運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 優(yōu)化高中物理教學(xué)

摘 要：中學(xué)物理新課程對(duì)學(xué)科探究及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岢龈叩囊螅髮W(xué)生能掌握設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)的基本方法，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，能夠自主探究一般的物理規(guī)律。這就要求學(xué)生理解傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，鼓勵(lì)將電子計(jì)算機(jī)等多媒體技術(shù)應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)中，充分利用傳感器和計(jì)算機(jī)的功能，實(shí)時(shí)測(cè)量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等，使實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)能自動(dòng)進(jìn)行，提高實(shí)驗(yàn)的效率和效果。

關(guān)鍵詞：高中物理；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；教學(xué)優(yōu)勢(shì)；劣勢(shì)；恰當(dāng)整合

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用在物理教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比更形象、更直觀(guān)，改進(jìn)了物理教學(xué)的方式。在學(xué)習(xí)牛頓第三定律的時(shí)候，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是學(xué)生拿兩只彈簧秤互相拉，同時(shí)觀(guān)察兩只彈簧秤的示數(shù)關(guān)系，可是做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，學(xué)生看到左面彈簧秤的示數(shù)就看不到右面的示數(shù)，由于器材的限制無(wú)法作到實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)，對(duì)作用力和反作用力的關(guān)系觀(guān)測(cè)不能夠深人、不能夠細(xì)致?，F(xiàn)在利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，同學(xué)們把兩個(gè)力傳感器互相拉，整個(gè)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由電腦記錄，作用力和反作用力的關(guān)系清楚、形象的顯示在電腦屏幕上（如圖1）。學(xué)生可以對(duì)整個(gè)過(guò)程慢慢的分析。

從圖中，學(xué)生們很容易得出作用力和反作用力的規(guī)律：大小相等、方向相反。

在學(xué)習(xí)振動(dòng)的時(shí)候，要了解聲波的振動(dòng)圖像，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法做到的，現(xiàn)在我們可以利用聲傳感器來(lái)了解聲波振動(dòng)圖像

從圖中，我們就可以直觀(guān)看出復(fù)雜的聲波振動(dòng)圖像所反映出的含義：人的聲音頻率是變化的（橫軸），人的聲音的強(qiáng)弱在變化（縱軸），這樣學(xué)生就對(duì)聲波有了一個(gè)形象的認(rèn)識(shí)了。

用圖像來(lái)描述物理過(guò)程具有形象直觀(guān)的特點(diǎn)，可以清晰地描述出其變化的動(dòng)態(tài)特征，把物理量之間的相互依賴(lài)關(guān)系和線(xiàn)性關(guān)系、周期性等清晰地呈現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)圖像的比較，學(xué)生能夠較容易的理解物理過(guò)程、發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，這種直觀(guān)印象有時(shí)能透過(guò)事物的本質(zhì)，誘導(dǎo)學(xué)生做更深人的探討，利用圖像使得物理問(wèn)題簡(jiǎn)化明了。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比效率更高，提高了物理教學(xué)的高效性。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究的一大難題就是學(xué)生把大部分的時(shí)間花在記錄數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)運(yùn)算、繪制圖像上，往往沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行深入探究，得出物理規(guī)律。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)所用的實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單，操作方便快捷，數(shù)據(jù)采集器可以在非常短的時(shí)間內(nèi)將大量數(shù)據(jù)全部記錄并傳送到電腦中，通過(guò)配套軟件直接處理。實(shí)驗(yàn)中記錄、計(jì)算、描點(diǎn)、作圖的工作都由計(jì)算機(jī)來(lái)完成，學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索、研究、推測(cè)結(jié)論。這樣騰出更多的時(shí)間，便于學(xué)生更多地觀(guān)察物理現(xiàn)象，體驗(yàn)物理過(guò)程，探究物理規(guī)律，把學(xué)習(xí)、生活和生產(chǎn)實(shí)際密切聯(lián)系起來(lái)，這有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、探究問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，也有利于提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。

二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用在物理教學(xué)中的劣勢(shì)

目前的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用也存在著不可忽視的欠缺。例如，不太重視實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的重現(xiàn)，局限于教材中有限的物理實(shí)驗(yàn)等。

1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)原理不直觀(guān)，使學(xué)生不容易理解物理過(guò)程。數(shù)字化傳感器對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有神秘感.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中紙帶、彈簧秤、溫度計(jì)、電表都很具體直觀(guān)，而傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是看不到的，物理原理也更復(fù)雜，像是神秘的“黑箱”。例如，學(xué)生使用直尺測(cè)量房間的寬度，其必然能知道直尺之所以能測(cè)量物體的長(zhǎng)度，是因?yàn)槌呱嫌袠?biāo)度，而學(xué)生在使用位移傳感器測(cè)量房間的寬度時(shí)，就不見(jiàn)得了解位移傳感器的原理。這主要是因?yàn)閿?shù)字傳感器功能封裝原理較復(fù)雜的特點(diǎn)。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使學(xué)生缺少“經(jīng)歷過(guò)程”，對(duì)實(shí)驗(yàn)印象不夠深刻。比如測(cè)量物體加速的實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)采用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車(chē)的運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行記錄。學(xué)生經(jīng)歷了利用紙帶上的點(diǎn)求相鄰相等時(shí)間的位移差、速度、加速度等實(shí)驗(yàn)過(guò)程，有著豐富的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)，因此對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解會(huì)比較深刻。

而使用數(shù)字化傳感器做實(shí)驗(yàn)，直接得到了小車(chē)運(yùn)動(dòng)的S-t圖像，進(jìn)而通過(guò)轉(zhuǎn)換坐標(biāo)軸得到小車(chē)運(yùn)動(dòng)的V-t圖像甚至a-t圖像，計(jì)算小車(chē)的瞬時(shí)速度及小車(chē)的加速度乃至于作圖都由計(jì)算機(jī)代替完成了，學(xué)生只需識(shí)圖就能得到結(jié)果，效率是提高了，但缺少經(jīng)歷過(guò)程，少了實(shí)驗(yàn)的充分體驗(yàn)必然導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解不夠到位。

三、對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)恼?/p>

從學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的角度來(lái)看，兩種實(shí)驗(yàn)方式各有長(zhǎng)短，沒(méi)有先進(jìn)落后之分。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在操作階段主要培養(yǎng)學(xué)生的觀(guān)察能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，在數(shù)據(jù)處理階段培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為信息采集和數(shù)據(jù)處理工具，能夠大大縮短處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所花費(fèi)的時(shí)間，從而提高實(shí)驗(yàn)效率；運(yùn)用DIS還能做出一些用傳統(tǒng)測(cè)量工具做不成的實(shí)驗(yàn)，從而拓展了實(shí)驗(yàn)范圍，為學(xué)生自主探究設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力提供廣闊的天地。

比如研究“共點(diǎn)力的合成”，用彈簧秤能直接顯示力的大小，而用力傳感器將力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。再顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上顯然多此一舉，且實(shí)驗(yàn)原理變得不直觀(guān)。而在研究“向心力與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材最終只能獲得各物理量間的定性關(guān)系，而利用數(shù)字化傳感器的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能（擬合圖線(xiàn)）后，可以得到定量的表達(dá)式，在這一點(diǎn)上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)有著傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。

總之，適合的就是最好的！傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)說(shuō)到底只是實(shí)驗(yàn)手段不同而已。選擇哪種實(shí)驗(yàn)手段，關(guān)鍵要看具體要研究的問(wèn)題是什么，既然兩種實(shí)驗(yàn)手段各有千秋，那就應(yīng)該相互彌補(bǔ)。我們可以通過(guò)適當(dāng)?shù)恼鲜怪袡C(jī)的結(jié)合起來(lái)從而提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張飛翔.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與高中物理教學(xué)有效整合的思考[J].畢節(jié)日?qǐng)?bào)，2011.

作者簡(jiǎn)介

高麗英，本科，從教14年，研究方向：高中物理教學(xué)。

重要榮譽(yù)：本文收錄到教育理論網(wǎng)。