高中物理实验教学中数字化实验与传统实验的融合路径探析

引言

物理学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学在帮助学生理解物理概念、掌握物理规律、形成科学世界观方面扮演着至关重要的角色。传统实验教学模式强调学生亲力亲为，通过直接操作仪器、观察物理现象来构建对物理世界的感性认知与基本操作技能。近年来，以传感器技术和计算机技术为核心的数字化实验异军突起，它能够突破传统实验在测量精度、数据处理速度以及对瞬时或微观现象观测上的局限，为物理教学提供了新的可能性。然而，技术的引入不应导致对传统教学价值的否定。若将二者对立或简单替代，则可能导致学生操作技能的弱化或探究深度的不足。因此，如何超越“非此即彼”的思维定式，探寻一条将数字化实验的技术优势与传统实验的育人价值相结合的深度融合路径，是当前高中物理实验教学改革需要深入研究的核心议题。

一、数字化实验与传统实验的互补性价值分析

实现有效融合的前提在于深刻认识两种实验方式的独特价值与互补关系。二者并非相互排斥，而是在培养学生综合科学素养的目标下，扮演着不同但同等重要的角色。

（一）传统实验在感性认知与操作技能培养中的基石作用

传统实验的核心价值在于其“手脑并用”的实践过程。学生通过亲手搭建电路、调节光学元件、处理测量误差，能够最直观地感受物理现象的真实性与复杂性。在处理仪器系统误差、克服偶然误差的过程中，学生不仅锻炼了严谨细致的科学态度，更建立了对实验条件、测量极限的深刻理解。这种源于直接体验的感性认知和在反复试错中形成的操作技能，是后续进行抽象思维和理论建构的坚实基础，也是虚拟仿真环境难以完全替代的。

（二）数字化实验在精确定量与深度探究中的拓展优势

数字化实验的优势在于其强大的数据采集与分析能力。传感器可以精确捕捉到传统仪器难以测量的瞬时变化过程，如碰撞过程中的力、简谐振动中的速度等。计算机软件能够实时生成数据图表，将复杂的函数关系可视化，极大地提升了数据分析的效率与深度。这使得教学的重点可以从繁琐的数据记录与计算中解放出来，转向对物理规律的深度探究与数学模型的构建。数字化实验将许多“思想实验”转化为可操作的探究活动，有效拓展了物理实验教学的广度与深度。

二、融合教学的机制构建与创新路径探索

基于上述互补性分析，构建科学的融合教学机制，应着眼于发挥二者的叠加效应，实现“1+1>2”的教学目标。以下将从三个维度探索其具体的创新路径。

（一）“虚实结合，优势互补”的协同融合机制

该机制主张根据具体的教学目标，将一个完整的探究课题分解为传统操作与数字化分析两个阶段，形成协同教学序列。例如，在“验证机械能守恒定律”的实验中，可以先让学生采用传统的打点计时器进行实验，亲手处理纸带、计算瞬时速度。这个过程能让学生深刻体会到数据处理的复杂性与误差的来源。在此基础上，再引入光电门传感器进行数字化测量，学生可以快速获得大量精确数据，并利用软件分析能量在误差允许范围内的守恒关系。通过对比两种方法的效率与精度，学生不仅验证了物理规律，更对实验方法本身形成了辩证的认识。

（二）“过程导向，分段渗透”的流程融合机制

此路径并非将两种实验截然分开， 是将数字化 具作为优化传统实验流程的“增强器”，在特定环节进行渗透。这意味着保留传统实验的主 或分析等特定环节引入数字化技术。以“探究加速度与力、质量的关系 衡摩擦力、增减砝码，完整体验实验装置的搭建与调试。但在数 替代传统的纸带和刻度尺，从而在保留核心操作体验的同时，显著提升数据采集的 生能将更多精力投入到控制变量和分析a-F、a-m 关系图线的环节中。

（三）“数据驱动，思维深化”的探究融合机制

该机制旨在利用融合实验驱动学生进行更高阶的思维活动，尤其是对科学模型的理解与建构。教学设计可以从一个真实的传统实验出发，引导学生发现理论与实际的偏差。例如，在完成传统的单摆实验后，学生会发现测得的周期与理论公式存在差异。此时，可以引入数字化模拟实验，在虚拟环境中构建一个理想化的单摆模型。学生可以在该模型中系统地调整摆长、摆角等变量，验证理论公式。随后，再逐步在模型中加入空气阻力、摆球尺寸等现实因素，观察其对周期的影响。这种从“真实数据”到“理想模型”再到“修正模型”的循环探究过程，能够引导学生深刻理解物理建模的精髓，深化其科学思维。

三、结语

高中物理实验教学中，数字化实验与传统实验的融合是技术革新与教学本质的有机统一。传统实验的操作体验是学生建立科学认知的根基，数字化实验的技术优势则为深度探究提供支撑。通过构建多元融合机制，既能保留学生亲自动手的实践价值，又能借助技术突破探究局限，引导学生从操作体验走向思维深化。这种融合不仅优化了实验教学流程，更培养了学生辩证看待实验方法的科学态度，为其形成系统科学素养奠定基础，也为物理实验教学的创新发展指明了方向。

参考文献

[1]孙志祥.基于核心素养培养的高中物理信息化实验教学[J].天津教育，2025（3）：74-76

[2]贡布肖.基于数字化实验和智慧课堂的高中物理探究式教学模式研究[J].学周刊，2025（5）：89-91