分析高中物理实验中数字信息化实验系统的应用

李敏

摘要：立足于数字信息化实验系统在高中物理实验中的应用情况，分析研究现实存在的不足，从而提出相应的应用方案。

关键词：数字信息化；实验系统；高中物理；实验

1 前言

目前在高中物理教学中，无论是对数据的处理，还是在实验设计、实施方面，都采用大量数字信息化手段。高中物理是一门专业性较强的学科，因此对数字信息化有着较高的要求。

2 数字信息化实验系统在高中物理实验教学中的应用分析

教师的实际应用分析 教师使用数字信息化实验系统做物理实验的情况大致可以分为不太熟练、较熟练、很熟练三类。其中，一些重点学校的教师的熟练情况明显高于发展较为缓慢的学校。此外，实验的难易程度也给教师的使用带来较为明显的影响。如对于一些难度较大的实验，不仅要求教师对实验内容和要求很熟悉，而且要能把传统的器材和数字信息化实验系统进行结合才能顺利进行实验。如教师在进行传送带上的物体受力情况实验时，就不能完全按照课本的步骤实施，还应考虑现实因素带来的影响，如物体是否受到摩擦力？它受到的摩擦力的大小和方向又是怎么样的？是静摩擦力还是滑动摩擦力？等等。这就要求在实验过程中，教师不但要分析物体落地的初速度大小和方向，还要分析物体相对于传送带的初速度的大小和方向，并需要时刻关注和调整传感器和相应的实验曲线图与数据变化。这种类型的实验对教师的动手能力、思维能力、教育教学能力等有着很多要求，这也是许多教师感到使用数字信息化实验系统做物理实验不熟练的主要原因。

数据准确性分析 数字信息化实验系统主要由数据采集器、传感器、教材专用软件和教材通用软件等构成。实验原理是物理实验的基础，物理实验对实验的过程要求很高，其中最重要的就是准确性。要保证实验原理的正确，必须要做到实验真实、原理无误。在传统的高中物理实验中，由于实验方法、实验仪器和实验条件的限制，使得物理实验在进行之后的结果的显示和预期的结果总会存在明显差异，而物理教学本身，往往是需要学生通过实验现象的原理来对物理问题进行实际分析，如果实验误差过大，则是一次失败的实验，更是一次失败的教学。而数字信息化实验系统的传感器精度远远高于传统的实验仪器，比如其中的温度传感器精度可以达到+/-0.3 ℃，并且能适应较大的温差变化。在使用力传感器进行物理实验时可以精确到小数点后两位，而普通的弹簧测力计只能精确到小数点后一位，而且还有可能受到外界的影响，造成实验误差。

实验便捷性分析 数字信息化实验系统对数据进行的是实时采集，所以实验结果可以很快就呈现在学生眼前。在利用数字信息化实验系统进行实验时，操作简单。如在进行牛顿第三定律的实验时，只需要接入力传感器就可以进行实验，力传感器外观设计的手柄构造可以与铁架台、力矩盘等教学用具紧密配合使用，可以同时测量压力和拉力。而且在实验进行的同时，“组合图像”窗口中还可以绘制出基于来自传感器的数据图线。此外，为了满足复杂实验中对多个物理量的要求，通用软件可以并行显示各个传感器的工作状态，并且记录和处理各传感器采集到的实验数据。

课堂高效性分析 课堂教学效率是由学生和教师共同决定的，将数字信息化实验系统应用到物理教学中，可以激发学生的学习兴趣和探索潜力，从而大幅度提高课堂效率、另外，教师在实验过程中不必担心数据的误差，因为数字信息化实验系统采集的数据是绝对真实的数据，大大减少了记录和处理数据所耗费的时间。根据对学生的调查结果显示，63%的学生愿意使用数字信息化实验系统做物理实验，30%的学生非常愿意使用数字信息化实验系统做物理实验。这些调查数据都说明学生愿意并且喜欢新型的技术手段，而且在改善教学环境的同时也增强了学生的学习兴趣。学生通过自己动手实验，还可以锻炼多方面的能力，如动手能力、数据分析能力、观察能力、图像识别能力、逻辑思维能力、合作能力等。在物理实验过程中，学生得到锻炼最多的是数据分析能力和动手能力，合作能力也有显著提高。

传统实验的优势与劣势分析 传统物理实验中应用的主要实验器材有秒表、米尺、天平、弹簧秤、打点计时器、电压表、电流表、温度计等，还受到教学理念、教学方法、课堂和教材的限制。在实验过程中需要严格按照实验步骤进行操作，传统物理实验注重的是学生的动手能力操作，但是限制了学生的主动性和创造性。在实验结束之后，学生要根据实验结果和过程，用人工的方式记录相关实验数据，并且要根据数据和实验原理绘制相应的图像，容易因为读数误差和仪器的精确误差而对实验造成影响。

但是传统实验的一个明显优势就是实验设备具有耐用性，而且简单直观，可以很快掌握使用方法。也正是由于传统实验步骤繁琐的原因，要求学生在实验前必须明确了解实验的原理、步骤，理清实验思路，有助于学生对实验过程形成深刻印象，充分理解实验应用的物理规律和概念。同时可以培养学生良好的科学品质，因为在实验结束之后，学生要进行多次观察和重复测量，将每次得到的数据进行统计、计算，有利于学生掌握科学的实验方法和求真的品质。

数字信息化实验系统的优势与劣势分析 数字信息化实验系统的实验器材主要是传感器、数据采集器、计算机、传感器连线、计算机通信线、电源线、转接器等其他附件，由于其在物理实验中应用新的教学理念及教学方法而扩大了物理实验的内涵，缩短了实验时间，将更多的时间留给学生分析讨论。加上在实验过程中主要是将实验器材与计算机相连，然后由计算机对实验数据进行处理，自动合成实验图像，基本可以避免实验误差。

数字信息化实验可以快速采集数据，而且精度较高，容易操作；将数据采集记录之后，系统可以自主对数据进行处理储存。数字信息化实验另一個明显的优势是它可以对一些传统仪器无法测量的物理量（如地磁场、光强等）进行测量。而且这种新的实验手段具有很强的拓展性，可以使学生拥有自己设计实验的条件。

3 结语

数字信息化实验是新课程改革下的新的产物，尤其是在高中物理教学中，由于实验教学是物理教学的主要内容，因此要积极引入数字信息化实验系统，提高其应用效率，促进高中物理实验教学的良性发展。endprint