高中物理数字化实验与传统实验的对照研究

【内容摘要】通过对高中物理数字化实验与传统实验的对照研究，验证现代信息技术在高中物理课程教材中应用的优势性，即在高中物理新课程教材中补充了大量的数字化实验，通过信息技术和物理教学整合的情况下提升了高中物理课堂教学效率。

【关键词】高中物理 数字化实验 传统实验 对照研究

物理是一門以实验为基础的学科，数字化实验在物理实验教学中你的引入是物理实验教学模式创新的一种重要体现， 对提升高中物理课堂教学成效起到了十分重要的作用。为此，在高中物理传统实验教学中需要教师结合实际在其中融入数字化实验，从而不断提升高中物理课堂教学成效。

一、数字化实验

物理数字化实验操作由实验器材、实验传感器、数字采集器、电脑、显示屏五个部分组成，其中，实验仪器是物理实验操作所必备的器械；传感器用来采集物理学的光、热、力等非电学信号；数据采集器是连接传感器和计算机设备的信号转换设备；计算机是对信息进行处理的设备。数字化实验在应用计算机、传感器等现代信息技术的情况下能够进一步提升物理实验的精准性。

二、高中物理数字化实验与传统实验的对照

1.实验检测功能的对照

第一，信息的获取和变换功能。数字化实验获得的信息密度大、速度快、灵敏度高、受外界环境干扰小、计量单位能够随意变换。传统物理实验仪器获取信息的灵敏度和密度较低，且受外界环境的干扰大。第二，信息运算和保存功能。数字化实验具备较强的信息运算和管理功能，在使用的时候能够实时的保存连续信息。传统物理实验仪器则是以人力计算为主要形式，且只能对简单的“点”信号进行记录和存储。第三，信息的显示和操作功能。数字化实验系统信息显示具有表格、图像、数值等多种呈现形式，显示功能强大，记录便利、完整。传统实验仪器则是一种模拟显示方式，操作动作较慢，在使用的时候具有滞后性和不完整的缺陷。

2.实验检测性能比较

第一，静态性能。静态性能是仪器明确度，在不考虑误差的情况下，同一类别测量仪器分度数值和分辨力和精确度呈现反比的关系。常见的几种数字化实验系统和传统测量仪器分度值如表一所示。第二，动态性能。动态性能是在瞬时出现的实验仪器性能。数字化实验要比传统实验的动态性能良好。比如在人教版高中物理力学的学习中，教学重点是猜想加速度a和力F、质量m之间存在怎样的关系？速度、力和质量存在怎样的关系？

（1）应用高中物理数字化仪器探究在质量不变情况下，加速度和力的关系

①应用天平秤装有位移传感器小车的质量；②应用弹簧测力计测量出小桶放置砝码的重力，将其作为小车收到的拉力。③在轨道拥有滑轮的一边安装位移传感器接收器，将其和数据采集器连接，用绳子连接小车；④开启电源，运行数字化实验软件，点击加速度和力的关系，释放小车，测定加速度；⑤保持小车的质量不发生变化，改变钩码数量反复进行实验测量；⑥处理实验数据，得到结论。

（2）应用高中物理传统实验探究在质量不变情况下，加速度和力的关系

在传统实验中准备器材电火花打点计时器、纸带、小车、天平、滑轮木板、小车、小桶、弹簧测力计。①调节天平，测量小车的质量，应用弹簧测力计测小桶里砝码重力，将结果作为小车的拉力；②将木板放在实验台上，调节模板，让小车在木板上处于一种静止状态；③实现小车末端和纸带的连接，在前面系好绳子，绳子跨过定滑轮连接一个钩码，纸带穿过打点计时器；④打开电源，释放小车，在小车的带动下，打点计时器在纸带上留下了一系列的点；⑤小桶中增加质量大的砝码，重新进行以上的实验；⑥利用纸带计算加速度，记录数据，填好表格，如表二所示。根据表二的数据绘制出图一a-F图像，得出结论，在允许的误差范围中，物体质量达到一定数额的时候，加速度和所受的外力呈现正比关系。

3.实验时间比较

传统实验操作一般需要占用较长的时间，特别是在量化数据测量的时候，时间成为约束课堂教学实际和课程实施的关键。数字化实验中的传感器在作为实验载体之后，提升了实验阶段的操作效率。电脑CPU作为实现计算主体之后，实验数据的处理和分析效率也会相应的提升。另外，对于一些需要缓慢操作的实验来讲，从实验的完成速度来看，数字化实验的手段要比一般实验手段先进。

4.观察结果的比较

物理实验操作过程中需要进行相应的观察，通过观察让学生获得更多物理知识，获得物理学习体验。在传统物理实验中，数据、过程、结果等都是凭借人的感官来是实现的，存在较大的误区。一些细微的空间变化、时间尺度等都会干扰实验结果。数字化实验则是能够进一步延伸和优化人的感官。

5.实验完整性和真实性的比较

在传统物理实验中，一些微小的变化是很难被捕捉和展现的，在一般情况下，一次实验操作往往只能得到一个“点”的数据，数字化实验则是能够在一系列的实验过程中展现多个“数据点”，在将这些数据点连接之后会形成“数据线”。

结束语

综上所述，数字化实验系统的打造能够进一步改善传统实验装置的不足，且能够为角度测量、力学计算等提供相应仪器的支持，进而提升高中物理课堂教学成效。基于现阶段和数字传感器相适应的新型实验器材较少，且一些传统实验器材在使用的时候没有实现和实验器材的匹配。需要相关人员结合物理教学实例进一步加强数字化实验系统和学科教学整合的研究，从而进一步提升数字化实验的利用率。

【参考文献】

[1]竺春阳，沈敬伟.高中物理数字化实验与传统实验的比较研究[J].物理教学，2013，35（5）：19-22.

[2]于雷.数字化实验怎样与传统实验相结合[J].实验教学与仪器，2012，29（5）：7-9.

（作者单位：江苏省清浦中学）

推荐访问:实验 对照 数字化 高中物理 研究