運用數字化實驗 優化高中物理教學

摘 要：中學物理新課程對學科探究及實驗能力提出更高的要求，要求學生能掌握設計物理實驗的基本方法，并對數據進行簡單處理，能夠自主探究一般的物理規律。這就要求學生理解傳統物理實驗的設計思路，在數據處理時，鼓勵將電子計算機等多媒體技術應用在物理實驗中，充分利用傳感器和計算機的功能，實時測量、處理實驗數據、分析實驗結果等，使實驗過程和數據的呈現能自動進行，提高實驗的效率和效果。

關鍵詞：高中物理；數字化實驗；教學優勢；劣勢；恰當整合

一、數字化實驗運用在物理教學中的優勢

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

從圖中，學生們很容易得出作用力和反作用力的規律：大小相等、方向相反。

在學習振動的時候，要了解聲波的振動圖像，這是傳統實驗無法做到的，現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），這樣學生就對聲波有了一個形象的認識了。

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特征，把物理量之間的相互依賴關系和線性關系、周期性等清晰地呈現出來。通過圖像的比較，學生能夠較容易的理解物理過程、發現物理規律，這種直觀印象有時能透過事物的本質，誘導學生做更深人的探討，利用圖像使得物理問題簡化明了。

2.數字化實驗與傳統實驗相比效率更高，提高了物理教學的高效性。傳統實驗探究的一大難題就是學生把大部分的時間花在記錄數據、數據運算、繪制圖像上，往往沒有時間進行深入探究，得出物理規律。數字化實驗所用的實驗儀器簡單，操作方便快捷，數據采集器可以在非常短的時間內將大量數據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，學生的主要任務是根據數據進行探索、研究、推測結論。這樣騰出更多的時間，便于學生更多地觀察物理現象，體驗物理過程，探究物理規律，把學習、生活和生產實際密切聯系起來，這有利于提高學生發現問題、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質量和效率。

二、數字化實驗運用在物理教學中的劣勢

目前的數字化實驗在物理實驗中的應用也存在著不可忽視的欠缺。例如，不太重視實驗細節的重現，局限于教材中有限的物理實驗等。

1.數字化實驗原理不直觀，使學生不容易理解物理過程。數字化傳感器對學生來說有神秘感.傳統實驗中紙帶、彈簧秤、溫度計、電表都很具體直觀，而傳感器的內部結構是看不到的，物理原理也更復雜，像是神秘的“黑箱”。例如，學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，是因為尺上有標度，而學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。這主要是因為數字傳感器功能封裝原理較復雜的特點。

2.數字化實驗使學生缺少“經歷過程”，對實驗印象不夠深刻。比如測量物體加速的實驗，傳統的實驗采用打點計時器對小車的運動狀況進行記錄。學生經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。

而使用數字化傳感器做實驗，直接得到了小車運動的S-t圖像，進而通過轉換坐標軸得到小車運動的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，學生只需識圖就能得到結果，效率是提高了，但缺少經歷過程，少了實驗的充分體驗必然導致對實驗的理解不夠到位。

三、對傳統實驗和數字化實驗進行恰當的整合

從學生學習知識的角度來看，兩種實驗方式各有長短，沒有先進落后之分。傳統實驗在操作階段主要培養學生的觀察能力和動手實踐能力，在數據處理階段培養學生嚴謹、細致、實事求是的科學態度；而數字化實驗作為信息采集和數據處理工具，能夠大大縮短處理實驗數據所花費的時間，從而提高實驗效率；運用DIS還能做出一些用傳統測量工具做不成的實驗，從而拓展了實驗范圍，為學生自主探究設計實驗、培養學生的創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”的實驗中，利用傳統實驗器材最終只能獲得各物理量間的定性關系，而利用數字化傳感器的強大數據處理功能（擬合圖線）后，可以得到定量的表達式，在這一點上數字化實驗有著傳統實驗無法比擬的優勢。

總之，適合的就是最好的！傳統實驗與數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，那就應該相互彌補。我們可以通過適當的整合使之有機的結合起來從而提高物理實驗教學的效果。

參考文獻

[1]張飛翔.數字化實驗與高中物理教學有效整合的思考[J].畢節日報，2011.

作者簡介

高麗英，本科，從教14年，研究方向：高中物理教學。

重要榮譽：本文收錄到教育理論網。