Page 9 - 《中小学数字化教学》2020年第11期

物理专题

量之间的关系。手工制图，处理、分析数据，不 与失重现象和牛顿运动定律之上形成运动与相互
仅烦琐、精度低，而且存在主观随意性。当今社 作用观念。类似的适合数字化实验的还有电容的
会，使用计算机分析数据是学生必备的信息技术 充、放电实验、电感自感实验等，实验效果很好。
技能。其三，在传统实验中有时由于实验器材的 此外，如今教师可以用 App 提取手机内
限制，只能通过间接方式获得近似数据，导致实 传感器数据，用手机开展物理实验，为学生提
验程序复杂，实验结果存在不可消除的系统误差。 供更加方便的实验工具。师生可借助手机软件
信息技术的融合赋予了物理实验新内涵，扩 Phyphox 从高度、速度、加速度 3 个角度，观
展了物理实验的教学功能。数字化实验可以突破 察电梯启动、匀速上升、电梯到达 3 个阶段的运
常规实验仪器的局限，为学生提供物理情境的多 动状况。
重表征，帮助学生更好地认识物理现象，增强物 数字化实验具有视觉效果明显、贴近实际生
理观念。 活、适合学生自主交互探究等特点。信息技术的
1. 捕捉肉眼难以观察的实验现象 应用有利于提高学生的物理学习兴趣和参与度，
研究表明，表征是使用一种或多种特定形式 而交互过程中学生积极主动参与学习认知过程，
的信息对现象进行再次描述。在教学中教师需要 为其创造了验证猜想的机会。学生比较实验结果，
借助各种形式的外部表征（如文本、图像、手势、 分享实验结论，参与辩论，有助于将概念和规律
动画等），构建现象帮助学生建立内部表征或心 内化为自己的物理观念。
智模型，从而加深学生对概念的理解。教师借助 2. 提供更加准确的数据
信息技术通过类比、隐喻、视觉可视化、建模等 对于处理数据，借助信息技术无疑是最方便、
方式可为学生提供多层级、多重外部表征。数字 最准确的。实验者利用数字化工具还可以深入挖
化实验可以将原本难以捕捉的现象清楚明了地呈 掘数据。Excel、Origin、Matlab、几何画板等
现出来，方便学生排除干扰因素。例如，在教学“超 软件都可以在数据的统计、分析、处理，以及绘
重与失重”时，教师经常让学生站在体重秤上做 图等方面发挥功效。上海市在第二次课程改革中，
下蹲和起立动作，通过看体重秤的示数变化，直 对数字化工具应用在实验教学中的准备时间、数
观感受超重与失重现象。但单单一次下蹲就先经 据处理时间、探索研究时间等进行了详细统计，
历失重，再经历超重两种相反的示数变化，时间 发现在传统实验中学生要花费 45% 的时间进行数
较短，变化较快，学生体验不深。加之，电子体 据处理，数字化实验条件下，只占总时间的 3%。
重秤无法实时显示变化（示数），而弹簧体重秤 这样，学生有更多的时间进行探索和研究实验，
的弹簧自身有质量具备惯性，在受力发生剧烈变 可以更好地探究有关实验的原理和知识。例如在
化时会产生振动，导致示数来回摆动，不易观察。 “运用气垫导轨光电门验证动量守恒定律”的实
笔者曾观摩过一节公开课，就见到类似情况。学 验中，实验者应用实验仪器，可以获得的物理量
生做下蹲和起立动作，难以稳定，导致在实验后 有：遮光板的宽度 d，小车遮光板通过光电门的
得出“蹲下超重，起立失重”的错误结论。教师 时间△ t 、△ t ，小车通过两个光电门的间隔时间
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借助手持 DISlab 力的传感器，在传感器下挂上 t，小车质量 M，悬挂的重物质量 m，在实验中需
重物，可以精准测量学生下蹲和起立过程中传感 要验证 是否与 mgt 相等，此外需要多
器受力的变化。受力数据被实时传输到计算机上， 次实验进行验证，计算过程重复而烦琐。如果应
形成图像，为短暂的实验现象提供另一种长效而 用 Excel 等软件，教师只需做好函数并录入数据，
直观的视觉表征，借此学生对“物体运动状态的 就可以直接算出各次实验结果完成验证，帮助学
变化需要外力作用”有更清楚地认识，并在超重 生建立运动与相互作用观，并与能量观相联系。

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