運用數(shù)字化實驗 優(yōu)化高中物理教學(xué)

摘 要：中學(xué)物理新課程對學(xué)科探究及實驗?zāi)芰μ岢龈叩囊螅髮W(xué)生能掌握設(shè)計物理實驗的基本方法，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單處理，能夠自主探究一般的物理規(guī)律。這就要求學(xué)生理解傳統(tǒng)物理實驗的設(shè)計思路，在數(shù)據(jù)處理時，鼓勵將電子計算機等多媒體技術(shù)應(yīng)用在物理實驗中，充分利用傳感器和計算機的功能，實時測量、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果等，使實驗過程和數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)能自動進(jìn)行，提高實驗的效率和效果。

關(guān)鍵詞：高中物理；數(shù)字化實驗；教學(xué)優(yōu)勢；劣勢；恰當(dāng)整合

一、數(shù)字化實驗運用在物理教學(xué)中的優(yōu)勢

1.數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗相比更形象、更直觀，改進(jìn)了物理教學(xué)的方式。在學(xué)習(xí)牛頓第三定律的時候，傳統(tǒng)的實驗是學(xué)生拿兩只彈簧秤互相拉，同時觀察兩只彈簧秤的示數(shù)關(guān)系，可是做實驗的時候，學(xué)生看到左面彈簧秤的示數(shù)就看不到右面的示數(shù)，由于器材的限制無法作到實時對應(yīng)，對作用力和反作用力的關(guān)系觀測不能夠深人、不能夠細(xì)致。現(xiàn)在利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)，同學(xué)們把兩個力傳感器互相拉，整個過程的實驗數(shù)據(jù)由電腦記錄，作用力和反作用力的關(guān)系清楚、形象的顯示在電腦屏幕上（如圖1）。學(xué)生可以對整個過程慢慢的分析。

從圖中，學(xué)生們很容易得出作用力和反作用力的規(guī)律：大小相等、方向相反。

在學(xué)習(xí)振動的時候，要了解聲波的振動圖像，這是傳統(tǒng)實驗無法做到的，現(xiàn)在我們可以利用聲傳感器來了解聲波振動圖像

從圖中，我們就可以直觀看出復(fù)雜的聲波振動圖像所反映出的含義：人的聲音頻率是變化的（橫軸），人的聲音的強弱在變化（縱軸），這樣學(xué)生就對聲波有了一個形象的認(rèn)識了。

用圖像來描述物理過程具有形象直觀的特點，可以清晰地描述出其變化的動態(tài)特征，把物理量之間的相互依賴關(guān)系和線性關(guān)系、周期性等清晰地呈現(xiàn)出來。通過圖像的比較，學(xué)生能夠較容易的理解物理過程、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，這種直觀印象有時能透過事物的本質(zhì)，誘導(dǎo)學(xué)生做更深人的探討，利用圖像使得物理問題簡化明了。

2.數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗相比效率更高，提高了物理教學(xué)的高效性。傳統(tǒng)實驗探究的一大難題就是學(xué)生把大部分的時間花在記錄數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)運算、繪制圖像上，往往沒有時間進(jìn)行深入探究，得出物理規(guī)律。數(shù)字化實驗所用的實驗儀器簡單，操作方便快捷，數(shù)據(jù)采集器可以在非常短的時間內(nèi)將大量數(shù)據(jù)全部記錄并傳送到電腦中，通過配套軟件直接處理。實驗中記錄、計算、描點、作圖的工作都由計算機來完成，學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索、研究、推測結(jié)論。這樣騰出更多的時間，便于學(xué)生更多地觀察物理現(xiàn)象，體驗物理過程，探究物理規(guī)律，把學(xué)習(xí)、生活和生產(chǎn)實際密切聯(lián)系起來，這有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、探究問題、解決問題的能力，也有利于提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。

二、數(shù)字化實驗運用在物理教學(xué)中的劣勢

目前的數(shù)字化實驗在物理實驗中的應(yīng)用也存在著不可忽視的欠缺。例如，不太重視實驗細(xì)節(jié)的重現(xiàn)，局限于教材中有限的物理實驗等。

1.數(shù)字化實驗原理不直觀，使學(xué)生不容易理解物理過程。數(shù)字化傳感器對學(xué)生來說有神秘感.傳統(tǒng)實驗中紙帶、彈簧秤、溫度計、電表都很具體直觀，而傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是看不到的，物理原理也更復(fù)雜，像是神秘的“黑箱”。例如，學(xué)生使用直尺測量房間的寬度，其必然能知道直尺之所以能測量物體的長度，是因為尺上有標(biāo)度，而學(xué)生在使用位移傳感器測量房間的寬度時，就不見得了解位移傳感器的原理。這主要是因為數(shù)字傳感器功能封裝原理較復(fù)雜的特點。

2.數(shù)字化實驗使學(xué)生缺少“經(jīng)歷過程”，對實驗印象不夠深刻。比如測量物體加速的實驗，傳統(tǒng)的實驗采用打點計時器對小車的運動狀況進(jìn)行記錄。學(xué)生經(jīng)歷了利用紙帶上的點求相鄰相等時間的位移差、速度、加速度等實驗過程，有著豐富的實驗體驗，因此對實驗的理解會比較深刻。

而使用數(shù)字化傳感器做實驗，直接得到了小車運動的S-t圖像，進(jìn)而通過轉(zhuǎn)換坐標(biāo)軸得到小車運動的V-t圖像甚至a-t圖像，計算小車的瞬時速度及小車的加速度乃至于作圖都由計算機代替完成了，學(xué)生只需識圖就能得到結(jié)果，效率是提高了，但缺少經(jīng)歷過程，少了實驗的充分體驗必然導(dǎo)致對實驗的理解不夠到位。

三、對傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼?/p>

從學(xué)生學(xué)習(xí)知識的角度來看，兩種實驗方式各有長短，沒有先進(jìn)落后之分。傳統(tǒng)實驗在操作階段主要培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和動手實踐能力，在數(shù)據(jù)處理階段培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、實事求是的科學(xué)態(tài)度；而數(shù)字化實驗作為信息采集和數(shù)據(jù)處理工具，能夠大大縮短處理實驗數(shù)據(jù)所花費的時間，從而提高實驗效率；運用DIS還能做出一些用傳統(tǒng)測量工具做不成的實驗，從而拓展了實驗范圍，為學(xué)生自主探究設(shè)計實驗、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供廣闊的天地。

比如研究“共點力的合成”，用彈簧秤能直接顯示力的大小，而用力傳感器將力信號轉(zhuǎn)化為電信號。再顯示在計算機屏幕上顯然多此一舉，且實驗原理變得不直觀。而在研究“向心力與哪些因素有關(guān)”的實驗中，利用傳統(tǒng)實驗器材最終只能獲得各物理量間的定性關(guān)系，而利用數(shù)字化傳感器的強大數(shù)據(jù)處理功能（擬合圖線）后，可以得到定量的表達(dá)式，在這一點上數(shù)字化實驗有著傳統(tǒng)實驗無法比擬的優(yōu)勢。

總之，適合的就是最好的！傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化實驗說到底只是實驗手段不同而已。選擇哪種實驗手段，關(guān)鍵要看具體要研究的問題是什么，既然兩種實驗手段各有千秋，那就應(yīng)該相互彌補。我們可以通過適當(dāng)?shù)恼鲜怪袡C的結(jié)合起來從而提高物理實驗教學(xué)的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張飛翔.數(shù)字化實驗與高中物理教學(xué)有效整合的思考[J].畢節(jié)日報，2011.

作者簡介

高麗英，本科，從教14年，研究方向：高中物理教學(xué)。

重要榮譽：本文收錄到教育理論網(wǎng)。