數(shù)字化實驗室的優(yōu)越性及在實驗教學(xué)中的應(yīng)用論文
關(guān)鍵詞：數(shù)字化 實驗教學(xué) 優(yōu)越性
摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字化實驗作為一種新型實驗教學(xué)方法，對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的變革起到了積極的影響。筆者結(jié)合本校數(shù)字化實驗室的發(fā)展，對數(shù)字化實驗室在中學(xué)實驗教學(xué)中的應(yīng)用及數(shù)字化實驗的優(yōu)越性，數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的關(guān)系方面做了論述。
數(shù)字化實驗是在傳統(tǒng)實驗技術(shù)的基礎(chǔ)上引入了計算機技術(shù)。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化實驗技術(shù)也得到了飛速發(fā)展，成為傳統(tǒng)實驗室技術(shù)向現(xiàn)代化、數(shù)字化發(fā)展的方向。數(shù)字化實驗室作為一種新型的實驗手段，在新課程改革背景下破土而出。數(shù)字化實驗室既是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的有效補充，又是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的延伸。我校在物理、化學(xué)、生物、地理四個學(xué)科中裝備了數(shù)字化實驗室，其中的數(shù)字化設(shè)備包括高級數(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)字化實驗室的優(yōu)越性
數(shù)字化實驗是在傳統(tǒng)實驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用傳感器技術(shù)，將傳統(tǒng)實驗中的信息數(shù)字化并傳送到計算機，由專用軟件處理后，通過圖像、表格、視頻等多種形式來動態(tài)地顯示出來。能使學(xué)生觀察到化學(xué)變化的整個過程，能對變化過程進行直觀、形象處理的實驗方法。在一定程度上將化學(xué)反應(yīng)過程中微觀世界通過數(shù)據(jù)與圖表展現(xiàn)出來，揭示其中的科學(xué)規(guī)律。根據(jù)我校數(shù)字化實驗室使用過程來看，數(shù)字化實驗具有如下特點。
1.數(shù)字化實驗室具有開放性。根據(jù)教學(xué)的實際需要，數(shù)字化實驗室既可用于演示實驗（配合投影設(shè)備），也可進行分組實驗；既可課堂教學(xué)使用，也可用于綜合實踐活動。其中最適合于綜合實踐活動，利用高級數(shù)據(jù)采集器的特點，可以到家庭、田野、工廠做實驗。因此，數(shù)字化實驗室是一個開放性的實驗平臺，無論在教學(xué)內(nèi)容還是教學(xué)方式上都具有開放性。例如，測定污水中的酸堿度。傳統(tǒng)的實驗方法是到各點取樣，送回實驗室分析，這樣即費時又費力。而數(shù)字化實驗就可以直接帶上設(shè)備到各點測定，數(shù)據(jù)由電腦分析后通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)回，可以方便地匯總數(shù)據(jù)。
2.數(shù)字化實驗室具有智能型的特點，其智能性特征基本貫穿整個科學(xué)實驗過程。例如，在中和熱的測定實驗中，傳統(tǒng)的實驗方法無論取點和作圖都由手工完成。而數(shù)字化實驗這些過程都是由計算機完成的，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)，精確測量任何兩點的距離，而且可以同步顯示真實數(shù)據(jù)。
3.數(shù)字化實驗室與傳統(tǒng)實驗具有整合性。數(shù)字化實驗室仍以學(xué)生的真實實驗為基礎(chǔ)，只是在信息處理的重要環(huán)節(jié)上采用了計算機技術(shù)(采集、處理和表達)，從而實現(xiàn)了計算機技術(shù)與傳統(tǒng)實驗技術(shù)的整合。
二、數(shù)字化實驗是對傳統(tǒng)實驗技術(shù)的延伸與發(fā)展
傳統(tǒng)定性實驗一般是通過人的主觀觀察（顏色、氣味、冷熱、沉淀、氣泡等）來判斷反應(yīng)進行的情況。而定量實驗是通過儀器（溫度計、電流表、電壓表等）斷續(xù)地測量數(shù)據(jù)，進一步由手工繪制圖表，最后通過分析來完成任務(wù)。而數(shù)字化實驗則是通過傳感器技術(shù)直接測定并且量化數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)傳給計算機，由計算機給出動態(tài)的輸出結(jié)果。測定各組成成分的數(shù)值及其之間的`數(shù)量關(guān)系，從而更科學(xué)地分析問題、解決問題。
由于傳感器和計算機的介入，實驗的過程中能更快更準(zhǔn)確地連續(xù)監(jiān)測、采集和處理實驗數(shù)據(jù)，能夠利用軟件實時顯示數(shù)據(jù)。并能夠存儲、傳輸以及對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計等分析處理，提高了實驗準(zhǔn)確性，使實驗結(jié)果更真實。這樣數(shù)字化實驗不僅使原來的定量實驗實現(xiàn)自動化，迅速、準(zhǔn)確地給出實驗結(jié)果，而且可以使原來的定性實驗做定量化。
數(shù)字化實驗可以及時捕捉細(xì)微的科學(xué)過程。傳統(tǒng)實驗一般都是靠眼睛觀察實驗現(xiàn)象、靠手腦記錄和處理數(shù)據(jù)。但很多實驗現(xiàn)象是來不及觀察或者根本觀察不到，有時即使能夠讀數(shù)，也容易造成較大誤差。而數(shù)字化實驗可以通過傳感器可以捕捉 “瞬時”的過程，我們能夠通過計算機記錄下來仔細(xì)分析，可以探究的問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)字化實驗可以拓展問題探究的深度和廣度，更有利于探究性教學(xué)。把很多原來只能意會的問題通過數(shù)字、表格、視頻等形式顯示出來，將傳統(tǒng)實驗技術(shù)與傳感技術(shù)、信息技術(shù)的有機結(jié)合，使學(xué)生能觀察、捕捉并分析傳統(tǒng)實驗儀器無法觀察到的微弱信息和瞬間信息，對探究問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。
例如，在做酸堿中和滴定實驗時，傳統(tǒng)實驗是通過酸堿指示劑來確定中點。實驗過程中只能看到中點時指示劑顏色的突變，不能看到PH值變化的全過程。而在數(shù)字化實驗中使用PH傳感器就可以讓學(xué)生看到在中和反應(yīng)中溶液PH值變化的全過程，并將整個過程用圖形顯示出來。學(xué)生可以很方便地探究中和反應(yīng)的本質(zhì)問題。
數(shù)字化實驗室其實就是傳統(tǒng)實驗室的延伸。它是在傳統(tǒng)實驗技術(shù)的基礎(chǔ)上，引入傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機組成的多功能實驗平臺。數(shù)字化實驗室既是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的有效補充，又是傳統(tǒng)實驗教學(xué)的變革，更是一次對新課標(biāo)下實驗教學(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(shù)字化實驗室及其在中學(xué)理科教學(xué)中的應(yīng)用》，《中國電化教育》，2006
2．史能，《數(shù)字化實驗室在教學(xué)實驗中的應(yīng)用》，《科技教育創(chuàng)新》，2007
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