运用数字化实验 优化高中物理教学

摘 要：中学物理新课程对学科探究及实验能力提出更高的要求，要求学生能掌握设计物理实验的基本方法，并对数据进行简单处理，能够自主探究一般的物理规律。这就要求学生理解传统物理实验的设计思路，在数据处理时，鼓励将电子计算机等多媒体技术应用在物理实验中，充分利用传感器和计算机的功能，实时测量、处理实验数据、分析实验结果等，使实验过程和数据的呈现能自动进行，提高实验的效率和效果。

关键词：高中物理；数字化实验；教学优势；劣势；恰当整合

一、数字化实验运用在物理教学中的优势

1.数字化实验与传统实验相比更形象、更直观，改进了物理教学的方式。在学习牛顿第三定律的时候，传统的实验是学生拿两只弹簧秤互相拉，同时观察两只弹簧秤的示数关系，可是做实验的时候，学生看到左面弹簧秤的示数就看不到右面的示数，由于器材的限制无法作到实时对应，对作用力和反作用力的关系观测不能够深人、不能够细致。现在利用數字化实验系统，同学们把两个力传感器互相拉，整个过程的实验数据由电脑记录，作用力和反作用力的关系清楚、形象的显示在电脑屏幕上（如图1）。学生可以对整个过程慢慢的分析。

从图中，学生们很容易得出作用力和反作用力的规律：大小相等、方向相反。

在学习振动的时候，要了解声波的振动图像，这是传统实验无法做到的，现在我们可以利用声传感器来了解声波振动图像

从图中，我们就可以直观看出复杂的声波振动图像所反映出的含义：人的声音频率是变化的（横轴），人的声音的强弱在变化（纵轴），这样学生就对声波有了一个形象的认识了。

用图像来描述物理过程具有形象直观的特点，可以清晰地描述出其变化的动态特征，把物理量之间的相互依赖关系和线性关系、周期性等清晰地呈现出来。通过图像的比较，学生能够较容易的理解物理过程、发现物理规律，这种直观印象有时能透过事物的本质，诱导学生做更深人的探讨，利用图像使得物理问题简化明了。

2.数字化实验与传统实验相比效率更高，提高了物理教学的高效性。传统实验探究的一大难题就是学生把大部分的时间花在记录数据、数据运算、绘制图像上，往往没有时间进行深入探究，得出物理规律。数字化实验所用的实验仪器简单，操作方便快捷，数据采集器可以在非常短的时间内将大量数据全部记录并传送到电脑中，通过配套软件直接处理。实验中记录、计算、描点、作图的工作都由计算机来完成，学生的主要任务是根据数据进行探索、研究、推测结论。这样腾出更多的时间，便于学生更多地观察物理现象，体验物理过程，探究物理规律，把学习、生活和生产实际密切联系起来，这有利于提高学生发现问题、提出问题、探究问题、解决问题的能力，也有利于提高课堂教学质量和效率。

二、数字化实验运用在物理教学中的劣势

目前的数字化实验在物理实验中的应用也存在着不可忽视的欠缺。例如，不太重视实验细节的重现，局限于教材中有限的物理实验等。

1.数字化实验原理不直观，使学生不容易理解物理过程。数字化传感器对学生来说有神秘感.传统实验中纸带、弹簧秤、温度计、电表都很具体直观，而传感器的内部结构是看不到的，物理原理也更复杂，像是神秘的“黑箱”。例如，学生使用直尺测量房间的宽度，其必然能知道直尺之所以能测量物体的长度，是因为尺上有标度，而学生在使用位移传感器测量房间的宽度时，就不见得了解位移传感器的原理。这主要是因为数字传感器功能封装原理较复杂的特点。

2.数字化实验使学生缺少“经历过程”，对实验印象不够深刻。比如测量物体加速的实验，传统的实验采用打点计时器对小车的运动状况进行记录。学生经历了利用纸带上的点求相邻相等时间的位移差、速度、加速度等实验过程，有着丰富的实验体验，因此对实验的理解会比较深刻。

而使用数字化传感器做实验，直接得到了小车运动的S-t图像，进而通过转换坐标轴得到小车运动的V-t图像甚至a-t图像，计算小车的瞬时速度及小车的加速度乃至于作图都由计算机代替完成了，学生只需识图就能得到结果，效率是提高了，但缺少经历过程，少了实验的充分体验必然导致对实验的理解不够到位。

三、对传统实验和数字化实验进行恰当的整合

从学生学习知识的角度来看，两种实验方式各有长短，没有先进落后之分。传统实验在操作阶段主要培养学生的观察能力和动手实践能力，在数据处理阶段培养学生严谨、细致、实事求是的科学态度；而数字化实验作为信息采集和数据处理工具，能够大大缩短处理实验数据所花费的时间，从而提高实验效率；运用DIS还能做出一些用传统测量工具做不成的实验，从而拓展了实验范围，为学生自主探究设计实验、培养学生的创新能力提供广阔的天地。

比如研究“共点力的合成”，用弹簧秤能直接显示力的大小，而用力传感器将力信号转化为电信号。再显示在计算机屏幕上显然多此一举，且实验原理变得不直观。而在研究“向心力与哪些因素有关”的实验中，利用传统实验器材最终只能获得各物理量间的定性关系，而利用数字化传感器的强大数据处理功能（拟合图线）后，可以得到定量的表达式，在这一点上数字化实验有着传统实验无法比拟的优势。

总之，适合的就是最好的！传统实验与数字化实验说到底只是实验手段不同而已。选择哪种实验手段，关键要看具体要研究的问题是什么，既然两种实验手段各有千秋，那就应该相互弥补。我们可以通过适当的整合使之有机的结合起来从而提高物理实验教学的效果。

参考文献

[1]张飞翔.数字化实验与高中物理教学有效整合的思考[J].毕节日报，2011.

作者简介

高丽英，本科，从教14年，研究方向：高中物理教学。

重要荣誉：本文收录到教育理论网。