李敏

摘要：立足于數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)在高中物理實驗中的應用情況，分析研究現(xiàn)實存在的不足，從而提出相應的應用方案。

關鍵詞：數(shù)字信息化；實驗系統(tǒng)；高中物理；實驗

1 前言

目前在高中物理教學中，無論是對數(shù)據(jù)的處理，還是在實驗設計、實施方面，都采用大量數(shù)字信息化手段。高中物理是一門專業(yè)性較強的學科，因此對數(shù)字信息化有著較高的要求。

2 數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)在高中物理實驗教學中的應用分析

教師的實際應用分析 教師使用數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)做物理實驗的情況大致可以分為不太熟練、較熟練、很熟練三類。其中，一些重點學校的教師的熟練情況明顯高于發(fā)展較為緩慢的學校。此外，實驗的難易程度也給教師的使用帶來較為明顯的影響。如對于一些難度較大的實驗，不僅要求教師對實驗內(nèi)容和要求很熟悉，而且要能把傳統(tǒng)的器材和數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)進行結合才能順利進行實驗。如教師在進行傳送帶上的物體受力情況實驗時，就不能完全按照課本的步驟實施，還應考慮現(xiàn)實因素帶來的影響，如物體是否受到摩擦力？它受到的摩擦力的大小和方向又是怎么樣的？是靜摩擦力還是滑動摩擦力？等等。這就要求在實驗過程中，教師不但要分析物體落地的初速度大小和方向，還要分析物體相對于傳送帶的初速度的大小和方向，并需要時刻關注和調(diào)整傳感器和相應的實驗曲線圖與數(shù)據(jù)變化。這種類型的實驗對教師的動手能力、思維能力、教育教學能力等有著很多要求，這也是許多教師感到使用數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)做物理實驗不熟練的主要原因。

數(shù)據(jù)準確性分析 數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集器、傳感器、教材專用軟件和教材通用軟件等構成。實驗原理是物理實驗的基礎，物理實驗對實驗的過程要求很高，其中最重要的就是準確性。要保證實驗原理的正確，必須要做到實驗真實、原理無誤。在傳統(tǒng)的高中物理實驗中，由于實驗方法、實驗儀器和實驗條件的限制，使得物理實驗在進行之后的結果的顯示和預期的結果總會存在明顯差異，而物理教學本身，往往是需要學生通過實驗現(xiàn)象的原理來對物理問題進行實際分析，如果實驗誤差過大，則是一次失敗的實驗，更是一次失敗的教學。而數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)的傳感器精度遠遠高于傳統(tǒng)的實驗儀器，比如其中的溫度傳感器精度可以達到+/-0.3 ℃，并且能適應較大的溫差變化。在使用力傳感器進行物理實驗時可以精確到小數(shù)點后兩位，而普通的彈簧測力計只能精確到小數(shù)點后一位，而且還有可能受到外界的影響，造成實驗誤差。

實驗便捷性分析 數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行的是實時采集，所以實驗結果可以很快就呈現(xiàn)在學生眼前。在利用數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)進行實驗時，操作簡單。如在進行牛頓第三定律的實驗時，只需要接入力傳感器就可以進行實驗，力傳感器外觀設計的手柄構造可以與鐵架臺、力矩盤等教學用具緊密配合使用，可以同時測量壓力和拉力。而且在實驗進行的同時，“組合圖像”窗口中還可以繪制出基于來自傳感器的數(shù)據(jù)圖線。此外，為了滿足復雜實驗中對多個物理量的要求，通用軟件可以并行顯示各個傳感器的工作狀態(tài)，并且記錄和處理各傳感器采集到的實驗數(shù)據(jù)。

課堂高效性分析 課堂教學效率是由學生和教師共同決定的，將數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)應用到物理教學中，可以激發(fā)學生的學習興趣和探索潛力，從而大幅度提高課堂效率、另外，教師在實驗過程中不必擔心數(shù)據(jù)的誤差，因為數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)是絕對真實的數(shù)據(jù)，大大減少了記錄和處理數(shù)據(jù)所耗費的時間。根據(jù)對學生的調(diào)查結果顯示，63%的學生愿意使用數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)做物理實驗，30%的學生非常愿意使用數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)做物理實驗。這些調(diào)查數(shù)據(jù)都說明學生愿意并且喜歡新型的技術手段，而且在改善教學環(huán)境的同時也增強了學生的學習興趣。學生通過自己動手實驗，還可以鍛煉多方面的能力，如動手能力、數(shù)據(jù)分析能力、觀察能力、圖像識別能力、邏輯思維能力、合作能力等。在物理實驗過程中，學生得到鍛煉最多的是數(shù)據(jù)分析能力和動手能力，合作能力也有顯著提高。

傳統(tǒng)實驗的優(yōu)勢與劣勢分析 傳統(tǒng)物理實驗中應用的主要實驗器材有秒表、米尺、天平、彈簧秤、打點計時器、電壓表、電流表、溫度計等，還受到教學理念、教學方法、課堂和教材的限制。在實驗過程中需要嚴格按照實驗步驟進行操作，傳統(tǒng)物理實驗注重的是學生的動手能力操作，但是限制了學生的主動性和創(chuàng)造性。在實驗結束之后，學生要根據(jù)實驗結果和過程，用人工的方式記錄相關實驗數(shù)據(jù)，并且要根據(jù)數(shù)據(jù)和實驗原理繪制相應的圖像，容易因為讀數(shù)誤差和儀器的精確誤差而對實驗造成影響。

但是傳統(tǒng)實驗的一個明顯優(yōu)勢就是實驗設備具有耐用性，而且簡單直觀，可以很快掌握使用方法。也正是由于傳統(tǒng)實驗步驟繁瑣的原因，要求學生在實驗前必須明確了解實驗的原理、步驟，理清實驗思路，有助于學生對實驗過程形成深刻印象，充分理解實驗應用的物理規(guī)律和概念。同時可以培養(yǎng)學生良好的科學品質(zhì)，因為在實驗結束之后，學生要進行多次觀察和重復測量，將每次得到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、計算，有利于學生掌握科學的實驗方法和求真的品質(zhì)。

數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)的優(yōu)勢與劣勢分析 數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)的實驗器材主要是傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機、傳感器連線、計算機通信線、電源線、轉接器等其他附件，由于其在物理實驗中應用新的教學理念及教學方法而擴大了物理實驗的內(nèi)涵，縮短了實驗時間，將更多的時間留給學生分析討論。加上在實驗過程中主要是將實驗器材與計算機相連，然后由計算機對實驗數(shù)據(jù)進行處理，自動合成實驗圖像，基本可以避免實驗誤差。

數(shù)字信息化實驗可以快速采集數(shù)據(jù)，而且精度較高，容易操作；將數(shù)據(jù)采集記錄之后，系統(tǒng)可以自主對數(shù)據(jù)進行處理儲存。數(shù)字信息化實驗另一個明顯的優(yōu)勢是它可以對一些傳統(tǒng)儀器無法測量的物理量（如地磁場、光強等）進行測量。而且這種新的實驗手段具有很強的拓展性，可以使學生擁有自己設計實驗的條件。

3 結語

數(shù)字信息化實驗是新課程改革下的新的產(chǎn)物，尤其是在高中物理教學中，由于實驗教學是物理教學的主要內(nèi)容，因此要積極引入數(shù)字信息化實驗系統(tǒng)，提高其應用效率，促進高中物理實驗教學的良性發(fā)展。endprint