題。因此物理教師應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到數(shù)字化信息系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢及劣勢，不要將數(shù)字化信息系統(tǒng)作為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主導(dǎo)，而是僅僅將其作為一種輔助工具，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候還應(yīng)當(dāng)結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，讓二者的價(jià)值得到淋漓盡致的發(fā)揮，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生物理水平的穩(wěn)步提升。

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作者：馬基英 單位：青海民族大學(xué)預(yù)科教育學(xué)院