基于《共点力平衡》课例中数字化实验应用的思考

基于《共点力平衡》课例中数字化实验应用的思考

刘丽阳

邯郸市第三中学 

摘要：“共点力平衡”是高中物理力学的重点内容，是学生学物理的关键。物理课堂是学生学习的主阵地，“同课异构”是教师研究教学的重要手段。实验是物理课堂的构成部分，合理的将实验融合到课堂中会增加课堂的趣味性。科技高速发展，数字化实验应用到物理教学中越来越成为一种新的趋势。

关键词：共点力，物理课堂，数字化实验

一、“共点力平衡”的教材地位和教学目标

“共点力平衡”是人教版高中物理第一册第三章第五节的内容，该节内容课标要求是让学生理解共点力的平衡状态和运用共点力平衡的知识解决实际问题。要实现这个要求，受力分析是基础，解题方法是关键。高一学生学习了“受力分析”、“力的合成和分解”等，已经具有一定分析物体受力问题的能力，在此基础上运用共点力的平衡解决实际问题，难度应该不大。但是，学生由于对受力分析理解不透彻，练习不深入，所以还不够灵活，这就需要教师循序善诱的引导，逐步提升学生的解决问题的能力。该节课的学习目标共分为三个，学习目标一：理解什么是共点力，并能举出例子；指向物理观念。学习目标二：通过逻辑推理，结合力的合成与分解，能把三力平衡问题转化为二力平衡问题，并类比推理出多力平衡可以转化为三力平衡，“实验探究”“类比推理”指向科学探究以及科学推理。学习目标三： 通过对三力平衡时的合成法和分解法的学习，让学生学会解决实际问题，“类比推理”指向科学思维，又指向科学态度及责任。三个目标整体构成了“物理学科核心素养”的发展目标，从目标中“归纳出”、“知道”、“得出”等行为动词，学生可以对标学习目标进行自我评价，老师也可以依据学生的达成情况进行过程性评价和结果性评价，进而提升学生的学科素养。

二、课例分享

为了更好地推进教学，实现课堂的高效性，邯郸市教育所在10月25日举办了“同上一节课，构建新范式”优质课展示活动，物理学科在武安一中进行，作为展示老师，我代表学校将自己的课例进行了展示。我的这节课主要围绕四个板块展开，即板块一:小视频引入，图片展示，体会平衡；板块二：智能力盘展示，得出三力平衡的条件；板块三：应用合成法或者分解法，分析解决问题，进行小组PK赛；板块四：智能力盘展示动态平衡问题（图解法）。本节课有两个亮点，亮点一：挑战小游戏和观看小视频。①精彩片段分析：通过三根筷子支起一桶饮料的小游戏激发学生兴趣，通过播放小视频让学生体会平衡的艺术和平衡的美；②实施途径：引导学生快速地进入课堂状态，认真观看小实验和视频，抓住平衡这个主要因素，突出这节课的要点；③实施效果：学生通过观察，基本能够判断平衡的物体所受合力为零，进而得出三力平衡的条件和四力平衡的条件，再具体到实际的应用，环环紧扣，层层递进，把难以理解的问题简单化。本节课亮点展示二：数字化实验即智能力盘的合理使用。①精彩片段分析：通过智能力盘观察不同状态下的平衡，即二力平衡和不同角度的三力平衡，让学生加深对三力的平衡条件的理解；②实施途径：引导学生认真观看智能力盘，体会智能化教学的魅力，结合已有的力的合成和分解的知识，动态地分析物体在三力平衡下力的大小和方向；③实施效果：学生通过观察，再一次验证了合成法，有效激发了学习的兴趣，使学生从原来的只会分析二力平衡到会分析三力平衡问题再到会分析动态的三力平衡问题，让思维逐步加深，层层递进。

三、基于课例中数字化实验应用的思考

实验是高中物理课堂的重要构成部分，上一节好的物理课，实验是必不可少的。那么如何将实验更好的融合到课堂中去，充分发挥实验的作用。11月22日邯郸市教科所举办了“教研月”活动，进行了探讨。物理学科在邯郸市第三中学举行，很荣幸我将10月份的展示课例进行分享，并就课例中的数字化实验的运用做了说明。借此机会，我也认真研读了《高中物理数字化实验应用研究》这本书，并查阅了相关的很多文献，收获很大，我查阅文献中发现国内外对于数字化实验的研究其实很早就有了，从中国知网中检索，发现有几十余篇相关文献，其中有硕士论文的，也有教师发表的期刊论文等，地区多见于南方像江苏、浙江、福建等沿海城市地，北方区文献很少，从文献地区就能看出数字化实验在北方的使用是匮乏的，北方的老师们都不了解数字化实验，对于如何能把数字实验应用到教学中就无从谈起了。

    “学好数理化，走遍天下都不怕。”数理化当中最重要的一定是数学，但是最难学的应该是物理，物理课堂对学生学好物理来说起着至关重要的作用，如何上好一堂物理课，一直是所有高中物理老师探索的，比如说就像“共点力平衡”这节课，学生经历了之前课程中关于“力的合成和分解”的学习，并且大部分的学校应该是为学生提供了学生分组实验，让学生验证了平形四边定则。而“共点力平衡”这节课首是知道什么是共点力，其次就是突破三力平衡这个难理解的知识点，学生脑海中的平衡知识仅是停留在初中的二力平衡，对于三力的平衡问题或多力平衡问题是陌生的，是无从下手的，这时老师的引导就很重要，比如是否可以将任意两力合成然后与第三个等大反向？而又如何去验证它呢？还是重新在课堂上做一下两个力合成的实验图示？那样是不是会耗费太多的课堂时间？还是干脆不做，直接跳过？这个时候智能力盘就发挥了它的作用，智能力盘可以很快的展示力的图示，不仅直观形象，还大大的节约了课堂的时间，恰到好处！除此之外，数字化实验优势还有很多，比如数据采集的方便化、图像的直观化、结果的智能化等。总结起来数字化实验最明显的优势有以下几条：

1、提高实验效率

可以实现实验数据的自动采集、处理和分析，减少了人工操作的时间和误差，从而提高了实验效率和精度；

2、扩展实验范围

数字化实验可以利用计算机技术和传感器技术，实现对实验数据的远程采集和处理，从而扩展了实验的范围和领域；

3、增强实验教学效果

数字化实验可以为学生提供更加直观、生动的实验教学环境，提高学生的学习兴趣和学习效果；

4、促进科学研究发展

数字化实验可以为科学研究提供更加准确、可靠的实验数据，从而促进科学研究的发展和进步；

5、推动教育改革

数字化实验是教育改革的重要方向之一，它可以为学生提供更加丰富、多样化的学习体验，推动教育改革的深入发展。

数字化实验有这么多的优势怎么让它为物理课堂服务呢？这需要我们物理教师不停的研究和探索。

随着教育改革的不断深入，传统的实验方法已经无法满足人们对实验数据精度和效率的要求，数字化实验可以实现实验数据的自动采集和处理就可以做到。传感器技术的不断发展，使得数字化实验可以利用各种传感器实现对实验数据的自动采集，也提供了更多的实验可能性。通过学习我也发现，大多数的数字化实验都可以按我们物理教研员王刚老师提出的“六步法”去操作：第一步，选择传感器，设计实验（像智能力盘）；第二步，安装传感器和其他配件；第三步，进行实验，实时显示测量进程（像三力合成和动态平衡）；第四步，采集数据，拟合图像（像平行四边形或者图解法）；第五步，分析数据，得出结论；第六步，保存数据，书写报告。希望正在进行这方面研究的老师可以参考。

     “教”无涯，“研”无止。无论是传统实验还是数字化实验都是为了实现物理课堂的高效性，如何既保留传统实验身临其境的特点，又能加入数字化实验高效性的特征。我相信，通过老师们的不断探索，我们一定可以找到很多解决办法，推出更多的优秀课例。在不远的将来，数字化实验也可以更好的发挥它的作用，补充传统实验的不足，发挥自己的优势，让我们的高中物理课堂更加有趣化、智能化、高效化！

参考文献

[1]普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：12，4-6，78-80.

[2]高中物理数字化实验应用研究与实践.中国矿业大学出版社.