数字化实验在初中物理教学中的应用探索

摘要：随着数字化时代的来临，各种先进、便捷、灵活的数字技术涌入了教育领域，为初中物理的实验教学带来了崭新渠道。这一形势下，如何实现数字化实验在初中物理教学的应用与创新，帮助学生更为高效掌握实验知识，洞悉实验原理。提高实验探究能力，成为一线初中物理教师绕不开的热点课题。鉴于此，本文聚焦于数字化实验，探寻其在初中物理教学中的应用策略，以供参考。

关键词：数字化实验；初中物理；应用

在初中物理教学中，实验是帮助学生理解抽象概念、培养科学思维与实践能力的基本载体。而随着信息技术的迅猛发展，数字化实验作为一种全新的实验教学手段，逐渐走进初中物理课堂，并以其独特的功能为物理教学带来了崭新的生机与活力。在《义务教育物理课程标准（2022年版）》提出的“提倡教学方法多样化”的映照下，借助数字化实验的传感器、数据采集器和计算机等设备，实现对实验数据的实时采集、分析和处理，将物理过程中的物理量转化为直观的数字、图表，既能帮助学生更清晰地观察和分析实验现象，深入理解物理原理，也能有效降低实验资源需求、削减实验危险性，对物理教学整体质量的提升大有裨益。

一、数字化实验的内涵及意义

数字化实验，顾名思义即依托传感器、数据采集器、计算机及配套软件构建的新型实验体系，其中传感器能敏锐捕捉物理实验过程中温度、压强、电导率等各类物理量，并将之转化为电信号。数据采集器则负责收集传感器传来的电信号，进行模数转换后传输至计算机。计算机借助专门的数据处理软件，对采集到的数据进行实时分析，以数字、图表等直观形式呈现实验结果。在数字化实验的加持下，学生的实验过程得以简化、便捷、高效展开，学习效果也得以显著提升。从知识层面来看，初中物理涵盖电力、内能等众多相对抽象的概念及原理，学生理解起来颇具难度，而数字化实验将抽象知识转化为直观的实验数据和图像，学生能在“可视化”学习中降低理解难度，掌握知识原理。且不少物理实验存在一定的危险性，或因实验条件严苛难以开展，而数字化实验只需数字技术便便能实现虚拟实验或模拟实验，从而大幅规避实验风险，突破实验条件的限制，确保每一项实验的高效顺利展开[1]。

二、数字化实验在初中物理教学中的应用策略

（一）利用希沃白板，可视实验内容

希沃白板作为数字化实验教学中不可或缺的一环，在优化实验教学方法及流程中扮演着至关重要的角色。希沃白板采用电磁感应技术，通过电磁笔与电磁感应板的配合，实现对白板上的书写、绘画、标记等操作，具有高灵敏度和精准度，且集成了多媒体功能，可以通过连接计算机、投影仪等设备，展示教学课件、视频、图片等多媒体内容。在实验教学中，教师可依托于希沃白板演示实验内容，带领学生可视化及立体化地展开实验探究，化静为动，化抽象为立体等，促使其有效掌握实验原理，提高实验成效。

如在人教版九年级物理“第5节串、并联电路中电流的规律”的实验中，教师可借助希沃白板动态演示实验的全过程。首先打开“学科工具—物理”中的电路实验模块，调出串联电路实验场景，将电流表依次串联在电路中的不同位置——靠近电源正极的A点、两灯泡之间的B点、靠近电源负极的C 点，并利用希沃白板的“动画路径”功能，模拟电流在电路中的流动过程，学生可清晰看到电流从电源正极出发，依次流经各个元件再回到负极，且电流路径唯一。紧接着，点击“开始实验”按钮，电流表实时显示对应位置的电流数值，教师引导学生观察并记录数据，同时利用白板的“批注”功能，在数据旁标记测量位置，如当A 点电流为0.2A 时，教师在数值旁写下“A 点电流 I₁= 0.2A”。随后，更换不同规格的小灯泡，如此往复，重复实验，将每次实验数据自动生成在希沃白板的 “数据表格”中，帮助学生在可视化学习及对比分析深度掌握串并联电路原理。

（二）整合传感技术，可视实验数据

传感技术是数字化实验的重要构成。传统物理实验多依靠人工观察及测量，极易出现误差，且部分实验现象难以量化，学生难以精准总结出物理规律，整体实验效果参差不齐。而传感技术凭借高精度的传感器，只需与实验装置连接起来，便能对实验过程中的物理量进行实时、准确的测量，为实验提供可靠的数据支持，帮助学生基于数据得出准确实验结论，继而保障其实验效益的最大化[2]。

以人教版九年级“测量小灯泡的电功率”为例，传统实验中，学生需多次调节滑动变阻器，记录电压、电流值并计算功率，操作耗时且易因电表指针抖动造成读数误差。而引入数字化实验后，只需将电压传感器并联在小灯泡两端，电流传感器串联入电路，数据采集频率设为100Hz，紧接着缓慢调节滑动变阻器，使电压从0V逐渐增至额定电压，计算机自动生成U-I图像。在传感技术的加持下，学生能直观且全面地发现小灯泡电功率的变化情况，即当电压接近额定值时，图像斜率（电阻）明显增大，表明灯丝温度升高导致电阻变化。教师再发挥引导者作用，带领学生对比图像与“定值电阻U-I图像”的差异，使之深入理解“灯丝电阻随温度变化”的特性。在传感器的加持下，实现了精准的数据采集与分析，完成了“定性观察”到“定量分析”的升级，学生也得以更加精确、高效地探究实验原理，得出实验规律。

（三）借助虚拟现实技术，丰富实验形式

作为一种基于计算机技术生成模拟环境，使学生借助多种交互设备沉浸于三维动态视景与实体行为的系统仿真中，实现与环境自然交互的技术，虚拟现实技术同样在数字化实验中彰显出不俗的应用潜力。以往的实验教学往往受到场地及空间的限制，甚至还带有一定的危险性质，而在虚拟现实技术的支撑下，学生可以在虚拟场景中模拟实验操作，降低危险，提高实效。尤其是电学、热学中难以开展的实验活动，只需要借助虚拟实验平台，便能为学生提供低成本、高安全性的探究环境，促使其完成“猜想—验证—修正”的实验闭环，期间学生可自主改变实验条件，观察变量影响，培养创新思维，其整体实验效果得到最大化保障。

结束语：综上，数字时代的到来实现了数字化实验技术的广泛应用，为广大初中物理教师的实验教学带来了全新的渠道。物理教师应意识到数字技术对实验教学的现实意义，善于运用希沃白板、传感器技术，为学生打造出多元、立体的实验探究环境，既激发学生的实验兴趣，又能帮助其直观高效地掌握实验知识，锻炼核心素养等，以引领实验教学质量步入崭新的台阶。

参考文献

[1]时玲. 数字化实验在初中物理教学中的实践应用 [J]. 教学管理与教育研究， 2023， （14）： 94-96.

[2]陈玉琴. 数字化实验在初中物理教学中的应用 [J]. 湖南中学物理， 2023， 38 （01）： 67-69+92.