例談用數(shù)字化手段來優(yōu)化傳統(tǒng)的初中物理實驗

張凌于

摘 要：近年來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展給教育教學(xué)領(lǐng)域帶來了翻天覆地的變化，傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等信息技術(shù)設(shè)備都是物理學(xué)發(fā)展和進步的成果，將其應(yīng)用到物理實驗教學(xué)中也是與時俱進的舉措，它的推廣和使用不僅是教學(xué)手段的創(chuàng)新，更是教學(xué)理念的革命.

關(guān)鍵詞：數(shù)字化實驗 傳統(tǒng)實驗 聲音特性

隨著科技的進步與發(fā)展，越來越多的數(shù)字化技術(shù)手段被應(yīng)用到物理教學(xué)中。這也促使初中物理教育模式發(fā)生變化。為了適應(yīng)科技的迅猛發(fā)展和新的人才培養(yǎng)需求，數(shù)字化實驗系統(tǒng)（簡稱 DIS）成為各地數(shù)字化校園建設(shè)重點項目，數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室也成為初中物理開展課內(nèi)外探究實驗的重要手段。[1]

數(shù)字化實驗探究系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗相對比的優(yōu)勢明顯，傳統(tǒng)實驗器材測量精確度有限，讀數(shù)誤差也相對較大。為了減小誤差采取多次測量求平均值的方法，這樣就會浪費很多時間。數(shù)字化探究實驗配備了幾十種傳感器，實驗中所測得的實驗數(shù)值可直接顯示在電腦屏幕上，而且精確度更高。這大大節(jié)省了實驗的時間，提高了實驗效率，原來需要一節(jié)課做完的實驗，現(xiàn)在十多分鐘就能完成了，這樣學(xué)生就有更多的自由支配的時間。學(xué)生平時在實驗或?qū)W習(xí)中的一些想法，數(shù)字化探究實驗都能比較容易地把這些想法變?yōu)楝F(xiàn)實，而以往的傳統(tǒng)實驗很難做到這一點。在物理實驗中，由于實驗測量儀器的限制，導(dǎo)致有的物理量無法直接測量或讀數(shù)不方便，直接影響實驗效果，而數(shù)字化實驗卻能輕松地解決這個問題。[2]

下面就以人教材初中物理八年級上冊探究聲音的特性為例來談一談數(shù)字化實驗手段的優(yōu)勢。聲音的特性在初中物理教學(xué)中看似一個簡單的教學(xué)內(nèi)容，但由于音調(diào)、音色概念相對比較抽象，在學(xué)生實際中的概念與物理概念間的距離較大，傳統(tǒng)的實驗探究通過音叉、乒乓球、尺子或其它方法進行，但由于頻率與音調(diào)間的關(guān)系難以建立，學(xué)生很難理解音調(diào)、音色概念的內(nèi)涵。有關(guān)響度，學(xué)生不能真正區(qū)分‘大小和“高低”間差別及其所代表的物理意義。比較而言，數(shù)字化實驗卻能輕松地做出這個實驗，不但可以做出音叉的波形圖，還可較容易做出男女生聲帶振動的波形圖。為第四節(jié)《噪聲的危害和防止》，比較噪音和樂音的波形圖打下基礎(chǔ)。

如圖1傳統(tǒng)實驗裝置，在課堂上，學(xué)生改變鋼尺伸出桌面的長度，從而改變發(fā)生的音調(diào)，此時就有學(xué)生對刻度尺發(fā)出的音調(diào)提出了質(zhì)疑。感到無法分辨哪次音調(diào)較高。而且好像控制了用力大小，可是響度還是不同。因為這個實驗，不僅僅是刻度尺振動發(fā)聲，同學(xué)們更多聽到的是刻度尺拍打桌面的聲音。聲源不止一個，音調(diào)區(qū)分就很難把握，而最大問題是對振動頻率的觀察，很多學(xué)生會看不清刻度尺振動的快慢。的確，人眼對振動快慢的分辨能力有限。振動頻率高于一定值時，人眼是很難準(zhǔn)確判斷振動頻率的快慢的。如果我們利用聲音傳感器就可以從屏幕觀察音叉振動的快慢。

如圖2數(shù)字化實驗裝置，通過相同時間內(nèi)波峰出現(xiàn)的密集程度就可以很清晰地比較出音叉振動頻率的快慢，這樣實驗就變的更加簡潔、明了、直觀。

教學(xué)實踐表明，利用聲音傳感器開展教學(xué)，能使學(xué)生對音調(diào)、響度的實驗探究達到更加理想的效果。更好的突破本節(jié)課的難點。具體體現(xiàn)在：

首先，現(xiàn)象更直觀，學(xué)生可以在電腦顯示屏上直觀地看到聲音的波形，可以對比不同的響度，不同的振幅；可以比較不同的音調(diào)，不同的振動頻率，更能直接對比不同樂器不同音色的聲音的波形，這不僅解決了學(xué)生肉眼看不清聲源振動的問題，而且更明確地讓學(xué)生了解到聲音是一種波。

其次，可改用不同聲源做實驗，能提供更豐富、多元化音調(diào)、響度的聲音。從而提高實驗內(nèi)容上的拓展性。

總之，數(shù)字化實驗室能夠?qū)崟r記錄實驗的每一個過程，并且能把轉(zhuǎn)瞬即逝的實驗數(shù)據(jù)高效、直觀地記錄下來，以前很多我們不能做或做不好的實驗都可以解決了。數(shù)字化實驗室的使用，不僅是教學(xué)手段的創(chuàng)新，更是教育思想觀念的進步。工具的發(fā)展是腦的擴展、手的延伸，是人類文明進步的階梯。有了船，人類領(lǐng)略到了大海的浩瀚；有了宇宙飛船，人類體驗到了太空的深邃；有了先進的實驗手段，學(xué)生必定能收獲我們意想不到的成功。

參考文獻

[1]陳學(xué)軍.DIS系統(tǒng)在初中物理演示實驗中的應(yīng)用 教育教學(xué)論壇.2010.

[2]顏浩.陶本友.DIS實驗系統(tǒng)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用實驗教學(xué)與儀器.2014.