Page 10 - 《中小学数字化教学》2020年第11期

物理专题

此外，应用软件绘图，可以消除主观随机性， （二）开展虚拟实验
客观而严谨地分析物理量之间的关系。例如，在 虚拟实验教学作为一种低廉而安全地开展实
“探究等温情况下一定质量气体压强与体积的关 验教学的方式，在科学教学中一直发挥着重要而
系”时，学生根据注射器示数读出气体体积 Vi， 独特的作用。虽说虚拟实验教学不能达到实验教
借助 DISlab 的气压传感器测得气体压强 pi，计 学的所有目标，如实践操作能力、质疑创新能力、
算 1/Vi 的值，绘出 p-1/V 的图像，拟合后呈现 科学本质认识等，但相比通过语言讲授、板书图
良好的线性关系，由此得出压强与体积成反比的 示和手势描述，它能切实有效提高学生的科学概
结论，从而准确而量化地建立物质观和能量观。 念学习、认知能力发展、科学课堂的兴趣和参与度。
3. 优化实验方案，消除系统误差 1. 借助模型建构系统
教师借助数字化仪器进行实验可以获得用 在物理教学中有时需要开展一些理想化实
传统实验仪器无法获取的数据，从而极大程度 验，教师很难提供现实的实验环境；而有些实验
地简化实验，为学生排除干扰，便于学生直接 在现实中不易观察，对学生的空间想象、模型建
思考物理概念。例如在“探究加速度与物体受力、 构能力提出了很高的要求。学生可以借助模型建
物体质量的关系”实验中，小车随钩码加速运 构系统，在建构理想模型，改变变量控制模型的
动，并非处于平衡状态，钩码的重力不等于对 过程中进行思维交互，完成这些实验。研究表明，
小车的拉力。常规实验中，实验者无法使用弹 借助信息技术模拟物理模型，对学生学习概念有
簧测力计测量移动的小车所受拉力，只能让小 很好的辅助作用。例如，认知太阳系行星模型、
车质量远大于钩码质量，将钩码的重力近似看 电场、磁场或理解热学的微观解释等，超出了人
作小车受到的外力。这会导致实验存在无法消 类通常经验认识的极限——教师借助模型建构系
除的系统误差，也限制了钩码质量的变化范围。 统可以让学生体验可视化的物理实验。
实验者借助 DISlab 系统，可以将力的传感器固 模型建构系统可以帮助学生进行定量或半定
定在小车上，直接测量小车所受外力，再根据 量推理。在物理教学中嵌入数字化模拟实验，可
位移传感器测量小车随时间的位置变化量，计 以帮助学生开展综合性探究活动。学生与模型中
算加速度。通过这种方式简化了实验设计，降 的变量进行交互，观察因变量变化，从而推理变
低了实验操作难度，并将物理量的间接测量转 量间的因果关系，这样便可将物理学习和元认知
化为直接测量，减少了思维步骤，让学生可以 发展结合起来。White 和 Frederiksen 研究发现，
将注意力更专注在现象本身，更好地发展运动 光学交互模拟平台可以帮助学生在与实物的互动
与相互作用的物理观念。 中模拟自己的猜想，并在虚拟实验中进行测量和
数字化实验仪器切实地优化了实验教学，但 验证。
这并不代表传统实验中所承载的等效替代、极限、 2. 应用模拟实验软件
放大、转化等科学方法已经过时，而是对学生的 在物理教学过程中，一些实验不宜在课堂教
动手能力、创新意识提出了新的考验。此外，一 学环境下开展。例如，海波熔化实验，由于海波
些教师认为计算机操作复杂，故障率高，有时反 具有较强的水解性，使用和操作难度较大；又如，
而会阻碍学生顺利完成实验，降低教学效率。但 核裂变和核聚变反应，放射源昂贵、危险且不易
不能因此本末倒置、因噎废食，数字化技术不仅 获得，不宜开展课堂演示教学。这两项实验可以
为学生的实验提供了便利，也给学生提供了更多 借助模拟实验软件开展。仿真模拟相比播放视频，
的探索空间，这也对教师的实验教学提出了更高 具备更强可操作性和互动性。教师可以根据课堂
的要求。 状况、学生反应、教学顺序，选择操作软件，为

8 | 借助信息技术促进学生物理观念发展