摘要：高中物理数字化实验具有直观、可视的优点，它改善了实验探究的手段，使实验探究活动可以涉及到的层面更深，更容易得到有价值的结果，同时，它使得信息技术与实验教学的整合全面落地。笔者通过几个设计实例，阐述了高中物理数字化实验对物理学科核心素养。
关键词：高中物理、数字化实验、核心素养、实证研究
2017版新课标指出，高中物理核心素养为：物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。在高中物理实验教学中，我们可以通过创新的数字化实验方案设计，对微小量进行测量，减小部分传统实验器材造成的系统误差，最终潜移默化地对学生的物理核心素养进行培养。以下为笔者的浅见，与各位同行进行分享。
一、高中物理数字化实验对“物理观念”形成的助力作用
高中物理学科素养之“物理观念”，指的是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。大部分自然现象是可以通过实验方案的设计对物理过程进行模型化重现，学习者通过分析实验现象，得出结论，再尝试解释自然现象，这样从实际到理论，再到实际，对自然现象的解释就比较圆满。
俗话说，说一千道一万不如自己动手做一做。在动手做的过程中，我们会发现大自然的奥妙，发现物理学的美，发现物理学的基本概念和原理。这对于学生“物理观念”的形成非常有助力作用。在分析向心力的来源及探究影响向心力大小的因素时，与其空谈理论，不如给每组学生一个拴着细线的小球，细线另一端系在力传感器上，让学生们手持力传感器在水平桌面和竖直平面内分别牵着细线使小球做圆周运动，不同平面，不同速度分别感受一下细线的张力，这样子就可以使学生们分析向心力的来源时有一个直观的、亲身体验的感受，并且可以对影响向心力大小的因素有一个定量的数据支撑。这对学生理解向心力这一物理概念有比较好的助力作用。
二、高中物理数字化实验对“科学思维”培养的助力作用
高中物理学科素养之“科学思维”，指的是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程；是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用；是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力与品格。其中，基于经验事实建构物理模型，即从客观存在的、反复出现的实验现象中，建构物理模型，从而基于现象的事实证据对不同观点提出质疑和批判，进行重复实验检验和修正。
笔者在进行“探究感应电流的产生条件”这一节内容的教学中，把教材上所列的三个实验自行设计成数字化实验，即：用数据采集器和微电流传感器和笔记本电脑代替灵敏电流计的功能。学生分组进行探究实验；教师用一套器材，在教学一体机上安装数字化实验软件，将数据拟合的图像实时显示在一体机上，供学生们借鉴和参考。
在学生分析物理现象、设计实验方案、观察实验现象、分析实验数据和推理得出实验结论的过程中，凸显了科学思维的指导作用。在“探究感应电流的产生条件”这节内容的实验中，学生通过三种不同的物理场景，都能使闭合导体回路产生感应电流，但是三种物理场景的器材和操作是不一样的，这其中能不能找出产生感应电流的共性条件呢？ 这就要求学生在实验过程中及实验操作完成后，对比分析，逻辑推理，科学合理的找出共性条件。此过程对学生的科学思维进行了培养，起到一定的助力作用。
三、高中物理数字化实验对开展“科学探究”的助力作用
高中物理学科素养之“科学探究”，指的是基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、设计实验与制定方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。这一条里，明确的指出了实验是科学探究的重要载体。为了达成科学探究的核心素养，需参照科学探究的研究方法进行观察与实验。
学生在物理课堂中进行科学探究的过程，一部分是理论探究，另一部分是实验探究，而实验探究更能引起学生们的兴趣。实验探究中，有动手操作，有交流合作，有成功的喜悦，有追寻科学前辈进行科学实验的满足感。在“探究地磁场产生感应电流”的实验中，笔者设计了一个数字化实验（用微电流传感器显示微小电流）来探究“利用地磁场产生感应电流”，这样可以将所学拓展到我们所生活的熟悉的环境，容易引起学生的共鸣。笔者准备了长约15米的有绝缘外皮的铜导线，对折后，将铜导线两端与微电流传感器探头对接，两名学生各持铜导线的一端，在教室里沿南北和东西方向站位各试两次，甩动铜导线，教学一体机的软件界面上显示产生了感应电流，并且该电流的大小随甩动的速度变化而变化。
在哪个方向甩动铜导线产生的感应电流比较大呢？理论分析应该是东西方向，因为地磁场是沿南北方向的，东西方向站位时被甩动的铜导线才有效切割地磁场磁感线。但是通过实验我们发现，在东西方向和南北方向站位甩动时，在甩动速率差不多时，从 图看出，两者产生的感应电流没有明显的差别，峰值的差别也很细微。这其中可能的一个影响因素是：由于南北方向站位和东西方向站位的甩动速率没法做到相同，由于两次站位的距离不同，铜导线在被甩动时弯曲的弧度不同，导致两个方向站位测出的图产生误差，以至于无法精确判定到底是南北方向站位产生的感应电流较大，还是东西方向站位产生的感应电流较大。这就要求设计更好的实验方案，比如让机械来代替人甩导线，可以设置成固定的转速，这样可以减小系统误差。
从这个实验可以看出来，理论探究与实验探究是相互促进的，理论指导实验，但是实验又反过来促进理论的完善。只有将两个探究相结合，物理学的“科学探究”过程才比较完整，“科学探究”结论才比较可靠。
四、高中物理数字化实验对培养学生“科学态度与责任”的助力作用
高中物理学科素养之“科学态度与责任”，指的是通过高中阶段的学习，学生能正确认识科学的本质；具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是，不迷信权威；在进行物理研究和物理成果应用时，能遵循普遍接受的道德规范；理解科学·技术·社会·环境的关系，热爱自然，珍惜生命，具有保护环境、节约资源、促进可持续发展的责任感。
高中物理实验能满足学生学习和研究物理的好奇心，能满足与他人合作完成实验的要求，通过实验可以教育学生们养成节约实验材料，促进可持续发展的观念。在“探究碰撞中的不变量”这个实验中，教材设计了三个实验方案，其中第三个实验方案用到了打点计时器测速度。这个实验需要组员合作，一个开启打点计时器电源，另一个松手释放小车，小车拉纸带；完成实验操作后，一个进行测量，另一个进行数据记录和计算。这对于培养学生们的交流合作能力大有裨益。在进行实验材料准备时，有的学生截取的纸带比较长，进行测量时只选取其中很小的一段，这就显得比较浪费；而有的学生恰到好处的截取纸带，并在可测量长度内，这就显得能够节约资源，促进生态资源可持续发展。
笔者在设计“探究碰撞中的不变量”这个实验中时，采用的是气垫导轨这个实验方案，用光电门测速度，用数字化实验软件处理实验数据，快速实现一维碰撞和计算，最终得到实验结论。课前，学生们听到要使用气垫导轨做实验时，高兴得手舞足蹈，因为气垫导轨在他们的印象中，大部分时间只是出现在书面上，有幸得以摸一摸这个器材，甭提多开心了。
结语，高中物理数字化实验，对学生理解物理概念，进行科学思维训练和科学探究过程大有裨益，我们在进行教学目标的设计时，应引导学生进行自主创新实验设计，通过数字化实验得到更直观、可视和有价值的结果。这对于促进学生物理学科核心素养的养成，有明显的助力作用。
参考文献：
[1]普通高中物理课程标准[M]. 人民教育出版社 , 中华人民共和国教育部, 2018
[2]课程标准与教材修订（三）——如何在教材中凸显物理实验的育人功能[J].廖伯琴.物理教学探讨.2020(03)
[3]物理学科核心素养的理解与践行——以人教版高中物理教材为例[J].彭前程.物理教学.2020(02)