中学物理实验教学：数码产品应用研究和实践

（一）中学物理实验课的特点

在物理课程中，实验部分始终占据着重要的地位。在课堂教学中可以给学生提供一个物理探究环境，以达到让学生主动获取物理知识，促进学生科学品质的形成。中学阶段的物理教学需要以实验为基础，这也是由学生的身心发育和实验课的特点所决定的，实验对整个学科教学起着促进作用。中学阶段的学生，身心还未发育成熟，仍处于好奇心较强的阶段，所以物理实验对学生具有很大的吸引力。笔者在调查表中问及“在物理演示实验课上你是否希望教师介绍一些与生活实际密切相关的物理问题”？回答“希望”的占71.8%，持“一般”态度的占20.1%，只有8.1%的学生持有“不希望”的态度，通过与学生的谈话了解到，不希望介绍的这部分学生主要担心影响课程进度。可以看出大部分学生对生活中的物理现象都非常感兴趣，所以在进行实验时，学生就会产生自己操作实验的愿望。也就容易唤起他们学习的兴趣，在对实验现象进行观察时，注意力就可以处于高度集中的状态。在实验课上，可以满足学生操作实验的愿望，而且往往还会被他们意料之外的新奇实验现象吸引，使他们对物理学习充满动力。更重要的是可以让学生不断体会和尝到“克服困难获得成功”后的喜悦，从而增强学习的欲望，进而可以转化为一种热爱科学的素质和志向。

中学阶段，为了加强学生实验操作这一块的训练，1类物理课程中安排必做的实验有15个，其中学生选做的实验有1个，共需要17个教学课时，学生实验比目前的教学大纲还多出了3个。在2类课程中安排学生必做的实验有20个，其中学生选做的实验有2个，共需要35个教学课时，学生实验比目前的教学大纲还多出了3个，而课时也增加了12个。通过对实验教学的加强，在一定程度上有助于学生感性认识的产生，更重要的是让学生理解物理概念和定律是如何在实验基础上建立而来的，有助于学生准确而又深刻地去理解和掌握物理知识。

在中学物理实验教学中，根据教学目的和要求的不同，可以将实验划分为以下几种类型。

1.探索性研究物理规律的实验

这类实验一般都安排在有关知识的学习之前，如研究杠杆平衡条件的实验，根据学生对实验现象的观察，确定杠杆在满足一定的条件下可以平衡，从而让学生对尚未学习的杠杆平衡条件有一定的感性认识，为下一步的学习打下基础。在进行探索性实验中，学生需要自己动手实验，进而发现物理规律，在实现学生动手愿望的基础上有助于激发学习兴趣。

2.验证物理定律的实验

例如中学实验中的验证动能定理、验证牛顿运动定律、电磁感应定律等实验。这类实验由于需要学生自己定量分析实验数据，从中总结出结论，所以一般安排在学生学习过相关知识之后进行，这样一来就有能力将实验结果与验证的定律进行对比分析，从而达到验证实验的目的。

3.根据目的要求自行设计实验

由于这类实验的实验自由度相对来说比较高，所以对学生自身的实验能力要求比较高，这类实验一般在学期后一阶段的总复习中出现的较多。例如，在初中学生学习过串、并联电路和电压表、电流表能熟悉使用的基础上，让学生独立设计一个电路，只采用一个电表和一个定值电阻来测定待定电阻的实验；在中学，在学习过反冲运动和动量守恒之后，学生自行设计验证反冲运动中的动量守恒等实验。

中学阶段，实验是物理学科教学的基础，实验教学的成功与否，将直接影响到实验现象对学生的直观感受及对物理概念和规律的理解程度，所以物理实验教学这一块应引起中学物理教师的足够重视。

（二）中学生学习的特点

中学时期，学生身心发展正处于少年时期向青少年时期过渡的阶段，伴随着身体的发育和学习内容逐渐增加，他们开始考虑自己的人生道路，因而学习的自觉性和独立性开始发展起来。这一阶段正是处于从不成熟走向逐渐成熟的时期，这一阶段可塑性大，既是掌握基础知识、基本技能的黄金时期，又是为以后人生发展创造条件的重要阶段。处于这一时期的中学生在学习上普遍具有以下的特点。

1.学习动机

这里的动机，主要指的是内部动机作用，能促进学生对物理知识的学习更感兴趣，进而产生积极而又稳定的学习动机。青少年时期的学生学习动机和少年时期比较起来，在正确的引导下学习动机会更加成熟而稳定。由于进一步意识到自己的学习和毕业后的前途，因此直接与学习活动本身相联系的学习动机在减弱，往往与社会意义相联系的学习动机在加强。处于这一时期的青少年学生自觉性已相当稳定，已经具有自觉追求知识和顽强学习的能力。学生的学习动机是来源于对学习的需要，可以使学习者具有明确的学习目标。积极主动的学习动机往往有利于促进学生的学习，学习效果也会显著提高；学习效果的好坏反过来也会影响原有的学习动机，两者之间相辅相成。学习效果与学习动机往往以学习行为作为中介，所以学习效果还受智力水平、个性特点、知识基础、学习方法、教师指导等因素影响，总体而言，学习动机与学习效果两者之间是一种辩证的、能动的关系。

2.学习态度

青少年时期的学生对待学习，已具有自觉、严肃、负责的态度。教师在他们心目中也具有更客观的评价，知识渊博、思想高尚而又关心爱护学生的教师，往往能得到青少年的尊敬。这一阶段的学生，集体意识也在加强，能够更加深刻地认识到自己与集体的密切联系，特别是有关于自己的学习与集体的关系。在对待作业的态度上，能积极主动完成各科作业，与少年时期相比更加认真负责。此时，他们更关心的是真正的知识学问。学习过程不仅是一个认知发展过程，更是人们自觉确定学习目的，并能根据目的支配、调节自己的行动，以达到预期目的的学习态度。学生的学习态度直接影响教学目的、教学任务的完成情况。

中学生已经具备了一定的知识基础，无论是在感性认识方面，还是在知识图式掌握上，都达到了一定的积累，这为接下来的物理知识学习和物理技能形成打下了基础。尽管有些概念还很模糊，但它为物理学科的学习提供了心理准备。物理思维能力在物理学习中要求比较高，但这种能力具有概括、抽象、深刻的特点。在物理学习中，由于许多学生在物理知识的学习广度、深度和变通性不够，造成了学生学习能力之间存在差异。

3.学习兴趣

学习兴趣就是学生参与某种学习活动的倾向，是学生学习的强化剂。同少年时期比较而言，这一阶段的学习兴趣更加广泛、深刻，更具有稳定性。他们不再单一地对文艺性的材料感兴趣，也开始广泛关注理论性的材料。并且开始喜欢探讨和思考人生中的一些问题，对各学科的学习兴趣也更有选择性。中学阶段的学生，往往都对一些比较抽象、动脑筋较多的学科感兴趣，如化学、数学学科等。兴趣的产生和发展的基础在于需要，在物理教育教学中，教师要依据教育的需求和学生的实际需求情况给予必要的指导。

总体上来说，中学生对物理学习的兴趣主要体现在两个方面：第一，感性向理性的抽象思维过程。知识的学习过程往往是感性向理性的思维过程，由感性认识到理性认识，再由理性认识到生活实践的两次飞跃，便有效激发了学生对物理知识学习的欲望，对学习产生持久的推动作用。第二，实验操作及生活实践中的物理现象的观察。当学生在物理实验课上观察到纸锅烧水、静电现象、鸡蛋落杯和失重等实验现象时，必然会被这些奇特的物理现象所吸引，对物理学习产生兴趣。随着学习的进一步深入，学生会不断在后续的学习中观察到更多的实验现象，会更深入了解物理知识的实用性，对物理实验兴趣也会进一步加深。(www.xing528.com)

由上述可知：中学生在学习活动中，已经处于比较高的水平。但并等于说所有的中学生都可以自然而然地上升到这一水平，由于个别学生在以往的教育上存在的缺点和个人的不良习惯，导致学生在后续的学习活动中，学习效率始终处于比较低的状态。这就需要教师在学生刚入学的时候，就开始关注学生在物理学习活动中的发展水平，在必要的时候适当给予指导，使不足之处能得到及时改正，优点能得到进一步发展。

（三）数码产品的应用设计

1.运用数码产品对物理实验过程进行动态跟踪

在中学实验教学过程中，教师往往经常在课堂上做演示实验，有目的为学生提供一些观察对象，然而有一些演示实验，由于受实验器材使用条件的限制，试验只能放置在水平面上进行，不能在竖直展示，导致演示实验的实验器材、操作过程、实验现象可见度不高，观察仅限于是离实验距离较近的一些学生，而距离远一些的学生，不能很好地参与实验之中，难以实现预设的教学效果。如何才能使全班学生都能清晰地观察到演示实验呢？如在初中电路教学中，电路元件和电路连接只能放置在水平桌面上进行，这样一来，就导致电路连接及电表数据读取，后面大部分学生无法观察到。在实验时，打开视频演示器，用AV线将演示器与电脑（电子白板）进行连接，然后全屏播放演示器抓到的图像。为此，在演示实验时，采用数码相机就可以很好地解决演示实验的可见度问题，有利于学生注意品质培养。

用数码相机AV线将相机与电视、视频投影仪或电子白板等连接，让数码相机处于静态摄影状态，对物理实验过程进行动态跟踪，实时呈现实验过程，可以将仪器的安装过程、调试步骤、实验参数调整后实验的变化，故障的排出方法等应用性情节实时放大呈现。学生在演示实验中就会有身临其境的感觉，参与的积极性也会更高，增强了实验的互动性，教学效果明显提高。在电学电路部分教学中，要想提高学生的电路连接能力和电路故障分析能力，仅采用纸上谈兵的教学方式，往往教学效果不理想，用数码相机通过AV线与电视或电子白板连接现场直播方式实验（同时录制，方便回放），可以将实验的电路元件、实验现象和电表数据在大屏幕上进行放大，能够让学生了解实验仪器的功能、连接方式，提高电路连接过程中的故障处理效率，能在很大程度上提高学生解决实际问题的能力。

2.运用数码产品展示物理实验细微过程

在传统的物理实验课堂上，对于物理过程非常迅速、非常微小的一些变化，用肉眼难以观察的实验。导致教师在教学中分析其中的物理知识时，不得不使用语言去描述这些演示实验。分析时，学生因无法直接观察变化的细节，不仅难以说清，而且影响课堂教学效果，不容易激发学生的学习兴趣。仔细观察实验现象是物理实验教学中的重要一环，但是面对演示实验中变化较快的物理过程时，要想观察仔细又是何其的困难。要想解决这一困难，那么就需要我们选择一种新的工具和办法。生活中戏剧性的场景，往往可以利用数码相机的微距拍摄功能，由普通的场景拍摄而成，如果我们利用数码相机的微距功能直接对实验进行跟踪拍摄，那么物理过程微小的变化在图像上也能有所体现。

液体的性质在教材中所占的比例不大，内容介绍的也比较肤浅。这样一来，在我们学习时就可以采用更灵活的办法。如关于液体表面张力介绍得不够详细，导致学生对后续有关理论学习造成了困难。壹角硬币可以漂浮在水面上，有人解释为“硬币受到水的表面张力”或“硬币受到浮力和表面张力的共同作用”而处于平衡。根据液体表面张力定义知道，液体表面张力方向是沿液体表面而定。如果液面是平面，张力方向在表面内。如果液面是曲面的，那么任一分界线处的表面张力方向应该过该点的切面内。

3.运用数码产品对物体运动进行多层次研究

在物理力学、振动与波的演示实验部分，由于物体的运动过程迅速变化，我们无法观察物体运动的整个过程。即便是认真进行观察，人们用肉眼有时也是难以观察到物体运动的整个过程的，也就无法深刻地去理解他们的运动规律和物理图像。

利用数码相机的超高速连拍功能记录实验过程，然后可以对记录内容进行慢速播放，延缓瞬变过程，把物体稍纵即逝的运动过程清晰地呈现出来。如在电学部分研究断电自感现象过程中，断电的瞬间小灯泡的闪亮过程非常短暂，用肉眼很难观察。利用数码相机对小灯泡的闪亮过程进行跟踪拍摄，然后采用相应的视频播放软件，对拍摄的内容回放并进行逐帧分析，这样学生就可以清晰地看到小灯泡闪亮的整个过程。也可以通过数码相机对视频信息进行储存，利用计算机的视频处理软件可以对视频图像进行处理，用打印机打印出照片，从图片信息中对物体运动规律进行分析，可以有效解决教学中的重难点问题。

4.运用数码产品连拍功能测量物理数据

物理学习中的概念和规律的形成，是要在实验的基础上得到，而进行实验教学就离不开实验测量。我们知道在物理实验测得的实验数据总会存在一定程度的误差，要想实验结果尽可能准确，那么我们就只有尽可能提高实验自身的误差和读取数据产生的误差。利用数码产品的连拍功能可以在技术上有效降低实验误差，增加学生对实验的可信度。

在物理力学部分的学习中，物体自由落体运动是重点学习内容之一。教学中采用数码相机的连拍功能，可以直接记录物体在运动中的不同时刻位置，数据采集更加准确和方便。这种方法，在研究物体自由落体运动中具有明显的优势，由于数码相机的普及，也让我们能在课堂上研究物体自由落体运动成为可能。

无论是何种形式的教学方式运用到中学物理实验教学之中，都需要根据具体的实际情况来相应选择，且这些教学方式都只是辅助的手段，是为了让学生们能够更好学习，所以在互联网信息化时代中，不论是哪一类型的教学方式都应该时刻谨记学生们才是学习的主体，这又提升了学生们的主动性和积极性。他们的学习成绩才能够有所进步，教学也才会真正收获成效。

【注释】

[1]张薇薇.翻转课堂在高校物理实验教学改革中的应用[J].现代交际，2020（09）：39－40.

[2]郑永青.手机传感器在初中物理实验教学中的应用[D].广州：广州大学，2020.

[3]刘晓红.“互联网+”时代初中物理实验教学的有效性探讨[J].中国新通信，2021，23（10）：218－219.