物理教学中注入数字化元素
广东肇庆市德庆县斌山中学 陈健玲
摘要：数字化物理教学，就是通过计算机技术、网络技术、信息技术等各种现代教育手段，把现代数字技术全面深入地应用到教学中去。通过数字化教学情境的创设，突破教与学的模式构造，使教学与信息技术相整合，在激发学生的实验探究欲、推进DIY的学习理念的同时，达到提升信息技术水平和信息素养的目的。
关键词：物理数字化 数字化实验 DIS 与传统的教育资源相比，数字化具有工具性、多样性、扩展性以及共享性等多种性质特点，可使教育实现备课数字化、教学数字化、实验数字化等集多媒体、网络、智能与可操作性于一体的现代化教育教学。
一、数字化备课
教学数字化备课是数字化资源多样化、共享性的突出体现，其主要作用在于使教科书中的静态信息转化为可以在课堂教学中有序应用的动态信息设计，并有计划地突出重点或难点，力求最大限度地调动各层次学生的学习积极性，发挥师生间的信息互动与交流，达到教和学的和谐统一。一节优质的备课不但要对教材内容进行仔细的分析研究，尽可能达到融会贯通，了然于胸；还要考虑学生对教材的可接受性，在此基础上选择学生易于接受的方式方法，对教材内容作必要的加工和再组织，这样，教师备课和教学任务就更加艰巨，单靠手写教案、翻各种资料、设置教学问题，需要花费大量的时间和精力。而数字化网络丰富多彩的信息世界可充分利用多媒体、网络技术等为数字化备课提供所需要 1
的信息资源，并实现数字化的信息管理方式和沟通传播方式，为信息化备课与教学提供了极大的方便，彻底减轻教师备课和教学压力。的确，在教学过程中，教科书并不是备课唯一的信息源。在教学中除了教科书，还有各类的教学媒体，如图片、幻灯、影视、课堂小实验、教师演示实验等，甚至生活小实践都可以成为非常时尚而有用的信息设计，即数字化备课设计。如在备《杠杠》一课时，为让物理知识更贴近学生，使学生从生活中辨认杠杆，笔者特意准备了许多杠杆原理的图片，如跷跷板、剪刀、开瓶器„„以及DVD视频，学生通过了解杠杆的应用，进一步认识物理是很有用的，从而提高对物理的学习兴趣；又如《滑轮组》一课备课中，教师可利用PPT和FLASH制作各种类型练习为学生巩固知识，既直观、形象便于理解，又节省时间和精力。而为保证数字化备课设计的创新性和可操作性，我县、市的教学研究网、教育资源网、及学校内部教研网络等，都共享着数量庞大、质量上优的信息化教学资源和教研成果，包括教案教研、多媒体课件、博客驿站、教学心得交流等等。在我市教育资源网中还设置了“理化生3D素材库”和“网上教研互动平台”，切实加强了中学教师的信息化水平，使教学与信息化相整合，为数字化备课提供了重要的信息环境保障。
二、数字化教学
数字化时代，对教师的角色观念有新了的认识和定位。教学，应是一种互动，这种互动能协助孩子成长，培育其开发本身的价值。但在传统教学模式中的教学结构是线性的，以教师的单向传播为主，多数情况下学生是被动的接收者，学习的自主性难以体现，还极可能会扼杀学生
的求学兴趣及创新思维。因而，为贯切实施新课标理念，教师授课时，应针对学生基础层次的不同，激发学习兴趣。这就要重视从生活中的事物引入新课，使学生体验到生活中无处不在的科学知识，引起学生对物理的重视和求知欲，还要体现出“从生活走向科学学习”并“从科学学习回到生活”的基本理念。那么，如何做才能达到教学目的呢？数字化多媒体中多元化素材的应用便可为其提供便捷的帮助。如笔者在教授《杠杆》一课时，利用多媒体图片和视频为学生介绍古埃及人建立金字塔时利用了杠杆，指出早在古代就有了使用各种机械的先例，虽然当时的生产力水平低下，但勤劳的人民用自己的聪明才智制造的各种简单工具，改善了生产条件，方便了生活，让学生理解物理的实用性和重要性，再通过现代生活的一些小型杠杆的介绍：如扳手、夹子、剪刀等，进一步提升学生自发式创新的信心。另外，还可使用数字化信息展示生产中常见的机械(如吊车、推土机、汽车、飞机、轮船等)，利用感官视觉的冲击来辅助学生分析讨论出杠杆的共同特征，切实地得出杠杆的概念，更有助于学生的理解和加深学生对所学知识的记忆，准确地从常见的工具中辨认出杠杆；还可以培养学生的观察能力和增强学生们对问题分析和总结能力。可见，教学资源的呈现方式，可为教师提供丰富的课堂教学手段，帮助教师轻松创建教学情境，烘托课堂教学氛围，提升教与学的趣味性；从而有效促进课堂教学资源生成性和师生交互性，提高课堂教学效率。此外，学生通过对数字化教学资源的真正利用，激发学生的学习与发现的兴趣，也是培养自主学习能力和创业能力的重要保障。
三、数字化实验（即DIS）目前数字化实验设备主要包括传感器、采集器和计算机。实验是物理学的基础，每一个物理概念和规律都是建立在相应的实验基础上，实验成功与否，直接影响着教学的成败。传统的物理实验教学由于受到仪器的落后和环境条件的限制，存在着实验仪器分辨率较低、实验数据的记录的手工记录烦琐而缓慢、数据采样率不高、分析处理数据的能力不足等多种短处。不但让学生难以看清实验的真实，还会导致教师手动能力和创新能力的下降，并直接威胁学生的科学发展和综合素质构成。而作为新崛起的数字化实验即以传感器和计算机为基础，可结合传统的实验仪器，将实验数据采集之后用计算机进行分析处理，通过数据图表和图象展示现象、揭示规律。简单的说就是以其强大的数据采集系统和处理软件成功地改善实验操作，引导学生自主设计操作，再根据数据图表等分析处理，全面地推进DIY学习理念，提升学生的自主设计能力以及实践操作能力。如笔者在广州高校学习培训时曾指导学生进行《自由落体运动》实验，在结合传统的实验仪器的前提下，学生使用采集器对实验数据进行分析采集，再通过计算机制作数数值12108g/(m﹒s-2)64201234567时间段 v/(ms-1) 纸带在几段时间内的平均速度和加速度据图表和图像（如下图）进行展示结果现象，揭示自由落体加速运动的基本规律，结果现象一目了然，规律简单明了。另，数字化实验设备“传
感器”在力学中也能得到充分的应用。如在《力的相互作用》和《气体压强》知识点的实验中，力传感器的双向性测力功能可以将两个物体相互作用中力的动态变化都显示得非常清楚，学生操作起来即简单便捷又科学合理。这样不但可以轻松突破实验教学重难点，还能更有效地激发学生实验探究欲，为开展探究式教学提供便捷和优势。
不过，虽然目前数字化实验在教学中凭借着自己独有的优势在新课程物理实验中得到了充分的应用，给予学生更大的学习空间，但并不代表数字化实验可以完全取代传统实验。笔者在实践过程中发现数字化实验同样也存在着一些困难和不足之处，如传感器内部测量的原理比较难于理解、传感器的敏感性否会影响测量数据的准确度等。另外，数字化实验其强大的数据处理能力适合用于过程比较复杂、要采集的数据量比较多、数据处理中计算量比较大的实验。而一些小巧简单的实验还是传统实验比较有优势，如在《液体压强》演示实验引入时笔者随手拈来两只矿水瓶子上下扎三个小洞，然后灌上水，让学生们根据水流不同的速度和远近距离分析判断不同深度其压强的不同，此外在《小孔成像》、《漂浮的鸡蛋》、《小孔明灯》等多种简单的小实验等也同样可利用传统实验，既形象直观又简单明了。总之，传统实验始终有着它的实用价值和实验优势。数字化实验和传统实各有长短，在实验课题的选择上，二者应该是互补关系，不能互相取代。
四、数字化环境的保障
为保障数字化教学的贯切实施与质优的服务，首先就要为数字化教学提供必不可缺的环境设施，这就需从数字化环境建设做起。目前我校
的数字化环境建设可以概括为“三通三室”一体化，即通讯、通网、通群、以及信息技术备课室、多媒体教室和数字化实验室。“通讯”为校讯通的的办理，此项目早已成为我校数字化环境建设的重点项目。现阶段我校全体师生千余人（包括学生家长）全部加入校讯通，成为了师生间互动沟通重要渠道。“通网”是指我市、县及我校的教育教研网、教育培训网、教育资源网、教育文化网络等的建设，其网络教学资源的共享为数字化教学注入丰富而创新的元素提供辽阔的平台。“通群”指的是教研博客群、QQ群，成为学校办公以及教师交流探讨的最快捷的工具之一。 而“三室”中的“信息技术备课室”是集计算机网络教育信息和科组教研平台于一体的多功能化备课室，为教师进行数字化备课和科组科研交流学习创造了丰富而便捷的环境条件； “多媒体教室”和“数字化实验室”设备先进齐全，为数字化教育教学和实验提供了多样性、可靠性的环境保障。另外，为保障数字化教学的贯切实施，我校还特别为教师增设了各种数字化技术培训，如电子白板技术的专题培训、电子备课专题培训、教师博客的专题培训、以及教学案例撰写专题培训等多种培训项目，相当于在传统校园基础上构建一个数字空间，实现教育过程的全面信息化，贯切实施集多媒体、网络、智能与可操作性于一体的现代化教育教学。
总之，在（物理）教学中注入数字化元素，使资源充分地得到共享和扩展，有效地整合中学物理与信息技术开展多媒体教学；通过数字化情景的创设，突破教育学的模式结构，提供发展自主式探究学习理念的平台，可激发学生的实验探究欲，全面推进DIY的学习理念。这样不但
能提升师生的信息技术和信息文化素养，把创新的方法和理念溶于教学过程，还能有效达到知识与技能、情感态度和价值观双赢的教学目的。
