例談用數字化手段來優化傳統的初中物理實驗

張凌于

摘 要：近年來，信息技術的飛速發展給教育教學領域帶來了翻天覆地的變化，傳感器、數據采集器、計算機等信息技術設備都是物理學發展和進步的成果，將其應用到物理實驗教學中也是與時俱進的舉措，它的推廣和使用不僅是教學手段的創新，更是教學理念的革命.

關鍵詞：數字化實驗 傳統實驗 聲音特性

隨著科技的進步與發展，越來越多的數字化技術手段被應用到物理教學中。這也促使初中物理教育模式發生變化。為了適應科技的迅猛發展和新的人才培養需求，數字化實驗系統（簡稱 DIS）成為各地數字化校園建設重點項目，數字化信息系統實驗室也成為初中物理開展課內外探究實驗的重要手段。[1]

數字化實驗探究系統與傳統實驗相對比的優勢明顯，傳統實驗器材測量精確度有限，讀數誤差也相對較大。為了減小誤差采取多次測量求平均值的方法，這樣就會浪費很多時間。數字化探究實驗配備了幾十種傳感器，實驗中所測得的實驗數值可直接顯示在電腦屏幕上，而且精確度更高。這大大節省了實驗的時間，提高了實驗效率，原來需要一節課做完的實驗，現在十多分鐘就能完成了，這樣學生就有更多的自由支配的時間。學生平時在實驗或學習中的一些想法，數字化探究實驗都能比較容易地把這些想法變為現實，而以往的傳統實驗很難做到這一點。在物理實驗中，由于實驗測量儀器的限制，導致有的物理量無法直接測量或讀數不方便，直接影響實驗效果，而數字化實驗卻能輕松地解決這個問題。[2]

下面就以人教材初中物理八年級上冊探究聲音的特性為例來談一談數字化實驗手段的優勢。聲音的特性在初中物理教學中看似一個簡單的教學內容，但由于音調、音色概念相對比較抽象，在學生實際中的概念與物理概念間的距離較大，傳統的實驗探究通過音叉、乒乓球、尺子或其它方法進行，但由于頻率與音調間的關系難以建立，學生很難理解音調、音色概念的內涵。有關響度，學生不能真正區分‘大小和“高低”間差別及其所代表的物理意義。比較而言，數字化實驗卻能輕松地做出這個實驗，不但可以做出音叉的波形圖，還可較容易做出男女生聲帶振動的波形圖。為第四節《噪聲的危害和防止》，比較噪音和樂音的波形圖打下基礎。

如圖1傳統實驗裝置，在課堂上，學生改變鋼尺伸出桌面的長度，從而改變發生的音調，此時就有學生對刻度尺發出的音調提出了質疑。感到無法分辨哪次音調較高。而且好像控制了用力大小，可是響度還是不同。因為這個實驗，不僅僅是刻度尺振動發聲，同學們更多聽到的是刻度尺拍打桌面的聲音。聲源不止一個，音調區分就很難把握，而最大問題是對振動頻率的觀察，很多學生會看不清刻度尺振動的快慢。的確，人眼對振動快慢的分辨能力有限。振動頻率高于一定值時，人眼是很難準確判斷振動頻率的快慢的。如果我們利用聲音傳感器就可以從屏幕觀察音叉振動的快慢。

如圖2數字化實驗裝置，通過相同時間內波峰出現的密集程度就可以很清晰地比較出音叉振動頻率的快慢，這樣實驗就變的更加簡潔、明了、直觀。

教學實踐表明，利用聲音傳感器開展教學，能使學生對音調、響度的實驗探究達到更加理想的效果。更好的突破本節課的難點。具體體現在：

首先，現象更直觀，學生可以在電腦顯示屏上直觀地看到聲音的波形，可以對比不同的響度，不同的振幅；可以比較不同的音調，不同的振動頻率，更能直接對比不同樂器不同音色的聲音的波形，這不僅解決了學生肉眼看不清聲源振動的問題，而且更明確地讓學生了解到聲音是一種波。

其次，可改用不同聲源做實驗，能提供更豐富、多元化音調、響度的聲音。從而提高實驗內容上的拓展性。

總之，數字化實驗室能夠實時記錄實驗的每一個過程，并且能把轉瞬即逝的實驗數據高效、直觀地記錄下來，以前很多我們不能做或做不好的實驗都可以解決了。數字化實驗室的使用，不僅是教學手段的創新，更是教育思想觀念的進步。工具的發展是腦的擴展、手的延伸，是人類文明進步的階梯。有了船，人類領略到了大海的浩瀚；有了宇宙飛船，人類體驗到了太空的深邃；有了先進的實驗手段，學生必定能收獲我們意想不到的成功。

參考文獻

[1]陳學軍.DIS系統在初中物理演示實驗中的應用 教育教學論壇.2010.

[2]顏浩.陶本友.DIS實驗系統在初中物理教學中的應用實驗教學與儀器.2014.