数字化物理实验在高中物理教学中应用的调查与思考

杨凤楼    江苏省江阴高级中学    214443

内容摘要：科学技术的突飞猛进，让信息技术渗透到我们生活的方方面面，教育领域也不例外，计算机、传感器等进入学校并与学校教育有机结合，教育的科技化、现代化正在逐步实现。高中物理教学中与信息技术联系较密切无疑是数字化物理实验，那么在现实物理教学中它的使用情况如何呢？本文通过对江阴市12所高中的物理教师调查，了解数字化物理实验在高中物理教学的应用情况，分析问题原因，提出解决方案。

关键词：数字化物理实验；课堂教学；教学理念；培训；评价

数字化物理实验是以数字化实验技术为基础，以数字化设备为实验数据采集、处理工具的物理学实验。由于传统的物理实验存在着误差大、数据采集慢处理难、有的物理量无法直接测量、读数不方便等问题，数字化物理实验具有的即时性、准确性、高效性就显得尤其突出，正因为如此，二十世纪末很多学校都购置了数字化物理实验器材。那么，目前高中物理教师对数字化物理实验的认识及使用情况如何？存在哪些问题？如何加以解决？这些都是悬而待决的。为此，笔者对江苏省江阴市12所普通高中共计120位物理教师就数字化物理实验的认识与使用情况进行了专项问卷调查，试图寻找上述问题的答案。本次调查共发问卷120份，回收118份，其中有效问卷115份，有效率为95.83%。

一、数字化物理实验在高中物理教学中使用情况的调查分析

1.高中物理教师对数字化物理实验的认识分析

表一：教师对数字化物理实验的了解

表二：教师对数字化物理实验传感器的认识

根据表一可知，有89.57%的教师听说过数字化物理实验，有10.43%的教师没有听说过数字化物理实验。根据表二可知，有93.04%的教师能说出高中数字化实验中用到的传感器的名称，说出3个及以上的教师占55.65%，一个也说不出来的有6.96%。从调查数据可以看出，绝大部分教师知道数字化物理实验，能说出一个或以上传感器的名称，表明广大物理教师对于数字化物理实验并不陌生。

2.高中物理教师对数字化物理使用情况分析

表三：数字化物理实验在教学中的使用

根据表三可知，数字化物理实验在实验教学中应用情况并不理想，经常使用的仅有4.35%，而有40.00%的教师从不使用数字化物理实验。从调查的数据可以看出，知道数字化物理实验，但却很少使用或根本不用的情况是比较普遍的。

表四：使用数字化物理实验的原因

根据表四可知，教师进行数字化物理实验主要原因是为了参加教学比赛或公开教学，占到了86.96%。而平时教学需要只占到7.25%，学校教学要求和认为是学生学习需要所占比例则更低，分别为1.45%和4.34%。从调查的数据可以看出，教师使用数字化物理实验主要在展示性教学中，说明教师进行数字化物理实验的主要动力来自外界，而不是平时物理教学的需要。

表五：数字化物理实验在课堂教学中呈现的形式

根据表五可知，数字化物理实验在教学过程中使用多数以教师演示的方式呈现，占到76.81%，仅有23.19%是以学生分组探究的方式呈现的。从调查的数据可以看出，数字化物理实验在使用过程中，主要以教师的演示实验为主，学习的分组实验为辅。

3.高中物理教师对数字化物理实验优、缺点的认识分析

表六：数字化物理实验的最大优点

根据表六可知，进行数字化物理实验的高中教师认为其数据采集快和结果呈现直观是使用的重要原因，是其相比于传统物理实验最大的优点，分别占46.38%和31.88%，认为优点是实验时间短、能提升学生能力、与信息化社会紧密结合以及对高考成绩提升有利的所占比例都比较小，仅为7.25%、2.90%、8.69%和2.90%。从调查数据可以看出，数字化物理实验与传统物理实验相比，减少繁杂机械的数学计算和数据处理，图像直观呈现实验结果的优点得到广大教师的肯定。

表七：数字化物理实验的最大缺点

根据表七可知，不能提高学生的动手能力、实验原理介绍复杂以及对高考成绩提升作用不大是教师们认为数字化物理实验三个比较突出的缺点，分别占33.33%、28.99%和18.84%。同时也有14.49%的教师认为操作复杂是数字化物理实验的最大缺点。从调查数据可以看出，与认定数字化物理实验的优点相比，在缺点的认定上教师相对分散。

4.高中物理教师对数字化实验较少使用的原因分析

表八：使用数字化物理实验的最大障碍

根据表八可知，数字化物理实验使用的最大障碍是物理课时较紧，有44.35%的老师认为课堂没有时间进行数字化物理实验，实在要做实验时，就进行简单的传统物理实验，以便节省时间。还有22.61%的老师自己对数字化物理不感兴趣，从而在教学设计时就没有考虑到使用。17.39%认为学校数字化实验设备陈旧，这说明某些学校从二十世纪末购买数字化实验设置后，就再也没有进行新的购置，学校原有的设置已远远不能满足现今的教学需要。15.65%的老师认为传统实验已够能满足平时教学的需要，不需要再重复做数字化实验，那样是浪费时间。从调查数据可以看出，影响数字化物理实验在平时教学的使用，原因是多方面的，高考物理只算等级，不计入具体分数后，各学校对物理教学的重视程度下降，具体体现在课时安排的减少，而课时安排的减少让教师在平时教学时片面追赶教学进度，忽视了实验教学的重要作用，从而直接导致数字化实验教学推广难、使用少情况的出现。

5.数字化物理实验与传统物理实验的选择情况分析

表九：教学中物理实验方式的选择

根据表九可知，多数老师，占比达到51.30%还是倾向于在教学中采取单一传统物理实验，倾向单一数字物理实验只有7.83%，倾向于选择用数字化实验平台优化传统实验的占比为40.87%。从调查数据可以看出，在实际教学中，教师还是比较偏向于选择传统物理实验，不过对利用数字化实验平台优化传统实验的方法也有比较浓厚的兴趣。

二、数字化物理实验在高中物理教学中应用情况研究的结论与启示

(一)研究结论

1.对数字化物理实验，高中物理教师是知道的人多，但使用的人少

绝大部分教师很少使用数字化物理实验，但又能知道数字化物理实验，准确说出几个传感器的名称，其原因在于教材中有关于数字化实验的内容，练习中有相关的习题，例如人教版必修Ⅰ“做一做”栏目中设置了借助运动传感器用计算机算速度、用传感器探究作用力与反作用力的关系等等内容；《恒定电流》一章的习题中就有关于压敏电阻、光敏电阻、热敏电阻等传感器应用的考查。教师对数字化物理实验的了解主要来自考试或做题的需要，并不是在平时教学中使用数字化物理实验的缘故。

2.客观条件的限制和主观认识的偏差是造成数字化物理实验较少使用的原因

客观条件的限制主要来自两个方面，一是物理课时较紧，老师平时上课常处于赶教学进度状态，能按照教学纲要做全实验，已实属不易，采用熟悉、简单的传统物理实验进行教学也就成了必然的选择。二是学校数字化设备陈旧，因为设置陈旧所以不用，因为使用较少，所以不添置。对数字化物理实验认识的偏差也来自两个方面，一是认为数字化物理实验原理介绍困难，其实部分数字化物理实验在采集数据时，原理可能比较复杂，但根本不需要老师去详细讲解，只要告之学生此设备要采集什么数据就行。例如，借助传感器用计算机测速度，只要告之学生此设备能测出物体的瞬时速度，至于是通过红外线反射测速，还是通过超声波反射测速，则不需要去介绍。二是认为数字化物理实验不能提升学生动手能力，其实数字化物理实验也需要学生去选择、组装实验器材，也同样需要学生操作实验、记录数据、分析现象、归纳结论等等，这与传统物理实验相比并没有什么不同。也正是由于认识的偏差，造成教师做数字化物理实验的兴趣不高。

 (二)几点启示

1.要转变物理教学观念，主动接轨现代教育理念

“以教育信息化带动教育现代化”是《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》中明确提出的要求，数字化实验系统在高中物理实验教学中的使用正是这一要求的具体体现。

所以，当务之急是加强教师自身对信息技术给物理教学带来影响的学习，提高认识，更新教育观念。不要总用片面的眼光，认为数字化物理实验削弱了学生的观察能力、动手能力、计算能力，而忽视了它在培养学生认知能力、创新能力、帮助学生开展自主学习等方面的作用。数字化物理实验正是作为实现这些功能的一个载体，借助其操作方便、功能强大的特点来辅助物理教学活动。因此，教师更新传统物理教学理念，主动接纳现代教学技术，是实现信息技术与物理实验教学有机整合的前提条件。

2.要积极开展实验培训，不断提升实验操作能力

教育行政部门除加大实验的硬件投入外，还要重视对教师实验培训的“软件投入”。在调查中，一线物理教师对数字化物理实验操作的不熟悉，设备使用的不规范，数字化系统理解的不到位等现象比较严重，这些都极大地制约了数字化实验的使用，所以，开展数字化物理实验培训显得尤其迫切。各地教研室、教师培训部门应拟定计划，分批对物理教师在数字化物理实验器材认识、设备安装、操作技能、误差分析等方面展开培训。同时设立交流平台，让广大教师将平时教学中使用数字化实验的感悟与体会，与同行进行交流，相互学习相互促进，共同提升。还应设立数字化实验竞赛机制，定期展开数字化实验操作比赛，通过比赛的促动，让广大教师大胆创新，拓展数字化物理实验的新用途、新视野。

3.要优化传统物理实验，挖掘数字实验新型功能

数字化实验系统和传统实验设备各自具有它们特定的实验地位和实验特点，把传统实验和数字化实验进行有机的结合，取长补短，充分发挥两者各自的优势，才能更加有效的促进实验教学，提升实验教学的效果。

例如：在《实验：探究加速度与力、质量的关系》《实验：探究功与速度变化的关系》等实验中，都要验证是否平衡了摩擦力。传统物理实验是通过纸带打点是否均匀来判定，这种验证方法往往需要多次调试，不仅浪费时间，而且精度不高，不够形象。数字化物理实验利用运动传感器，可以在电脑上显示位移—时间图像，不需要数据的测量与计算，快捷、方便、精度高、非常形象具体。

4.要努力完善评价体系，建立数字实验课程体系

应进一步加强数字化物理实验的课程开发，构建出利用数字化实验系统进行探究实验的课程系统，在课堂教学内容的深度和广度上有一定拓展，让学生拥有更多的动手操作机会，进行自主探究，激发学习兴趣，促进学生的实验素质发展。在教育评价体系中逐步合理地引入适量的数字化实验有关内容，促进物理实验的多元化评价。通过学生在利用数字化物理实验进行自主探究过程中表现出来的实践能力、创新精神、个人的情感、态度、价值观，对学生的实验能力进行全面、客观、准确的综合评价。

参考文献：

[1]陈燕.应用数字化实验平台优化高中物理教学的实践研究[D] .江苏：苏州大学学科教学系，2010.

[2] 江绪华.《DIS数字化实验系统在高中物理教学中使用情况》调查报告[Z] .网址：http://blog.sina.com.cn/s/blog_5d03fe690102v1x6.html.

[3]朱学尧.微课程在高中地理教学中应用的现状调查与思考[J] .中小学电教2016（4）：18-21.