程新陽(yáng)

【內(nèi)容摘要】通過(guò)對(duì)高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照研究，驗(yàn)證現(xiàn)代信息技術(shù)在高中物理課程教材中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)性，即在高中物理新課程教材中補(bǔ)充了大量的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)信息技術(shù)和物理教學(xué)整合的情況下提升了高中物理課堂教學(xué)效率。

【關(guān)鍵詞】高中物理 數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 對(duì)照研究

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中你的引入是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新的一種重要體現(xiàn)， 對(duì)提升高中物理課堂教學(xué)成效起到了十分重要的作用。為此，在高中物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要教師結(jié)合實(shí)際在其中融入數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，從而不斷提升高中物理課堂教學(xué)成效。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作由實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)傳感器、數(shù)字采集器、電腦、顯示屏五個(gè)部分組成，其中，實(shí)驗(yàn)儀器是物理實(shí)驗(yàn)操作所必備的器械；傳感器用來(lái)采集物理學(xué)的光、熱、力等非電學(xué)信號(hào)；數(shù)據(jù)采集器是連接傳感器和計(jì)算機(jī)設(shè)備的信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)備；計(jì)算機(jī)是對(duì)信息進(jìn)行處理的設(shè)備。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在應(yīng)用計(jì)算機(jī)、傳感器等現(xiàn)代信息技術(shù)的情況下能夠進(jìn)一步提升物理實(shí)驗(yàn)的精準(zhǔn)性。

二、高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的對(duì)照

1.實(shí)驗(yàn)檢測(cè)功能的對(duì)照

第一，信息的獲取和變換功能。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(jì)量單位能夠隨意變換。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)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(yùn)算和保存功能。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具備較強(qiáng)的信息運(yùn)算和管理功能，在使用的時(shí)候能夠?qū)崟r(shí)的保存連續(xù)信息。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)儀器則是以人力計(jì)算為主要形式，且只能對(duì)簡(jiǎn)單的“點(diǎn)”信號(hào)進(jìn)行記錄和存儲(chǔ)。第三，信息的顯示和操作功能。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(qiáng)大，記錄便利、完整。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器則是一種模擬顯示方式，操作動(dòng)作較慢，在使用的時(shí)候具有滯后性和不完整的缺陷。

2.實(shí)驗(yàn)檢測(cè)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(cè)量?jī)x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(jiàn)的幾種數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器分度值如表一所示。第二，動(dòng)態(tài)性能。動(dòng)態(tài)性能是在瞬時(shí)出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器性能。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)要比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)性能良好。比如在人教版高中物理力學(xué)的學(xué)習(xí)中，教學(xué)重點(diǎn)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(yīng)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(yīng)用天平秤裝有位移傳感器小車的質(zhì)量；②應(yīng)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)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(kāi)啟電源，運(yùn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟件，點(diǎn)擊加速度和力的關(guān)系，釋放小車，測(cè)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(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量；⑥處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到結(jié)論。

（2）應(yīng)用高中物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)中準(zhǔn)備器材電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、小車、天平、滑輪木板、小車、小桶、彈簧測(cè)力計(jì)。①調(diào)節(jié)天平，測(cè)量小車的質(zhì)量，應(yīng)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)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(shí)驗(yàn)臺(tái)上，調(diào)節(jié)模板，讓小車在木板上處于一種靜止?fàn)顟B(tài)；③實(shí)現(xiàn)小車末端和紙帶的連接，在前面系好繩子，繩子跨過(guò)定滑輪連接一個(gè)鉤碼，紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器；④打開(kāi)電源，釋放小車，在小車的帶動(dòng)下，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上留下了一系列的點(diǎn)；⑤小桶中增加質(zhì)量大的砝碼，重新進(jìn)行以上的實(shí)驗(yàn)；⑥利用紙帶計(jì)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(dá)到一定數(shù)額的時(shí)候，加速度和所受的外力呈現(xiàn)正比關(guān)系。

3.實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作一般需要占用較長(zhǎng)的時(shí)間，特別是在量化數(shù)據(jù)測(cè)量的時(shí)候，時(shí)間成為約束課堂教學(xué)實(shí)際和課程實(shí)施的關(guān)鍵。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中的傳感器在作為實(shí)驗(yàn)載體之后，提升了實(shí)驗(yàn)階段的操作效率。電腦CPU作為實(shí)現(xiàn)計(jì)算主體之后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析效率也會(huì)相應(yīng)的提升。另外，對(duì)于一些需要緩慢操作的實(shí)驗(yàn)來(lái)講，從實(shí)驗(yàn)的完成速度來(lái)看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的手段要比一般實(shí)驗(yàn)手段先進(jìn)。

4.觀察結(jié)果的比較

物理實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中需要進(jìn)行相應(yīng)的觀察，通過(guò)觀察讓學(xué)生獲得更多物理知識(shí)，獲得物理學(xué)習(xí)體驗(yàn)。在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中，數(shù)據(jù)、過(guò)程、結(jié)果等都是憑借人的感官來(lái)是實(shí)現(xiàn)的，存在較大的誤區(qū)。一些細(xì)微的空間變化、時(shí)間尺度等都會(huì)干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則是能夠進(jìn)一步延伸和優(yōu)化人的感官。

5.實(shí)驗(yàn)完整性和真實(shí)性的比較

在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)操作往往只能得到一個(gè)“點(diǎn)”的數(shù)據(jù)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)則是能夠在一系列的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中展現(xiàn)多個(gè)“數(shù)據(jù)點(diǎn)”，在將這些數(shù)據(jù)點(diǎn)連接之后會(huì)形成“數(shù)據(jù)線”。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的打造能夠進(jìn)一步改善傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的不足，且能夠?yàn)榻嵌葴y(cè)量、力學(xué)計(jì)算等提供相應(yīng)儀器的支持，進(jìn)而提升高中物理課堂教學(xué)成效?；诂F(xiàn)階段和數(shù)字傳感器相適應(yīng)的新型實(shí)驗(yàn)器材較少，且一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材在使用的時(shí)候沒(méi)有實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)器材的匹配。需要相關(guān)人員結(jié)合物理教學(xué)實(shí)例進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和學(xué)科教學(xué)整合的研究，從而進(jìn)一步提升數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的利用率。

【參考文獻(xiàn)】

[1]竺春陽(yáng)，沈敬偉.高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的比較研究[J].物理教學(xué)，2013，35（5）：19-22.

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（作者單位：江蘇省清浦中學(xué)）