數字化實(shí)驗室的優(yōu)越性及在實(shí)驗教學(xué)中的應用論文
關(guān)鍵詞：數字化 實(shí)驗教學(xué) 優(yōu)越性
摘要：隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數字化實(shí)驗作為一種新型實(shí)驗教學(xué)方法，對傳統實(shí)驗教學(xué)的變革起到了積極的影響。筆者結合本校數字化實(shí)驗室的發(fā)展，對數字化實(shí)驗室在中學(xué)實(shí)驗教學(xué)中的應用及數字化實(shí)驗的優(yōu)越性，數字化實(shí)驗與傳統實(shí)驗的關(guān)系方面做了論述。
數字化實(shí)驗是在傳統實(shí)驗技術(shù)的基礎上引入了計算機技術(shù)。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，數字化實(shí)驗技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，成為傳統實(shí)驗室技術(shù)向現代化、數字化發(fā)展的方向。數字化實(shí)驗室作為一種新型的實(shí)驗手段，在新課程改革背景下破土而出。數字化實(shí)驗室既是對傳統實(shí)驗教學(xué)的有效補充，又是傳統實(shí)驗教學(xué)的延伸。我校在物理、化學(xué)、生物、地理四個(gè)學(xué)科中裝備了數字化實(shí)驗室，其中的數字化設備包括高級數據采集(在平板電腦中加裝數據采集卡)和傳感器。
一、數字化實(shí)驗室的優(yōu)越性
數字化實(shí)驗是在傳統實(shí)驗技術(shù)的基礎上，應用傳感器技術(shù)，將傳統實(shí)驗中的信息數字化并傳送到計算機，由專(zhuān)用軟件處理后，通過(guò)圖像、表格、視頻等多種形式來(lái)動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)。能使學(xué)生觀(guān)察到化學(xué)變化的整個(gè)過(guò)程，能對變化過(guò)程進(jìn)行直觀(guān)、形象處理的實(shí)驗方法。在一定程度上將化學(xué)反應過(guò)程中微觀(guān)世界通過(guò)數據與圖表展現出來(lái)，揭示其中的科學(xué)規律。根據我校數字化實(shí)驗室使用過(guò)程來(lái)看，數字化實(shí)驗具有如下特點(diǎn)。
1.數字化實(shí)驗室具有開(kāi)放性。根據教學(xué)的實(shí)際需要，數字化實(shí)驗室既可用于演示實(shí)驗（配合投影設備），也可進(jìn)行分組實(shí)驗；既可課堂教學(xué)使用，也可用于綜合實(shí)踐活動(dòng)。其中最適合于綜合實(shí)踐活動(dòng)，利用高級數據采集器的特點(diǎn)，可以到家庭、田野、工廠(chǎng)做實(shí)驗。因此，數字化實(shí)驗室是一個(gè)開(kāi)放性的實(shí)驗平臺，無(wú)論在教學(xué)內容還是教學(xué)方式上都具有開(kāi)放性。例如，測定污水中的酸堿度。傳統的實(shí)驗方法是到各點(diǎn)取樣，送回實(shí)驗室分析，這樣即費時(shí)又費力。而數字化實(shí)驗就可以直接帶上設備到各點(diǎn)測定，數據由電腦分析后通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )發(fā)回，可以方便地匯總數據。
2.數字化實(shí)驗室具有智能型的特點(diǎn)，其智能性特征基本貫穿整個(gè)科學(xué)實(shí)驗過(guò)程。例如，在中和熱的測定實(shí)驗中，傳統的實(shí)驗方法無(wú)論取點(diǎn)和作圖都由手工完成。而數字化實(shí)驗這些過(guò)程都是由計算機完成的，而且能準確、清晰地顯示出溫度的變化曲線(xiàn)。利用智能軟件能夠直接顯示數據坐標，精確測量任何兩點(diǎn)的距離，而且可以同步顯示真實(shí)數據。
3.數字化實(shí)驗室與傳統實(shí)驗具有整合性。數字化實(shí)驗室仍以學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗為基礎，只是在信息處理的重要環(huán)節上采用了計算機技術(shù)(采集、處理和表達)，從而實(shí)現了計算機技術(shù)與傳統實(shí)驗技術(shù)的整合。
二、數字化實(shí)驗是對傳統實(shí)驗技術(shù)的延伸與發(fā)展
傳統定性實(shí)驗一般是通過(guò)人的主觀(guān)觀(guān)察（顏色、氣味、冷熱、沉淀、氣泡等）來(lái)判斷反應進(jìn)行的情況。而定量實(shí)驗是通過(guò)儀器（溫度計、電流表、電壓表等）斷續地測量數據，進(jìn)一步由手工繪制圖表，最后通過(guò)分析來(lái)完成任務(wù)。而數字化實(shí)驗則是通過(guò)傳感器技術(shù)直接測定并且量化數據，同時(shí)將數據傳給計算機，由計算機給出動(dòng)態(tài)的輸出結果。測定各組成成分的數值及其之間的`數量關(guān)系，從而更科學(xué)地分析問(wèn)題、解決問(wèn)題。
由于傳感器和計算機的介入，實(shí)驗的過(guò)程中能更快更準確地連續監測、采集和處理實(shí)驗數據，能夠利用軟件實(shí)時(shí)顯示數據。并能夠存儲、傳輸以及對數據進(jìn)行統計等分析處理，提高了實(shí)驗準確性，使實(shí)驗結果更真實(shí)。這樣數字化實(shí)驗不僅使原來(lái)的定量實(shí)驗實(shí)現自動(dòng)化，迅速、準確地給出實(shí)驗結果，而且可以使原來(lái)的定性實(shí)驗做定量化。
數字化實(shí)驗可以及時(shí)捕捉細微的科學(xué)過(guò)程。傳統實(shí)驗一般都是靠眼睛觀(guān)察實(shí)驗現象、靠手腦記錄和處理數據。但很多實(shí)驗現象是來(lái)不及觀(guān)察或者根本觀(guān)察不到，有時(shí)即使能夠讀數，也容易造成較大誤差。而數字化實(shí)驗可以通過(guò)傳感器可以捕捉 “瞬時(shí)”的過(guò)程，我們能夠通過(guò)計算機記錄下來(lái)仔細分析，可以探究的問(wèn)題范圍和深度都大大拓展，更容易、更深刻地揭示客觀(guān)規律。
數字化實(shí)驗可以拓展問(wèn)題探究的深度和廣度，更有利于探究性教學(xué)。把很多原來(lái)只能意會(huì )的問(wèn)題通過(guò)數字、表格、視頻等形式顯示出來(lái)，將傳統實(shí)驗技術(shù)與傳感技術(shù)、信息技術(shù)的有機結合，使學(xué)生能觀(guān)察、捕捉并分析傳統實(shí)驗儀器無(wú)法觀(guān)察到的微弱信息和瞬間信息，對探究問(wèn)題的深度提出了更高的挑戰，更具備發(fā)展性，更有培養學(xué)生的積極探究意識。
例如，在做酸堿中和滴定實(shí)驗時(shí)，傳統實(shí)驗是通過(guò)酸堿指示劑來(lái)確定中點(diǎn)。實(shí)驗過(guò)程中只能看到中點(diǎn)時(shí)指示劑顏色的突變，不能看到PH值變化的全過(guò)程。而在數字化實(shí)驗中使用PH傳感器就可以讓學(xué)生看到在中和反應中溶液PH值變化的全過(guò)程，并將整個(gè)過(guò)程用圖形顯示出來(lái)。學(xué)生可以很方便地探究中和反應的本質(zhì)問(wèn)題。
數字化實(shí)驗室其實(shí)就是傳統實(shí)驗室的延伸。它是在傳統實(shí)驗技術(shù)的基礎上，引入傳感器、數據采集器和計算機組成的多功能實(shí)驗平臺。數字化實(shí)驗室既是對傳統實(shí)驗教學(xué)的有效補充，又是傳統實(shí)驗教學(xué)的變革，更是一次對新課標下實(shí)驗教學(xué)的挑戰。這需要我們不斷地探索，才能有效地用于實(shí)驗教學(xué)，才能發(fā)揮它的巨大優(yōu)越性。
參考文獻：
1．吳俊明，《新課程背景下的數字化實(shí)驗室及其在中學(xué)理科教學(xué)中的應用》，《中國電化教育》，2006
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