郭柏巖

數(shù)字化實驗技術(shù)，以數(shù)字化設(shè)備為實驗數(shù)據(jù)采集處理的工具，有著傳統(tǒng)實驗手段無法比擬的優(yōu)勢。數(shù)字化實驗技術(shù)也因其由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機組成，對實驗過程的直觀感知以及實驗原理理解的效果又不及傳統(tǒng)實驗。因此，數(shù)字化實驗技術(shù)在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)合理運用。

一、數(shù)字化實驗技術(shù)的優(yōu)點

1. 能捕捉細微、瞬間的時空變化過程。在物理學(xué)中，物理現(xiàn)象的時空變化關(guān)系，是建立物理模型、應(yīng)用物理規(guī)律的基礎(chǔ)，而對有些細微、瞬間的變化過程是傳統(tǒng)物理手段無法做到的。比如，作用力與反作用力的關(guān)系、彈性碰撞的過程等，這些現(xiàn)象通過傳感器搜集信息，經(jīng)計算機處理，就可以使學(xué)生一目了然。

2. 實驗者不必記錄處理數(shù)據(jù)，直接顯示實驗結(jié)果。數(shù)字化實驗是由傳感器和數(shù)據(jù)采集器代替人工記錄和采集數(shù)據(jù)，由計算機同步進行數(shù)據(jù)處理，直接作圖形成圖像，使實驗結(jié)果更加直觀，省略了人工計算處理數(shù)據(jù)的過程，簡便快捷。

3. 實現(xiàn)多角度采集記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集器能同時接入多只相同或不同的傳感器，能同時采集多種相同或不同的物理量。比如在單擺實驗中，通常情況下很難同時采集回復(fù)力、加速度、位移和時間的關(guān)系，采用數(shù)字化實驗技術(shù)，就可以很方便地把這三者與時間關(guān)系數(shù)據(jù)同時采集并獲得直觀圖像。

4. 實驗結(jié)果精確。由于使用采集器采集數(shù)據(jù)和計算機處理數(shù)據(jù)，減簡化了人工測量、讀取數(shù)據(jù)過程。實驗中偶然誤差存在幾率大大減少，使得試驗數(shù)據(jù)更加精確。

5. 教學(xué)過程先進快捷。數(shù)字化實驗技術(shù)中的傳感器，技術(shù)新、性能可靠。傳統(tǒng)實驗測量器材主要有電流表、電壓表、米尺、游標(biāo)卡尺、千分尺、彈簧秤等，現(xiàn)在則可用電壓傳感器、電流傳感器、溫度傳感器、力傳感器等來測量物理量。

數(shù)字化實驗技術(shù)中數(shù)據(jù)采集器，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)成熟。如能在中學(xué)物理實驗中應(yīng)用，會使學(xué)生提早接觸和初步掌握現(xiàn)代技術(shù)基礎(chǔ)，適應(yīng)時代要求。教師利用數(shù)字化實驗設(shè)備可以充分利用數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)點，對中學(xué)物理實驗進行梳理，彌補利用傳統(tǒng)實驗技術(shù)的不足，達到最佳教學(xué)效果。

數(shù)字化實驗技術(shù)的應(yīng)用，對調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、提高實踐能力、促進學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展都是有益處的。

總之，和傳統(tǒng)工具做實驗相比，數(shù)字化實驗技術(shù)先進、性能可靠、操作簡單靈活、應(yīng)用范圍廣泛，有些方面是傳統(tǒng)實驗技術(shù)無法比擬的。數(shù)字化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)已經(jīng)得到普遍應(yīng)用，教學(xué)中應(yīng)用這一技術(shù)，能使學(xué)生較早熟悉現(xiàn)代化測量工具，為后繼學(xué)習(xí)和工作培養(yǎng)興趣打好基礎(chǔ)。它符合時代發(fā)展需要，教學(xué)中應(yīng)該大力推廣。

二、數(shù)字化實驗技術(shù)在教學(xué)中的合理應(yīng)用

數(shù)字化實驗技術(shù)具有上述優(yōu)點，在教學(xué)中必定會被廣泛應(yīng)用。中學(xué)階段，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的素質(zhì)是教學(xué)目標(biāo)。數(shù)字化實驗技術(shù)也不能完全取代傳統(tǒng)實驗技術(shù)。

1. 數(shù)字化實驗技術(shù)主要依據(jù)傳感技術(shù)獲取數(shù)據(jù)，在視覺、觸覺、聽覺上的觸動不如傳統(tǒng)試驗方法獲取數(shù)據(jù)強烈。對產(chǎn)生物理數(shù)據(jù)的物理過程的理解、物理模型的建立等問題上作用減弱。例如，當(dāng)用電流表測電流時候，通過觀察指針偏轉(zhuǎn)角度的大小，就能讓人在心理上直觀感覺到電流的大小。這對研究電流大小與相關(guān)問題關(guān)系的理解就有很大幫助，有利于激發(fā)研究靈感，有利于發(fā)現(xiàn)問題。所以，教學(xué)中方便直接測量、直接觀察的物理量和物理現(xiàn)象，盡量堅持用傳統(tǒng)手段。

2. 數(shù)字化實驗技術(shù)在數(shù)據(jù)處理上是電腦處理。為學(xué)生省去了繁瑣的數(shù)據(jù)整理過程，同時也使學(xué)生失去了對數(shù)據(jù)分析處理的鍛煉機會。所以，中學(xué)階段，在時間、空間允許的情況下，應(yīng)留給學(xué)生自行處理實驗數(shù)據(jù)的機會，以利于培養(yǎng)學(xué)生勤奮嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度。

3. 使用數(shù)字化實驗技術(shù)形成實驗結(jié)果快捷簡便。例如：對彈簧振子簡諧振動規(guī)律的研究中，很方便就可以得到回復(fù)力、位移、加速度關(guān)系圖像。這其中，是利用位移調(diào)零手段巧妙處理形成。學(xué)生對彈簧伸長量不是位移的疑點卻不能得到有效排除。所以，在使用數(shù)字化實驗技術(shù)時候，有時需用傳統(tǒng)手段做適當(dāng)?shù)匿亯|，二者有機結(jié)合會使教學(xué)效果更好。

總之，數(shù)字化實驗手段是科技發(fā)展的產(chǎn)物，為中學(xué)物理教學(xué)提供了有效幫助，教學(xué)中應(yīng)用前景廣泛；傳統(tǒng)實驗手段是人們長期積累的寶貴財富，在某些方面也起到其他手段不可替代的作用?？茖W(xué)合理選擇實驗方法，把二者有效結(jié)合運用，才能在教學(xué)中收到最佳教學(xué)效果。