淺談數字化實驗室在高等師范院校中的作用

文/劉世華　潘偉偉

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淺談數字化實驗室在高等師范院校中的作用

文/劉世華潘偉偉

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

關鍵詞:數字化實驗室;高等師范院校;實驗教學

潘偉偉，凝聚態物理專業博士，貴州師范學院物理與電子科學學院。

1．引言

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

2．數字化實驗室簡介

數字化實驗室是全新的教學實驗平臺，主要是利用計算機技術來輔助中小學實驗教學，它是一個實時采集數據的智能化系統，它實現了信息技術與實驗教學相結合的新型實驗模式。數字化實驗室主要由計算機、數據采集器、各種教學專用的傳感器以及配套的專用軟件組成。數字化實驗室所有的實驗是以真實的實驗為基礎，應用傳感器代替傳統的實驗儀器，通過數據采集器將采集到的實驗數據送往計算機進行數據處理、圖線分析，借助計算機平臺更直觀地顯示物理、化學、生物現象，更深刻地展示實驗變化規律［1］。

3．數字化實驗室的作用

3．1提高了實驗教學效率

在傳統的實驗教學中，我們需要手動地測量和采集數據，不僅繁瑣而且會耗費太量的時間，嚴重影響教學效果，數字化實驗是將傳統的實驗中模擬量轉化成數字量的過程，通過傳感器將電流、電壓、壓強等一些物理量轉化成數字量通過采集器輸送到電腦中自動對數據進行處理分析，大大地提高了實驗教學效率。例如中學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多組電流電壓的數據描繪出小燈泡功率變化的曲線。而在物理數字化實驗中，我們只需要拖動滑動變阻器，計算機會自動記錄小燈泡的電流電壓讀數并自動繪制出小燈泡功率隨滑動變阻器移動的曲線，而且數字化配套軟件記錄數據的頻率還可以自行控制。

3．2解決了實驗教學難題

在中學實驗教學過程中經常會遇到一些不能直接觀看實驗現象的難題，比實驗教學帶來了不小的麻煩，傳統的實驗設備需要人工測量和記錄數據，不能直接觀察一些快速變化的實驗過程，而數字化實驗擁有高精度、高速度的傳感器和數據采集器，可以精確、高效地記錄實驗的每一個過程，把瞬間即逝的實驗數據記錄下來，在計算機當中使用配套的軟件就可以觀察到實驗變化的過程，從而輕松解決實驗教學中的難題［2］。例如中學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，而通過數字化實驗，我們很直接地看出電容器充放電的過程，使學生對電容器的認識更加深刻。如圖2所示，電容器充放電實驗。

圖2　電容器充放電實驗

3．3培養了學生的自主探究能力

數字化實驗是一種全新的實驗平臺，一種創新的教學手段，實驗設備操作簡單，數據結果能夠自動處理，還能從計算機當中觀察實驗變化的過程，這樣一種新的實驗環境會激發學生自主探究學習。學生可以在數字化實驗室中根據自已的興趣選擇實驗項目，自主進行實驗探究，分析實驗誤差，然后作出改進，不僅掌握了新的實驗手段，還能提高創新能力，養成良好的學習習慣。

3．4提升教師能力

在全國數字化實驗室建設開展越來越普遍的情況下，要求中小學教師也要掌握最新的數字化實驗教學技能。高等師范院院校數字化實驗室可以利用它的優勢不僅對師范生培養了教學技能，中小學骨干教師也可以利用“國培計劃”培訓的機會進入高等師范院校學習數字化的實驗教學技能，這對教師的能力也是一個很大的提升。

4．數字化實驗室在高等師范院校中的意義

隨著教育改革的不斷推進，數字化實驗室將是未來實驗教學發展的趨勢，越來越多的數字化實驗室將會建設起來，這就要求了在未來中小學教師必須要掌握這種新的實驗教學手段。在高等師范院校建設數字化實驗室具有巨大的優勢。首先對于本校師范生來說，在大學時期提前學習數字化的課程，掌握這種新的實驗教學手段對他們在以后中小學的教學中是一項必不可少的技能。

5．結束語

在未來，數字化實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中小學教師的教學能力上有很大的提升，它是一種創新的教學手段。

(作者單位:貴州師范學院物理與電子科學學院)

參考文獻:

［1］葉璇璇．數字化科學探究實驗室研究［J］．新課程，2014 (01)．

［2］徐永霞．淺談數字化實驗室在物理教學中的應用［J］．課程教育研究，2012 (08)．

作者簡介:劉世華，無線電物理專業碩士，貴州師范學院物理與電子科學學院。

中圖分類號:G658

文獻標志碼:A

文章編號:2095－9214 (2015) 10－0070－01