數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)越性及在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用論文
關(guān)鍵詞：數(shù)字化 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 優(yōu)越性
摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為一種新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變革起到了積極的影響。筆者結(jié)合本校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展，對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用及數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系方面做了論述。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上引入了計(jì)算機(jī)技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，成為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)向現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展的方向。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室作為一種新型的實(shí)驗(yàn)手段，在新課程改革背景下破土而出。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室既是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效補(bǔ)充，又是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，其中的數(shù)字化設(shè)備包括高級(jí)數(shù)據(jù)采集(在平板電腦中加裝數(shù)據(jù)采集卡)和傳感器。
一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)越性
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用傳感器技術(shù)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的信息數(shù)字化并傳送到計(jì)算機(jī)，由專用軟件處理后，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)生觀察到化學(xué)變化的整個(gè)過(guò)程，能對(duì)變化過(guò)程進(jìn)行直觀、形象處理的實(shí)驗(yàn)方法。在一定程度上將化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中微觀世界通過(guò)數(shù)據(jù)與圖表展現(xiàn)出來(lái)，揭示其中的科學(xué)規(guī)律。根據(jù)我校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室使用過(guò)程來(lái)看，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有如下特點(diǎn)。
1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室具有開(kāi)放性。根據(jù)教學(xué)的實(shí)際需要，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室既可用于演示實(shí)驗(yàn)（配合投影設(shè)備），也可進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)；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(jí)數(shù)據(jù)采集器的特點(diǎn)，可以到家庭、田野、工廠做實(shí)驗(yàn)。因此，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，無(wú)論在教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)方式上都具有開(kāi)放性。例如，測(cè)定污水中的酸堿度。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法是到各點(diǎn)取樣，送回實(shí)驗(yàn)室分析，這樣即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)就可以直接帶上設(shè)備到各點(diǎn)測(cè)定，數(shù)據(jù)由電腦分析后通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)回，可以方便地匯總數(shù)據(jù)。
2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(yàn)過(guò)程。例如，在中和熱的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法無(wú)論取點(diǎn)和作圖都由手工完成。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)這些過(guò)程都是由計(jì)算機(jī)完成的，而且能準(zhǔn)確、清晰地顯示出溫度的變化曲線。利用智能軟件能夠直接顯示數(shù)據(jù)坐標(biāo)，精確測(cè)量任何兩點(diǎn)的距離，而且可以同步顯示真實(shí)數(shù)據(jù)。
3.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有整合性。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室仍以學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，只是在信息處理的重要環(huán)節(jié)上采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)(采集、處理和表達(dá))，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的整合。
二、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的延伸與發(fā)展
傳統(tǒng)定性實(shí)驗(yàn)一般是通過(guò)人的主觀觀察（顏色、氣味、冷熱、沉淀、氣泡等）來(lái)判斷反應(yīng)進(jìn)行的情況。而定量實(shí)驗(yàn)是通過(guò)儀器（溫度計(jì)、電流表、電壓表等）斷續(xù)地測(cè)量數(shù)據(jù)，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(shù)字化實(shí)驗(yàn)則是通過(guò)傳感器技術(shù)直接測(cè)定并且量化數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)給出動(dòng)態(tài)的輸出結(jié)果。測(cè)定各組成成分的數(shù)值及其之間的`數(shù)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(jì)算機(jī)的介入，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中能更快更準(zhǔn)確地連續(xù)監(jiān)測(cè)、采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，能夠利用軟件實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。并能夠存儲(chǔ)、傳輸以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)等分析處理，提高了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更真實(shí)。這樣數(shù)字化實(shí)驗(yàn)不僅使原來(lái)的定量實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，迅速、準(zhǔn)確地給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且可以使原來(lái)的定性實(shí)驗(yàn)做定量化。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以及時(shí)捕捉細(xì)微的科學(xué)過(guò)程。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一般都是靠眼睛觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、靠手腦記錄和處理數(shù)據(jù)。但很多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是來(lái)不及觀察或者根本觀察不到，有時(shí)即使能夠讀數(shù)，也容易造成較大誤差。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)記錄下來(lái)仔細(xì)分析，可以探究的問(wèn)題范圍和深度都大大拓展，更容易、更深刻地揭示客觀規(guī)律。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)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(shù)字、表格、視頻等形式顯示出來(lái)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)與傳感技術(shù)、信息技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生能觀察、捕捉并分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器無(wú)法觀察到的微弱信息和瞬間信息，對(duì)探究問(wèn)題的深度提出了更高的挑戰(zhàn)，更具備發(fā)展性，更有培養(yǎng)學(xué)生的積極探究意識(shí)。
例如，在做酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是通過(guò)酸堿指示劑來(lái)確定中點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)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(shù)字化實(shí)驗(yàn)中使用PH傳感器就可以讓學(xué)生看到在中和反應(yīng)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(yīng)的本質(zhì)問(wèn)題。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室其實(shí)就是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的延伸。它是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成的多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室既是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效補(bǔ)充，又是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的變革，更是一次對(duì)新課標(biāo)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)的挑戰(zhàn)。這需要我們不斷地探索，才能有效地用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，才能發(fā)揮它的巨大優(yōu)越性。
參考文獻(xiàn)：
1．吳俊明，《新課程背景下的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室及其在中學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用》，《中國(guó)電化教育》，2006
2．史能，《數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用》，《科技教育創(chuàng)新》，2007
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