一、實(shí)驗(yàn)數(shù)字化改進(jìn)的案例
　　
　　1．“測一測你聽覺的頻率范圍”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
　　該實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生的興趣，扭轉(zhuǎn)學(xué)生“聲音都能聽見”的偏見，進(jìn)而為引入超聲波、次聲波奠定基礎(chǔ)。但實(shí)驗(yàn)中用到的音頻發(fā)生器，由于價(jià)格因素，條件較差的學(xué)?？赡軣o力配置。我們可以利用電腦上的聲卡和音箱，再從互聯(lián)網(wǎng)上下載、安裝一個(gè)免費(fèi)的“虛擬儀器”軟件(如：AudioSCSI等)，就可把電腦變成一臺(tái)音頻發(fā)生器。其應(yīng)用方法如下：
　　打開音箱的電源，運(yùn)行“虛擬儀器”軟件。出現(xiàn)界面后，單擊①選擇信號(hào)發(fā)生器功能，即進(jìn)入音頻發(fā)生器界面（如圖1）。單擊②、③、④，分別打開電源、左聲道和右聲道，即可進(jìn)行測試。⑤、⑥兩旋鈕可分別控制左右聲道的音量，拖過滑塊⑦、⑧，可分別改變左右聲道聲音信號(hào)的頻率，信號(hào)的實(shí)時(shí)頻率可在滑塊旁的窗口里顯示出來，如果實(shí)驗(yàn)中需要精細(xì)地改變頻率，只要將鼠標(biāo)按住滑塊后滾動(dòng)鼠標(biāo)的滾輪即可實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)可先用鼠標(biāo)拖動(dòng)滑塊，較迅速地改變聲音的頻率，當(dāng)接近臨界頻率時(shí)，再改用鼠標(biāo)滾輪來精細(xì)地改變頻率。實(shí)驗(yàn)中如果對(duì)某一頻率的聲音能否聽見有疑問，也可按滑塊旁的精確輸入按鈕，手動(dòng)輸入有疑問的頻率，進(jìn)行測試。
　　
　　如果你用的是AudioSCSI正式注冊(cè)版，你也可以直接使用其中的掃頻功能。先按精確輸入按鈕⑨，設(shè)置起始頻率和截止頻率(默認(rèn)值是1Hz～20000Hz)，然后將⑩旋鈕調(diào)到掃頻功能，再打開電源和左右聲道，就可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不僅能聽見聲音，還能從兩個(gè)主窗口中看見左右聲道聲音的波形，當(dāng)聲波頻率落在20Hz～20000Hz以外時(shí)，學(xué)生已不能聽見超聲波和次聲波，但仍能看見它們的波形，這就讓他們對(duì)次聲波、超聲波的存在獲得了直接的感受。由于不但能聽見，還能看見，所以實(shí)驗(yàn)效果比使用真實(shí)的音頻發(fā)生器還要優(yōu)越。
　　
　　2.“觀察聲音的波形”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
　　教材中是用示波器來顯示聲音的波形的，這樣做有一個(gè)缺點(diǎn)，就是聲音的波形轉(zhuǎn)瞬即逝，無法被長久保存，不利于進(jìn)行細(xì)致觀察和比較。利用常見的音頻編輯軟件和電腦可以克服上述不足。具體做法如下。
　　器材：電腦一臺(tái)(安裝有聲卡和音頻編輯軟件)、麥克風(fēng) (能接駁電腦的麥克風(fēng)插口)。
　　操作：將麥克風(fēng)插入電腦的麥克風(fēng)插口，打開麥克風(fēng)。運(yùn)行音頻編輯軟件(下面以Blaze AudioRipEditBurn 2.0為例)，出現(xiàn)界面后，單擊①進(jìn)入聲音編輯界面。
　　連擊按鈕②，直至出現(xiàn)“麥克風(fēng)”字樣，表示將聲音輸入選擇為麥克風(fēng)。單擊錄音按鈕③，跳出“choose format”菜單，選擇OK后，錄音開始。必要時(shí)可以調(diào)節(jié)滑塊④，控制錄音音量的大小。再次單擊錄音按鈕③，停止錄音。
　　連擊按鈕⑤，將波形圖放大。單擊按鈕⑥，開始放音，這時(shí)就可以看到剛才所錄聲音的波形了。如果要仔細(xì)觀察，你也可以單擊按鈕⑥，暫停放音，這時(shí)出現(xiàn)的就是暫停處的聲音波形。
　　
　　3.“測量聲速”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)
　　教材中測量聲速的方法是：量出一段300m以上的直線距離（讓發(fā)令者、計(jì)時(shí)者分別站在上述距離的兩端），當(dāng)計(jì)時(shí)的同學(xué)看到發(fā)令槍冒煙時(shí)，按下秒表；聽到發(fā)令槍聲時(shí)，按停秒表，進(jìn)而計(jì)算出聲音每秒鐘傳播的距離大約是多少。由于實(shí)驗(yàn)中所用的器材是秒表，本身的計(jì)時(shí)精度就不高，再加上按表時(shí)人需要一定的反應(yīng)時(shí)間，所以從這個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生雖能看出聲音的傳播需要時(shí)間，但測出的聲速值卻與準(zhǔn)確值相差很大，幾乎沒有意義。利用電腦和軟件則能克服上述不足。具體操作如下。
　　
　　將兩臺(tái)安裝有相同音頻編輯軟件(仍以BlazeAudioRipEditBurn2.0為例)的電腦放在一起，都進(jìn)入錄音狀態(tài)后，先記錄同一次基準(zhǔn)聲，基準(zhǔn)聲越短促越好；再將兩電腦分別移置發(fā)令處和計(jì)時(shí)處(注：移動(dòng)過程中電腦始終處于錄音狀態(tài))，記錄同一發(fā)令槍聲。停止錄音后，觀察兩電腦各自記錄的波形，從窗口⑦中讀出基準(zhǔn)聲和發(fā)令槍聲所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，相減就可得出槍聲和基準(zhǔn)聲之間的時(shí)間間隔，兩電腦所記錄的時(shí)間間隔之差就是聲音在空氣中的傳播時(shí)間，量出發(fā)令處與計(jì)時(shí)處的距離即可計(jì)算出聲速了。
　　由于避免了手動(dòng)計(jì)時(shí)人體反應(yīng)時(shí)間的干擾，加上電腦計(jì)時(shí)一般可準(zhǔn)確到0.001s，有些音頻軟件甚至可以準(zhǔn)確到0.0001s，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確度大為提高，實(shí)驗(yàn)中即使傳播距離只有100m，也能測出較準(zhǔn)確的聲速值，甚至還能測出聲音在鐵管中的傳播速度。筆者曾指導(dǎo)學(xué)生利用教室走廊前的不銹鋼欄桿，測出了聲音在其中的速度，與理論值很接近，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與自信。
　　
　　二、實(shí)驗(yàn)數(shù)字化改進(jìn)的啟示
　　
　　啟示一：實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化改進(jìn)并不神秘難測
　　從上述案例中不難看出，實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化改進(jìn)并不神秘。它是以計(jì)算機(jī)為核心搭載各種傳感器構(gòu)成的一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其中傳感器的主要功能是收集數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)主要起數(shù)據(jù)處理和測量結(jié)果顯示的作用，其綜合功能等同于一個(gè)數(shù)字化的測量儀表。此外，由于在使用時(shí)師生都不必去關(guān)心數(shù)字實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)和原理，而只需關(guān)心其功能(如測量類型、測量范圍、測量精度是否合乎我們實(shí)驗(yàn)的需要)，所以如同不知道電流表的原理并不妨礙初中生正確使用電流表一樣，他們也能很快地掌握數(shù)字化儀器的用法。
　　
　　啟示二：數(shù)字化并不意味著高成本
　　搭載不同的傳感器，結(jié)合不同的測量數(shù)據(jù)處理軟件，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就能實(shí)現(xiàn)不同的測量功能。如搭載壓敏傳感器，就能進(jìn)行力的測量；搭載溫度傳感器和相關(guān)軟件，就成了一支數(shù)字式溫度計(jì)。數(shù)字化平臺(tái)這種“一機(jī)多能”的優(yōu)勢使得其綜合配置成本要小于配置多個(gè)分列式儀器的成本總和，尤其對(duì)于那些已經(jīng)大量配置了計(jì)算機(jī)的學(xué)校，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化改進(jìn)更是有效挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力，節(jié)約成本而又達(dá)到更好教學(xué)效果的首選。
　　
　　啟示三：數(shù)字化將是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的一條重要途徑
　　創(chuàng)造性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)是新課程教學(xué)中的一項(xiàng)經(jīng)常性工作。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的途徑很多，其中重要的一條就是對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化改造。數(shù)字化改進(jìn)不同于以往的“利用瓶瓶罐罐做實(shí)驗(yàn)”式的、以日常低成本器材所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，它以全新的數(shù)字技術(shù)為核心手段，對(duì)實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)、層面進(jìn)行優(yōu)化，是一種高科技、高規(guī)格的改進(jìn)。數(shù)字化成為實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的重要途徑，首先在于數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺(tái)所特有的優(yōu)勢及其衍生的良好教學(xué)效果。如在觀察環(huán)節(jié)，數(shù)字化手段可以極大地?cái)U(kuò)展實(shí)驗(yàn)的可視性和可重復(fù)性，以往用肉眼觀察非常困難的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在可以借助數(shù)字視頻技術(shù)清楚地采集下來反復(fù)觀察。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)上，計(jì)算機(jī)和傳感器等數(shù)字手段的介入，可以更快、更準(zhǔn)地得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而節(jié)省寶貴的教學(xué)時(shí)間，把更多的時(shí)間用于討論物理問題之中。在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)上，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，可將學(xué)生從簡單、機(jī)械、煩瑣的數(shù)據(jù)處理過程中解脫出來，讓他們的時(shí)間和精力用在更有創(chuàng)造力的方面。其次還因?yàn)椴⒉皇撬械膶?shí)驗(yàn)都能利用“瓶瓶罐罐”來改進(jìn)，有時(shí)數(shù)字化甚至是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的唯一選擇! 這就使得數(shù)字化成為實(shí)驗(yàn)改進(jìn)之必需，上述幾個(gè)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)即是如此。最后數(shù)字化改進(jìn)還得益于數(shù)字技術(shù)的普及，使以前看來高不可攀的電腦、傳感器等數(shù)字設(shè)備大量進(jìn)入中學(xué)實(shí)驗(yàn)室，成為常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材，讓數(shù)字化改進(jìn)變得可能。
　　
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]劉炳升，李容.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《物理》八年級(jí)上冊(cè)[M].江蘇：江蘇科技出版社，2003.
　　[2]馬寧，余勝泉.信息技術(shù)與課程整合的層次[J].中國電化教育，2002，(1).
　　(作者單位：江蘇揚(yáng)州中學(xué)教育集團(tuán)樹人學(xué)校)