數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)、實(shí)用感受及改進(jìn)建議

■徐捷

作為武漢市普通高中理科實(shí)驗(yàn)室改造項(xiàng)目第一批重點(diǎn)試點(diǎn)學(xué)校，漢陽(yáng)區(qū)建港中學(xué)在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的過程中，得到了來自武漢市財(cái)政局、武漢市教育局條件建設(shè)處、武漢市教育科學(xué)研究院、教學(xué)儀器及信息化裝備處、區(qū)房管儀器站等上級(jí)單位的大力支持。目前，武漢市建港中學(xué)隨著硬件設(shè)施的升級(jí)和教學(xué)裝備的換代，嶄新的教學(xué)硬件極大地激發(fā)了教師們的工作熱情。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)

相比傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室確有其無可比擬的優(yōu)勢(shì)：

1.設(shè)備先進(jìn)，改變了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的呈現(xiàn)方式。DIS對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與分析效率很高，圖像呈現(xiàn)直觀性強(qiáng)，有利于突出實(shí)驗(yàn)規(guī)律的本質(zhì)，有利于突破教學(xué)重、難點(diǎn)。數(shù)字實(shí)驗(yàn)室由“輸出終端＋傳感器＋配套教具”組成。數(shù)字實(shí)驗(yàn)室克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)方式的某些弊端，實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與常規(guī)教學(xué)、探究性實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。例如“電容與電容器”這一節(jié)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室不只是解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中“電容測(cè)量”這一難題，更為我們解決此類問題提供了嶄新的思路，拓展了初、高中實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的新途徑。再例如在《恒定電流》的學(xué)習(xí)中，利用數(shù)據(jù)分析器測(cè)量水果電池的內(nèi)電阻；在學(xué)習(xí)交變電流時(shí)，用電流傳感器測(cè)量交變電流的有效值等，實(shí)驗(yàn)效果明顯，可信度高，比傳統(tǒng)教學(xué)模式下的空頭說教效果好許多。

2.優(yōu)化環(huán)節(jié)，改善了教師實(shí)驗(yàn)的演示效果。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室用于課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)亮點(diǎn)十分突出，有效地提高了實(shí)驗(yàn)效果和課堂教學(xué)效率。例如探究（驗(yàn)證）牛頓第三定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、機(jī)械能守恒定律等……用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材做起來現(xiàn)象不是很明顯的實(shí)驗(yàn)，用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)演示時(shí)效果非常明顯?，使用起來也非常方便。通過電腦繪出的圖線，學(xué)生很快就能歸納出物理規(guī)律，而且去蕪存菁，直奔規(guī)律的本質(zhì)。

3.與時(shí)俱進(jìn)，適應(yīng)了新課程的教學(xué)特點(diǎn)。新課程、新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)“三維目標(biāo)”——除了“知識(shí)與技能”，更強(qiáng)調(diào)“過程與方法”、“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”的教學(xué)。使用DIS輔助教學(xué)，不僅有利于落實(shí)“過程與方法”，層層鋪墊降低難度，而且增加了學(xué)生的參與度，也有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)事求是的治學(xué)態(tài)度與正確的價(jià)值觀。

4.激發(fā)興趣，落實(shí)了學(xué)生課堂的主體地位。采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，注重“學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體”，讓學(xué)生在探究互動(dòng)中構(gòu)建知識(shí)和掌握規(guī)律，體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情景，感受高科技時(shí)代的氣息，增強(qiáng)探究科學(xué)問題的好奇心和動(dòng)力，有利于實(shí)驗(yàn)情感的培養(yǎng)以及學(xué)生知識(shí)面的拓展。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室能夠給學(xué)習(xí)者帶來美妙的享受，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使更多的學(xué)生能夠自主地學(xué)習(xí)，豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，為學(xué)生提供了更多的學(xué)習(xí)時(shí)間和更大的學(xué)習(xí)空間；也能夠給教師帶來成功的感觸，激發(fā)教師的工作熱情，提高教師專業(yè)水平。當(dāng)然這也要求教師在備課時(shí)，不僅要備教材、備學(xué)生，還應(yīng)該注重課堂教學(xué)與DIS教學(xué)設(shè)備的有機(jī)結(jié)合。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的實(shí)用感受

我校的數(shù)字實(shí)驗(yàn)室自建設(shè)以來，深受師生的喜愛，使用率一直較高。歸納其實(shí)用感受，有以下幾點(diǎn)：

1.讓師生以更平和的心態(tài)投入到實(shí)驗(yàn)中去。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)在操作步驟上近乎于苛刻，不允許出現(xiàn)任何失誤，否則就有可能損壞實(shí)驗(yàn)器材，給實(shí)驗(yàn)中的師生產(chǎn)生一定的心理壓力，只能機(jī)械地進(jìn)行操作，力求順利地完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，這對(duì)不熟悉實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的學(xué)生而言，只能是按部就班地進(jìn)行一次操作而已，其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ⒉荒艿玫接行У耐卣?。而?shù)字實(shí)驗(yàn)器材，其固定的信號(hào)傳輸路徑，最大限度地防止了儀器被損壞的可能性，允許學(xué)生在原有的實(shí)驗(yàn)步驟的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)揮，增加師生實(shí)驗(yàn)時(shí)的能動(dòng)性，用更為平和的心態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.讓學(xué)生更容易接受實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。雖然數(shù)字實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品相對(duì)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材要高端了不少，但傳感器本身就是一種電子產(chǎn)品，這類物品在我們的生活中極為普遍，學(xué)生都有普遍的接觸行為，學(xué)生對(duì)這類儀器的認(rèn)同程度要遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材，而且，某些操作有一種讓學(xué)生“無師自通”的感覺，這些更接近生活的實(shí)驗(yàn)操作，更容易引導(dǎo)學(xué)生自覺地走進(jìn)實(shí)驗(yàn)之中。

3.將師生從枯燥的數(shù)據(jù)處理中解脫出來。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)在定量的研究問題時(shí)，需要讀取大量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，這一過程枯燥乏味，而且容易無功而返。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將數(shù)據(jù)的讀取、顯示、計(jì)算處理、結(jié)果顯示一體化，實(shí)時(shí)完成，節(jié)省的不僅僅是時(shí)間，更容易讓學(xué)生將結(jié)果與實(shí)驗(yàn)過程對(duì)接進(jìn)來，有效地提高了學(xué)習(xí)效率。

4.強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)過程。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，其過程往往是瞬間即逝的，而數(shù)字實(shí)驗(yàn)?zāi)苡涗泴?shí)驗(yàn)過程，其過程達(dá)到了可視化，這為師生發(fā)現(xiàn)與思考與討論實(shí)驗(yàn)中的問題提供了極大的空間，有效地提高了學(xué)習(xí)內(nèi)容的可接受性。特別是實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)內(nèi)容，通過這種方式較好地得到了化解。

5.為學(xué)生回顧、鞏固實(shí)驗(yàn)提供了依據(jù)。人總是會(huì)有遺忘的，所以，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，老師總是讓學(xué)生一次一次地讓學(xué)生重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到強(qiáng)化的目的，而由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)過程具有可儲(chǔ)存的特點(diǎn)，學(xué)生可以通過對(duì)自己保存的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行整理，從而達(dá)到回顧與鞏固的目的。

三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的改進(jìn)建議

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與推廣是大勢(shì)所趨。在使用過程中，各位一線教師也對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的利弊進(jìn)行了研討，筆者也與武漢市同行進(jìn)行了深入而坦誠(chéng)地交流?，F(xiàn)整理若干思考與建議如下：

1.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性是一把雙刃劍。在《探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系》這一實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常精確，電腦繪制出的函數(shù)圖像往往要么不過原點(diǎn)，要么不是直線（而且彎曲的比較明顯），那么為了減小誤差，教師耗費(fèi)了大量不必要的設(shè)備調(diào)校時(shí)間，事倍功半。其實(shí)如果在軟件上做一些合理的修改，在數(shù)據(jù)精度上設(shè)置更為合理的數(shù)量級(jí)，那么上述問題即可迎刃而解，實(shí)為很簡(jiǎn)單的問題。

2.力學(xué)傳感器和電學(xué)傳感器的配件容易損耗。傳感器本身是一套非常精密的元器件，使用壽命是有限的，而傳感器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的核心部件。很多傳感器的自然損耗較大，而像溫度傳感器等使用頻率又較小。建議在一套設(shè)備中，力學(xué)、電學(xué)傳感器加大配備比重，而光學(xué)、熱學(xué)傳感器配齊即可。

3.教師素質(zhì)良莠不齊，制約了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的使用。因此建議加大對(duì)教師的培訓(xùn)力度，特別是進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)和加快教育理念更新，同時(shí)對(duì)能夠在數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與改進(jìn)方面做出切實(shí)貢獻(xiàn)的一線教師給予適當(dāng)?shù)募?lì)。不可否認(rèn)的是，現(xiàn)在的某些教師工作動(dòng)力不強(qiáng)，主動(dòng)學(xué)習(xí)和接受新事物的愿望不足。再好的教學(xué)裝備，也離不開“人”的因素——人的作用永遠(yuǎn)是第一位的。

4.USB充電口缺乏更為周全與人性化的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上USB充電口的設(shè)置讓人眼前一亮，但是它們的保護(hù)和防塵等需要更周全更人性化的設(shè)計(jì)。許多初中教師反映，鑒于學(xué)生的年齡特點(diǎn)，他們對(duì)USB接口臺(tái)的愛護(hù)不夠，頻繁地玩弄可能造成一些安全隱患和不必要的器材損壞。此外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室似可考慮通過合適的通用接口與電子白板建立一定的互聯(lián)互通關(guān)系，把電子白板與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室無縫連接起來，以利于教師的日常教學(xué)，將可獲得“1+1＞2”之效。

5.課本內(nèi)容與實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作過程相矛盾。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的投入使用，使得大多數(shù)傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器被各類性能先進(jìn)的傳感器所代替，而我們的課本上講的都是傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的使用方法及注意事項(xiàng)——甚至中、高考仍然把過時(shí)的陳舊的指針式電表的讀數(shù)（電流表、電壓表、多用電表等）一考再考，實(shí)際上生活中早就廣泛使用液晶顯示代替指針了——如果使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材，課本內(nèi)容和實(shí)際實(shí)驗(yàn)操作過程中的沖突如何化解？實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)和高考應(yīng)試的矛盾怎么解決？這是值得我們下一階段需要好好加以理順的一系列矛盾關(guān)系。

6.在師資培訓(xùn)中要強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室一般采用電腦顯示器作為輸出終端，教師使用電腦上帶有做實(shí)驗(yàn)時(shí)采集數(shù)據(jù)的專用軟件，這些專用軟件一般都可以做到只輸入數(shù)據(jù)就可以得出結(jié)論，而忽略了中間各物理量之間的關(guān)系。應(yīng)該看到：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在培養(yǎng)學(xué)生觀察習(xí)慣、計(jì)算、作圖、歸納等方面有所欠缺，犧牲了學(xué)生非常重要的體驗(yàn)過程。在下一階段的師資培訓(xùn)中，需要強(qiáng)化教師的理念更新與實(shí)際動(dòng)手操作能力的培訓(xùn)，將理論教學(xué)與實(shí)踐操作培訓(xùn)相結(jié)合，深入領(lǐng)會(huì)優(yōu)化數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)思想，以利于教師在實(shí)驗(yàn)課的日常教學(xué)中，既能讓學(xué)生體驗(yàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的探究過程，又能讓學(xué)生享受到DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)帶來的方便快捷，使學(xué)生的合作精神、探究精神、創(chuàng)新思維及嚴(yán)密思維能力在實(shí)驗(yàn)過程中得到更好地鍛煉和提高。

這或許是下一代數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在底層設(shè)計(jì)思想上的一個(gè)新的升級(jí)方向。只要我們沿著一條正確的道路堅(jiān)持走下去，相信數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)必將在推動(dòng)武漢市教學(xué)質(zhì)量提升和課堂效率優(yōu)化方面作出更大貢獻(xiàn)！