淺談數(shù)字化實(shí)驗室在高等師范院校中的作用

文/劉世華　潘偉偉

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淺談數(shù)字化實(shí)驗室在高等師范院校中的作用

文/劉世華潘偉偉

摘要:高等師范院校的數(shù)字化實(shí)驗室在新課程改革中發(fā)揮著巨大的作用，它提高了實(shí)驗教學(xué)的效率，解決了實(shí)驗教學(xué)中的難題，培養(yǎng)了學(xué)生的動手能力和研究精神，提升教師教學(xué)能力。對于在校師范生以及前來參加培訓(xùn)的中小學(xué)教師來說，高等師范院校數(shù)字化實(shí)驗室都發(fā)揮著巨大作用。

關(guān)鍵詞:數(shù)字化實(shí)驗室;高等師范院校;實(shí)驗教學(xué)

潘偉偉，凝聚態(tài)物理專業(yè)博士，貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院。

1．引言

在新一輪的基礎(chǔ)教學(xué)課程改革的推動下，學(xué)生的對實(shí)驗的自主探究能力將會顯得尤為重要，如何提高學(xué)生對實(shí)驗課程的自主探究能力將會是基礎(chǔ)教學(xué)課程改革研究的新方向。對于中小學(xué)生來說，提高他們對實(shí)驗課程的自主探究能力可以從兩方向出發(fā)，一是能激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗的興趣，二是要求有新的教學(xué)手段的產(chǎn)生。在這種背景下，數(shù)字化實(shí)驗室應(yīng)運(yùn)而生，它不僅是科技的新成果，學(xué)生勢必會對這種新成果產(chǎn)生濃厚的興趣，而且它也是一種創(chuàng)新的教學(xué)手段。

2．?dāng)?shù)字化實(shí)驗室簡介

數(shù)字化實(shí)驗室是全新的教學(xué)實(shí)驗平臺，主要是利用計算機(jī)技術(shù)來輔助中小學(xué)實(shí)驗教學(xué)，它是一個實(shí)時采集數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與實(shí)驗教學(xué)相結(jié)合的新型實(shí)驗?zāi)Ｊ健?shù)字化實(shí)驗室主要由計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、各種教學(xué)專用的傳感器以及配套的專用軟件組成。數(shù)字化實(shí)驗室所有的實(shí)驗是以真實(shí)的實(shí)驗為基礎(chǔ)，應(yīng)用傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)驗儀器，通過數(shù)據(jù)采集器將采集到的實(shí)驗數(shù)據(jù)送往計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、圖線分析，借助計算機(jī)平臺更直觀地顯示物理、化學(xué)、生物現(xiàn)象，更深刻地展示實(shí)驗變化規(guī)律［1］。

3．?dāng)?shù)字化實(shí)驗室的作用

3．1提高了實(shí)驗教學(xué)效率

在傳統(tǒng)的實(shí)驗教學(xué)中，我們需要手動地測量和采集數(shù)據(jù)，不僅繁瑣而且會耗費(fèi)太量的時間，嚴(yán)重影響教學(xué)效果，數(shù)字化實(shí)驗是將傳統(tǒng)的實(shí)驗中模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量的過程，通過傳感器將電流、電壓、壓強(qiáng)等一些物理量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量通過采集器輸送到電腦中自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，大大地提高了實(shí)驗教學(xué)效率。例如中學(xué)物理中測量小燈泡的功率，滑動變阻器滑動多次后才能根據(jù)多組電流電壓的數(shù)據(jù)描繪出小燈泡功率變化的曲線。而在物理數(shù)字化實(shí)驗中，我們只需要拖動滑動變阻器，計算機(jī)會自動記錄小燈泡的電流電壓讀數(shù)并自動繪制出小燈泡功率隨滑動變阻器移動的曲線，而且數(shù)字化配套軟件記錄數(shù)據(jù)的頻率還可以自行控制。

3．2解決了實(shí)驗教學(xué)難題

在中學(xué)實(shí)驗教學(xué)過程中經(jīng)常會遇到一些不能直接觀看實(shí)驗現(xiàn)象的難題，比實(shí)驗教學(xué)帶來了不小的麻煩，傳統(tǒng)的實(shí)驗設(shè)備需要人工測量和記錄數(shù)據(jù)，不能直接觀察一些快速變化的實(shí)驗過程，而數(shù)字化實(shí)驗擁有高精度、高速度的傳感器和數(shù)據(jù)采集器，可以精確、高效地記錄實(shí)驗的每一個過程，把瞬間即逝的實(shí)驗數(shù)據(jù)記錄下來，在計算機(jī)當(dāng)中使用配套的軟件就可以觀察到實(shí)驗變化的過程，從而輕松解決實(shí)驗教學(xué)中的難題［2］。例如中學(xué)物理里面講解電容器充放電時，因為肉眼是看不出來電容器充放電變化的，這就給老師講解電容器充放時帶來了一定的難度，而通過數(shù)字化實(shí)驗，我們很直接地看出電容器充放電的過程，使學(xué)生對電容器的認(rèn)識更加深刻。如圖2所示，電容器充放電實(shí)驗。

圖2　電容器充放電實(shí)驗

3．3培養(yǎng)了學(xué)生的自主探究能力

數(shù)字化實(shí)驗是一種全新的實(shí)驗平臺，一種創(chuàng)新的教學(xué)手段，實(shí)驗設(shè)備操作簡單，數(shù)據(jù)結(jié)果能夠自動處理，還能從計算機(jī)當(dāng)中觀察實(shí)驗變化的過程，這樣一種新的實(shí)驗環(huán)境會激發(fā)學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)。學(xué)生可以在數(shù)字化實(shí)驗室中根據(jù)自已的興趣選擇實(shí)驗項目，自主進(jìn)行實(shí)驗探究，分析實(shí)驗誤差，然后作出改進(jìn)，不僅掌握了新的實(shí)驗手段，還能提高創(chuàng)新能力，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3．4提升教師能力

在全國數(shù)字化實(shí)驗室建設(shè)開展越來越普遍的情況下，要求中小學(xué)教師也要掌握最新的數(shù)字化實(shí)驗教學(xué)技能。高等師范院院校數(shù)字化實(shí)驗室可以利用它的優(yōu)勢不僅對師范生培養(yǎng)了教學(xué)技能，中小學(xué)骨干教師也可以利用“國培計劃”培訓(xùn)的機(jī)會進(jìn)入高等師范院校學(xué)習(xí)數(shù)字化的實(shí)驗教學(xué)技能，這對教師的能力也是一個很大的提升。

4．?dāng)?shù)字化實(shí)驗室在高等師范院校中的意義

隨著教育改革的不斷推進(jìn)，數(shù)字化實(shí)驗室將是未來實(shí)驗教學(xué)發(fā)展的趨勢，越來越多的數(shù)字化實(shí)驗室將會建設(shè)起來，這就要求了在未來中小學(xué)教師必須要掌握這種新的實(shí)驗教學(xué)手段。在高等師范院校建設(shè)數(shù)字化實(shí)驗室具有巨大的優(yōu)勢。首先對于本校師范生來說，在大學(xué)時期提前學(xué)習(xí)數(shù)字化的課程，掌握這種新的實(shí)驗教學(xué)手段對他們在以后中小學(xué)的教學(xué)中是一項必不可少的技能。

5．結(jié)束語

在未來，數(shù)字化實(shí)驗室在全國將會越來越普遍，它在高等師范院校中對本校的師范生以及參加培訓(xùn)中小學(xué)教師的教學(xué)能力上有很大的提升，它是一種創(chuàng)新的教學(xué)手段。

(作者單位:貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院)

參考文獻(xiàn):

［1］葉璇璇．?dāng)?shù)字化科學(xué)探究實(shí)驗室研究［J］．新課程，2014 (01)．

［2］徐永霞．淺談數(shù)字化實(shí)驗室在物理教學(xué)中的應(yīng)用［J］．課程教育研究，2012 (08)．

作者簡介:劉世華，無線電物理專業(yè)碩士，貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院。

中圖分類號:G658

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:2095－9214 (2015) 10－0070－01