数字化实验技术在高中物理探究性教学中的应用

一、引言

数字化实验技术融合传感器、数据采集器与计算机，能精准获取物理实验数据。在教育信息化背景下，将其应用于高中物理探究性教学，有助于革新教学模式，提升学生实践探究能力。

二、实施策略

在高中物理教学中引入数字化实验技术，需通过有序的步骤将其融入探究性教学过程，推动教学创新与学生能力发展。

（一）基于教学目标的实验设计规划

教学前，教师需开展系统化的准备工作。一方面，深入研读高中物理课程标准，结合不同章节的教学目标，从教材中筛选出适合运用数字化实验技术开展探究性学习的内容。例如在学习运动学相关章节时，可挖掘 “探究物体变速运动规律” 的教学点。另一方面，教师通过课堂观察、学情问卷等方式，充分了解学生现有的知识储备、认知水平与兴趣爱好，将抽象复杂的物理原理，转化为贴近学生生活经验、具有趣味性与操作性的探究主题，如 “探究自动扶梯运行中的速度变化”。

围绕选定的探究主题，教师需精心挑选合适的数字化实验设备。除了常用的力传感器、位移传感器，还可根据实验需求选择光电门传感器、温度传感器等。在确定设备后，详细规划实验流程，从实验仪器的组装调试，到数据采集的时间节点，都制定出清晰明确的操作步骤。同时，教师会预设实验过程中可能出现的各类问题，如传感器连接不稳定、数据采集异常等，并准备相应的解决方案，确保实验能够顺利进行。此外，教师还会设计一系列具有启发性和层次性的引导性问题，如 “在不同载重情况下，自动扶梯的速度会发生怎样的变化？这种变化遵循什么规律？”，以此激发学生的好奇心和探究欲望，为后续实验探究活动的开展奠定坚实基础。

（二）实验操作中的数据精准采集

进入实验操作环节，教师首先通过多媒体演示、现场操作示范等方式，向学生详细讲解数字化实验设备的使用方法与注意事项。例如，在讲解力传感器的使用时，不仅要说明如何正确安装传感器、连接数据采集器，还要强调测量过程中避免传感器受到剧烈碰撞、保持测量方向准确性等关键要点。为确保学生掌握操作技能，教师会安排一定时间让学生进行设备操作练习，对操作不规范的学生进行一对一指导。

学生以小组为单位开展实验，每组推选一名组长负责组织协调实验进程。小组成员分工协作，严格按照预先设计的实验步骤，规范操作各类数字化实验设备。在进行 “探究物体变速运动规律” 实验时，学生需精准操作位移传感器和光电门传感器，实时采集物体在不同时刻的位移、速度、加速度等数据。实验过程中，学生保持高度专注，仔细观察实验现象，不放过任何细微变化，并及时将观察到的现象和采集的数据记录在实验记录本上。

利用数据采集器与配套的计算机软件，学生能够将实验数据以直观的图表、曲线等形式呈现。例如，通过软件绘制物体运动的速度- 时间曲线，曲线的斜率变化能清晰展示物体加速度的动态变化过程。为提高实验数据的准确性与可靠性，减少偶然误差的影响，学生多次重复实验，获取多组数据，并对数据进行初步的整理和分析，如计算平均值、绘制误差条形图等，为后续深入的数据分析提供丰富、精准的数据支持。

（三）多维度的数据深度分析验证

采集完数据后，教师引导学生运用计算机软件及专业的数据分析工具，对实验数据进行全面深入的分析。学生首先从整体上观察图表走势，寻找数据变化的趋势和规律。例如在分析 “探究物体受力与加速度关系” 的实验数据时，通过观察力与加速度关系图，初步判断二者是否存在某种关联。接着，学生运用数学计算方法，计算不同力作用下物体的加速度，通过数据对比，进一步挖掘数据背后隐藏的物理规律。

为促进学生思维的碰撞与交流，教师组织学生开展小组讨论活动。各小组派代表分享本小组的数据分析结果，其他小组成员认真倾听，并提出疑问和建议。在讨论过程中，教师鼓励学生对实验现象与数据进行大胆质疑与深入反思，引导学生思考实验数据与理论预期不一致的原因。对于存在疑问的数据或现象，教师指导学生重新审视实验过程，从实验设备的安装调试、数据采集的方法到实验环境的影响等方面，逐一排查问题根源。

（四）知识迁移的拓展延伸探究

完成实验分析验证后，教师围绕教学内容和学生的学习情况，创设多样化的拓展探究任务，引导学生将在实验探究中所获得的知识、技能和方法迁移应用到新的情境中。例如，在学习完电能与电功率相关知识后，教师布置 “探究家庭常用电器能耗规律” 的实践任务，要求学生运用数字化实验技术，对台灯、冰箱、空调等家用电器的能耗进行测量和分析。

学生以小组为单位，自主设计实验方案。从选择合适的数字化实验设备（如功率传感器、电能计量模块等），到确定实验测量的时间周期、记录数据的频率，都由学生自主规划。在开展拓展实验探究过程中，学生不仅要熟练运用课堂上学到的实验操作技能，还要根据实际情况解决遇到的各种问题，如如何减少环境因素对测量结果的影响、怎样处理异常数据等。

同时，教师鼓励学生利用网络资源、图书馆资料等，查阅数字化实验技术在物理研究及其他领域的应用案例，拓宽学生的视野。例如，了解数字化实验技术在航空航天领域中对飞行器运动参数监测的应用，以及在环境科学领域中对大气污染物浓度变化的实时检测等。

实验结束后，教师组织学生进行实验成果展示与交流活动。学生通过撰写详细的实验报告、制作精美的演示文稿、录制生动的实验视频等形式，分享拓展探究成果。在展示过程中，学生不仅要介绍实验的过程和结果，还要阐述在实验过程中的思考与收获。

三、结语

数字化实验技术为高中物理探究性教学注入新活力。通过科学规划、精准采集、深度分析与拓展延伸，实现技术与教学深度融合。未来应持续探索创新应用模式，让其更好地服务于物理教学，助力学生核心素养全面发展。

参考文献

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[2] 王雅琴。基于数字化实验的高中物理探究性教学实践 [J]. 教育科学论坛，2022 (32):34-38.

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