程新陽

【內(nèi)容摘要】通過對高中物理數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的對照研究，驗證現(xiàn)代信息技術(shù)在高中物理課程教材中應用的優(yōu)勢性，即在高中物理新課程教材中補充了大量的數(shù)字化實驗，通過信息技術(shù)和物理教學整合的情況下提升了高中物理課堂教學效率。

【關(guān)鍵詞】高中物理 數(shù)字化實驗 傳統(tǒng)實驗 對照研究

物理是一門以實驗為基礎的學科，數(shù)字化實驗在物理實驗教學中你的引入是物理實驗教學模式創(chuàng)新的一種重要體現(xiàn)， 對提升高中物理課堂教學成效起到了十分重要的作用。為此，在高中物理傳統(tǒng)實驗教學中需要教師結(jié)合實際在其中融入數(shù)字化實驗，從而不斷提升高中物理課堂教學成效。

一、數(shù)字化實驗

物理數(shù)字化實驗操作由實驗器材、實驗傳感器、數(shù)字采集器、電腦、顯示屏五個部分組成，其中，實驗儀器是物理實驗操作所必備的器械；傳感器用來采集物理學的光、熱、力等非電學信號；數(shù)據(jù)采集器是連接傳感器和計算機設備的信號轉(zhuǎn)換設備；計算機是對信息進行處理的設備。數(shù)字化實驗在應用計算機、傳感器等現(xiàn)代信息技術(shù)的情況下能夠進一步提升物理實驗的精準性。

二、高中物理數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的對照

1.實驗檢測功能的對照

第一，信息的獲取和變換功能。數(shù)字化實驗獲得的信息密度大、速度快、靈敏度高、受外界環(huán)境干擾小、計量單位能夠隨意變換。傳統(tǒng)物理實驗儀器獲取信息的靈敏度和密度較低，且受外界環(huán)境的干擾大。第二，信息運算和保存功能。數(shù)字化實驗具備較強的信息運算和管理功能，在使用的時候能夠?qū)崟r的保存連續(xù)信息。傳統(tǒng)物理實驗儀器則是以人力計算為主要形式，且只能對簡單的“點”信號進行記錄和存儲。第三，信息的顯示和操作功能。數(shù)字化實驗系統(tǒng)信息顯示具有表格、圖像、數(shù)值等多種呈現(xiàn)形式，顯示功能強大，記錄便利、完整。傳統(tǒng)實驗儀器則是一種模擬顯示方式，操作動作較慢，在使用的時候具有滯后性和不完整的缺陷。

2.實驗檢測性能比較

第一，靜態(tài)性能。靜態(tài)性能是儀器明確度，在不考慮誤差的情況下，同一類別測量儀器分度數(shù)值和分辨力和精確度呈現(xiàn)反比的關(guān)系。常見的幾種數(shù)字化實驗系統(tǒng)和傳統(tǒng)測量儀器分度值如表一所示。第二，動態(tài)性能。動態(tài)性能是在瞬時出現(xiàn)的實驗儀器性能。數(shù)字化實驗要比傳統(tǒng)實驗的動態(tài)性能良好。比如在人教版高中物理力學的學習中，教學重點是猜想加速度a和力F、質(zhì)量m之間存在怎樣的關(guān)系？速度、力和質(zhì)量存在怎樣的關(guān)系？

（1）應用高中物理數(shù)字化儀器探究在質(zhì)量不變情況下，加速度和力的關(guān)系

①應用天平秤裝有位移傳感器小車的質(zhì)量；②應用彈簧測力計測量出小桶放置砝碼的重力，將其作為小車收到的拉力。③在軌道擁有滑輪的一邊安裝位移傳感器接收器，將其和數(shù)據(jù)采集器連接，用繩子連接小車；④開啟電源，運行數(shù)字化實驗軟件，點擊加速度和力的關(guān)系，釋放小車，測定加速度；⑤保持小車的質(zhì)量不發(fā)生變化，改變鉤碼數(shù)量反復進行實驗測量；⑥處理實驗數(shù)據(jù)，得到結(jié)論。

（2）應用高中物理傳統(tǒng)實驗探究在質(zhì)量不變情況下，加速度和力的關(guān)系

在傳統(tǒng)實驗中準備器材電火花打點計時器、紙帶、小車、天平、滑輪木板、小車、小桶、彈簧測力計。①調(diào)節(jié)天平，測量小車的質(zhì)量，應用彈簧測力計測小桶里砝碼重力，將結(jié)果作為小車的拉力；②將木板放在實驗臺上，調(diào)節(jié)模板，讓小車在木板上處于一種靜止狀態(tài)；③實現(xiàn)小車末端和紙帶的連接，在前面系好繩子，繩子跨過定滑輪連接一個鉤碼，紙帶穿過打點計時器；④打開電源，釋放小車，在小車的帶動下，打點計時器在紙帶上留下了一系列的點；⑤小桶中增加質(zhì)量大的砝碼，重新進行以上的實驗；⑥利用紙帶計算加速度，記錄數(shù)據(jù)，填好表格，如表二所示。根據(jù)表二的數(shù)據(jù)繪制出圖一a-F圖像，得出結(jié)論，在允許的誤差范圍中，物體質(zhì)量達到一定數(shù)額的時候，加速度和所受的外力呈現(xiàn)正比關(guān)系。

3.實驗時間比較

傳統(tǒng)實驗操作一般需要占用較長的時間，特別是在量化數(shù)據(jù)測量的時候，時間成為約束課堂教學實際和課程實施的關(guān)鍵。數(shù)字化實驗中的傳感器在作為實驗載體之后，提升了實驗階段的操作效率。電腦CPU作為實現(xiàn)計算主體之后，實驗數(shù)據(jù)的處理和分析效率也會相應的提升。另外，對于一些需要緩慢操作的實驗來講，從實驗的完成速度來看，數(shù)字化實驗的手段要比一般實驗手段先進。

4.觀察結(jié)果的比較

物理實驗操作過程中需要進行相應的觀察，通過觀察讓學生獲得更多物理知識，獲得物理學習體驗。在傳統(tǒng)物理實驗中，數(shù)據(jù)、過程、結(jié)果等都是憑借人的感官來是實現(xiàn)的，存在較大的誤區(qū)。一些細微的空間變化、時間尺度等都會干擾實驗結(jié)果。數(shù)字化實驗則是能夠進一步延伸和優(yōu)化人的感官。

5.實驗完整性和真實性的比較

在傳統(tǒng)物理實驗中，一些微小的變化是很難被捕捉和展現(xiàn)的，在一般情況下，一次實驗操作往往只能得到一個“點”的數(shù)據(jù)，數(shù)字化實驗則是能夠在一系列的實驗過程中展現(xiàn)多個“數(shù)據(jù)點”，在將這些數(shù)據(jù)點連接之后會形成“數(shù)據(jù)線”。

結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化實驗系統(tǒng)的打造能夠進一步改善傳統(tǒng)實驗裝置的不足，且能夠為角度測量、力學計算等提供相應儀器的支持，進而提升高中物理課堂教學成效?；诂F(xiàn)階段和數(shù)字傳感器相適應的新型實驗器材較少，且一些傳統(tǒng)實驗器材在使用的時候沒有實現(xiàn)和實驗器材的匹配。需要相關(guān)人員結(jié)合物理教學實例進一步加強數(shù)字化實驗系統(tǒng)和學科教學整合的研究，從而進一步提升數(shù)字化實驗的利用率。

【參考文獻】

[1]竺春陽，沈敬偉.高中物理數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的比較研究[J].物理教學，2013，35（5）：19-22.

[2]于雷.數(shù)字化實驗怎樣與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合[J].實驗教學與儀器，2012，29（5）：7-9.

（作者單位：江蘇省清浦中學）