建设和管理好物理数字实验教室_数字化物理实验演示
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建设和管理好数字化物理实验教室
在现行的课程改革中，科学探究不仅被作为重要的理念强调，还被列入了课程目标和内容标准之中。但新课程实验教学中，发现依靠传统实验仪器是比较难达到这一目标的。于是，“信息技术与学科教学整合”这一理念就越来越被大家所认可和接受。而数字化实验可以让学生使用相关实验工具，特别是信息技术工具进行认知学习和探索研究，既提高了学生的实验操作技能，又提高了他们的自主探究能力，培养了他们搜集信息的素养等，达到了课改目标。可以说，数字化实验是信息技术与学科教学整合这一理念可靠的物质载体。
2008年我校在原有实验设备的基础上配备了传感器、数据采集器、电脑等设备，我校数字化物理实验教室初具规模，提高了实验的精确度。2010年为迎接现代化达标检查，我校物理实验室有新购买了一批物理实验设备与器材。
一、数字化实验室的作用和优势
数字化实验系统具有强大的信息处理能力，可以实时、高效处理各种数据，可以实现连网互通，具有便捷的交互功能。而传统的实验手段存在着误差大、数据采集慢，有的物理量无法直接测量、读数不方便等问题，更为重要的是数据处理手工完成，效率低，误差大。这些弊端严重制约了新课改的顺利进行。数字化实验系统操作起来较安全，在数据采集上，可以同时自动记录多种数据，速度和精度上都达到了较高的要求；多窗口显示数据和图像的功能便于进行比较；可选用多种保存形式，方便数据和图像的处理和重复使用。具体的说，数字实验设备具备“实时实验”的功能，数据采集、处理和图线描绘都由计算机完成，所以师生可以从数据读取、记录，公式运算和图线描绘等繁琐的简单劳动中解脱出来，有更多的时间来进行实验的设计和探究上。比如高一摩擦力这一节，很多同学心里都想知道最大静摩擦力为什么比滑动摩擦力大？显然，传统仪器很难解决这一问题，而运用力学传感器，把物体从静止到运动的受力变化进行实时测量，再通过软件用图线描绘出来，学生就很清楚地看到最大静摩擦力确实比滑动摩擦力大，非常直观。如果数字化实验室具有网络教室功能，教师则可以调阅学生的实验屏幕。针对教学实际情况，对学生进行及时有力地监督和指导。
数字化实验系统对于迅速变化的物理过程可以进行实时观测并同时高效地处理各种数据，能把许多传统实验手段做不了、做不好的实验做好。例如,电磁感应中的《断电自感》课难点在于断电瞬间通过用电器的电流大小和方向, 特别是电流变化极快。在探究断电瞬间电流变化情况时，教师利用电流传感器实时测量在断电瞬间流过用电器和电感两条支路的电流，通过数据采集器上传到电脑，再通过配套的软件描绘出两支路的电流随时间变化的函数图象(如图2)。从图二中可知，刚开始流经电感线圈的电流I1比小灯泡电流I2大，但在断电瞬间，流过电感线圈的电流急剧减少，同时流过小灯泡的电流却先反向变大再急剧减少，最后两支路电流同时减少到零。运用图像这一直观、形象的数学语言帮助学生理解了这一瞬间电流变化的规律，学生通过解读这一具体的图形，恰到好处地顺利解决了这一难点，这就是数字化实验设备的优势所在。
在这里，教师充分利用了数字化实验系统和图象这一数学工具，帮助学生顺利地提出问题的同时,训练了学生观察、比较、分析、概括等思维能力。所以，创建“信息化实验环境”，可提高学生的实验素质、探究素质和信息素养。同时也有助于突破物理教学的难点问题，大大提高了教学效率。
还有，在做验证“牛顿第二定律”的物理实验。实验中，小传感器感应到小车运动，数据采集器自动收集数据，电脑屏幕显示运动轨迹，这一系列实验操作完全自动化，与小车滑动同步。在这间“科学探究实验室”里，学生们可以用传感器与传统教学仪器结合进行数据采集，由计算机对探测到的信息进行数据和图形的分析处理，提高了实验的精确度。
二、数字化实验室目前面临的困难
实行新课程中，数字化实验教学一直存在以下几个问题：
1.思想上的问题。有的老师偏向于保守，对新课改精神理解不深，甚至出现偏差，认为只是做些表面文章，其教育思想观念根本没有得到革新，更不用说贯彻和落实新课改的理念了。
2.许多教师不愿意开数字化实验课。有的老师发现实验改用计算机和一些先进的仪器做了，就产生了畏惧和抵触心理；或者有的老师爱用传统的教学模式进行授课以为只要学生成绩好就可以说明一切，其实这样是不利于提高学生的综合素质的；还有一些老师刚开始热情高涨，以为学生在数字化实验室可以掌握好多高科技的知识，能取得许多创新成果。经过一段时间没有见到预期的目标就泄气了。建造数字化实验室，我们的目的是将学生置于科学前沿的环境中，扩展他们的眼界，提高对未来高科技工作环境的适应力，激发学生对科研的兴趣。而且可以为学生学习科学方法提供载体，为学生开展课题研究提供载体，为学生想象与创造能力的培养提供载体。
3.教学上的矛盾。新课程中，探究性实验虽然多了，但为探究性实验安排的课时不够；严谨地实验操作与探究实验过程的体验相矛盾；传感器易损坏，不宜进行平行授课。在教学中我们发现，连续使用数字化实验设备，有的传感器（如温度传感器）的精度会下降，而且学生的实验操作水平参差不齐，传感器很容易被损坏。由于传感器里面的构造复杂，科技含量较高，且受知识产权保护等原因，实验教师一般无法修理，这样就耽误了下面的课程。
4.投入与产出上的矛盾。数字化实验设备大多是电子产品，价格昂贵，更新换代较快。大多数学校因为办学经费紧张，对数字化实验室建设和维护投入不足，影响了数字化实验课程的正常开设，教师在这方面的教学成果少了，学校就越不重视数字化实验室的发展。并且，数字化实验系统只是教学上的一种手段，不能为用数字化实验系统而用数字化实验系统。所以，这种投入与产出的矛盾一直制约着数字化实验教学的发展。
5.管理上的矛盾。现在中学一般都配有实验教师，但由于传统观念的影响，好多中学一直对实验教师没有进行足够地重视，许多学校将实验教师归属于教学辅助人员，有的还是保管员兼任，实验教师数量偏少，素质参差不齐，工作也没有积极性，只能勉强完成常规教学实验，不能为数字化实验教学提供很好地服务。
只有克服了上述困难，数字化实验系统才不会成为摆设，才能更好、更快地推广下去。
四、科学规范地管理好数字化信息系统实验室
数字化信息系统实验室通过将先进的传感器技术和微机技术相结合，有力的促进了信息技术与物理教学的全面整合，成功克服了传统物理实验仪器的许多弊端，实现了对传统仪器的补充和替代，更超越了传统仪器的功能，大大提升了中学理科实验的广度和深度，不仅没有让物理实验教学体系“断层”，还使物理实验教学获得新的生命力。特别是在一些课内和课外的科学探究性实验上，数字化信息系统的功能更能被淋漓尽致地发挥出来，如在校本课程、研究性学习、创新大赛等探究性学习中越来越被广泛使用。
随着条件的成熟，数字化信息系统必然是不断地进行技术更新、升级和完善。如何最大可能地让这套系统在教学中发挥作用，这就需要我们对它进行科学规范地管理。
1.实验教师按照实验室的管理要求，对数字化信息系统实验室进行日常科学规范地管理。
2.对数字化实验室软硬件及时进行必要的更新升级。3.对损坏的传感器、采集器要及时进行修理更换。
4.与传统实验仪器有机结合，赋予数字化实验更强的生命力。
5.积极开设数字化实验课，老师们多多合作交流，加快数字化实验教学发展的进程。
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