运用数字化实验室优化物理课堂教学的新尝试
◎ 山东省招远第一中学 张平勇
数字化实验室是一个开放性的实验平台，将传感器和计算机组成多功能的测量系统，能够独立地或者与传统的仪器结合起来进行实验，通过传感器快速、高精度地实时采集数据，通过接口与计算机连接，使计算机完成数据的采集、计算、分析并展示真实的实验结果。用它们可以完成力、热、声、光、电等各类实验，提高测量的精度和速度，完成常规仪器难以完成的实验，是深层次的信息技术与传统实验的整合。
学生不仅能掌握物理知识，还能了解现代实验技术和手段，培养了他们的实验能力，提高了学习的热情和积极性。具体而言，数字化实验室在当代高中物理教学中的教育功能体现在如下一些方面：有利于培养学生的科学素养；有利于培养社会需要的善于学习、善于推理，思维具有创造性、具有良好问题解决能力的人；有利于学生科学精神和人文精神的结合，形成正确的科学观和价值观；大大节省传统实验数据的记录、计算、分析的时间，使实验的重心落在问题的假设及探究活动上；提供比手工观察、记录实验数据高得多的数据精确性，保证实验的成功；为学生提供在玩中做实验的情境，有利于提高学生对于科学实验的兴趣，激发学生学习的内在动力，从而乐于探究、热爱科学；支持教师设计个性化的实验，有利于学校校本实验课程的建设；支持持续时间长的实验，支持户外实验，支持跨时间与地域的合作实验；教师可以在线评价学生的实验报告，学校可建立实验报告资源库，也方便学校实验教学的宣传。
具体以“磁场对运动电荷的作用”一节，来简单记述“运用数字化实验室优化物理课堂教学的新尝试”的教学过程和心得。
首先，通过演示实验让学生建立起运动电荷在磁场中会受到力的作用，即洛伦兹力的作用的概念，并初步认识到洛伦兹力与磁感应强度的方向和带电粒子的运动方向有关。但这还只是对宏观表象的认识，并没有认识到微观实质。
在这一基础上，运用数字化实验室计算机显示动画课件并播放内容解说，使学生顺利地由宏观安培力过渡到微观领域的洛伦兹力，并领会到洛伦兹力方向的判断方法与安培力方向的判断方法相同，都是运用左手定则判断。
这时，学生就可以从计算机网络中调出巩固性练习题，练习用左手定则判断洛伦兹力的方向。学生学会判断方向之后，接着再运用数字化实验室显示思考题：在此题中，如何由安培力大小推导出洛伦兹力大小呢？学生讨论后自己推导。
教师总结洛伦兹力大小的计算公式，并为了巩固学生对洛伦兹力公式的进一步理解，通过数字化实验室向学生展示例题与练习题，通过做题学生很快学会运用洛伦兹力公式解决简单问题的方法。
最后，通过数字化实验室展示电视机显像管的图片，并播放动画，展示其中的电子受洛伦兹力作用做曲线运动的过程。
这样让学生对显像管的工作原理有了形象的认识，对洛伦兹力的理解产生了一个升华的过程，将物理知识与日常生活联系起来。
这节课运用数字化实验室优化了物理课堂教学，获得了成功的新尝试，总结教学心得有以下几点体会。
一、利用数字化实验室进行教学可激发学生的学习兴趣，调动学习的主动性
前苏联教育家苏霍姆林斯基在《兴趣的秘密何在》中写道：“所谓课上的有趣，就是说学生带着一种高涨的、激动的情绪从事学习和思考，对面前展示的真理感到惊奇甚至震惊；学生在学习中意识和感觉到自己的智慧力量，体验到创造的欢乐，为人的智慧和意志的伟大而感到骄傲。”
在“磁场对运动电荷的作用”这节中，我运用数字化实验室技术将内容生动、形象逼真、声音动听的信息传递给学生，调动学生的学习热情，让学生运用计算机网络学习、掌握、运用洛伦兹力的知识。学生在学习过程中得以动手动脑，越过一个又一个学习上的障碍，成功的喜悦伴随着整个学习过程，不仅没有新知识难以接受的感觉，而且从接受到掌握、运用这些知识的全过程都是在自发之中进行的，对知识本身的学习更有持久的兴趣，对优化课堂教学起着决定性作用。
二、利用数字化实验室进行教学可以发展学生能力和培养学生素质
利用数字化实验室技术教学，学生必须在课堂上动手动脑，主动参与到学习中来。在“磁场对运动电荷的作用”这节课中，学生动手使用计算机的能力、自学能力、由表及里的逻辑思维能力等都得到发展。
这节课从宏观安培力到微观的洛伦兹力，从阴极射线管的实验现象到理论结论，以及把理论运用到实践之中，以其本身的科学性、思想性和启发性感染着学生，教育着学生。
在教师的指导下，学生利用数字化实验室计算机及计算机网络，对学习洛伦兹力提出的问题产生好奇和疑问，对难题刻苦钻研，对解决问题后的自信无不表现出求知欲、好奇心，热爱真理的需要得到满足而产生的良好情感，表现出克服困难，自觉学习的坚强意志。
学生在学好洛伦兹力的同时，在认识、情感、意志、性格等方面也受到良好的心理素质教育，培养了严谨求学、探索物理规律的基本素质。
三、利用数字化实验室教学有助于发挥学生的主体作用，提高学习效率
传统的教学方式是教师口授，学生听讲。课堂上以老师为主，学生只充当被动接受的角色，调动学生的方式也很单一——提问式。这种教学方式有时很难使学生全身心投入。
利用数字化实验室教学可以增强学生的投入意识，在老师的主导作用下，使学生以简捷有效的方法获得科学知识。
在“磁场对运动电荷的作用”这节课中，学生跟着数字化实验室动画课件，由安培力的宏观表现领会到洛伦兹力的微观实质，很快掌握了洛伦兹力的方向的判断方法和洛伦兹力大小的计算，利用计算机网络学会运用这些知识，在课堂上，数字化实验室将载有洛伦兹力的文本、音响、动画、图像等信息一起传输给学生。这些信息有很强的表现力，同时调动学生的眼、耳、口、脑等多种器官，促使学生主动记忆，认真思考，努力探索，积极参与教学。学生的主体作用得以充分发挥，学得轻松活泼、愉快，对新知识学得快，掌握得快。
利用数字化实验室教学，调动学生的积极性，增强了学生的求知欲和自信心。学生学习更加刻苦，学习效果更佳，教学过程也更完善。
四、利用数字化实验室教学可起到事半功倍之效
利用数字化实验室技术不仅能增强学生的投入意识，优化教学过程，激发学生的学习兴趣，而且能在一节课的时间里增大课堂的信息容量。
在“磁场对运动电荷的作用”一节中，如果用传统的教学手段，光板书和画图就约占一节课的三分之一的时间，讲完练完这么多内容也约需两课时的时间。现在运用数字化实验室技术，节省了大量的板书和画图时间，保持了学生在学习中思维的连贯性，把节省的时间用于学生学习新知识、巩固新知识，完成巩固性、检测性练习；用于老师当堂检查学生对这节课知识的掌握情况，真正的优化了物理课堂教学，使课堂“活”而“有序”，课堂知识“密”而“不乱”，使学生在一节课的时间里学到了更多的知识，起到了事半功倍的效果。
运用数字化实验室进行教学能促进我们教师去进一步完善课堂教学，使教学过程更具有科学性，能帮助教师在课堂上更合理地掌握和使用时间，能吸引学生的注意力，使学生在课堂上接受和掌握更多的知识，是优化物理课堂教学的有效手段。