数字化实验优缺点.docxVIP

PAGE \* MERGEFORMAT PAGE \* MERGEFORMAT 1 数字化实验的特点概述 数字化实验室（DIS）是一般由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件等构成的测量、采集、处理设备和与之配套的相应的实验仪器装备组成的实验室。数字化实验室是信息技术与传统实验课程整合的重要载体。基于传感器的计算机实时数据采集和基于计算机数据处理软件的计算机建模和图象分析等技术是开展中学物理探究教学的两大技术支撑，也是中学物理实验面向现代化，提升实验档次，加速实现中学教学向国际接轨的一条途径。 　数字化实验室中数据采集系统的研制，在国外比较著名的有：美国PASCO公司的数据采集系统；英国Pico Technology公司的数据采集系统；德国Cobra的数据采集系统；澳大利亚Dava Harvest公司的数据采集系统等；美国VERNIER公司的数据采集系统。国内生产的数据采集系统也开始增多，如浙江胜昔科技有限公司的ScienceDis ；山东远大与上海市中小学数字化实验系统研发中心合作开发的朗威DISLab；教育部教学仪器研究所研发的HPCI-1型物理实验微机辅助系统；北京友高教育科技有限公司的YOCO；南京金华科软件有限公司的JHKDIS等，不一而足。 　笔者通过动手实践数字化实验，查阅文献资料，总结出数字化实验具有实验过程“可视化”；实验设计“重点化”；数据采集“智能化”；数据处理“智能化”；教学过程“现代化”的特点。 　1．实验过程“可视化” 　实验过程可视化包括实验过程空间可视性和实验过程时间可视性。这是学生学习物理过程分析，建立物理概念，理解物理规律的认知基础，是学会处理物理问题的关键所在。 　　物理实验中，空间上细微过程人眼难以观察，一般借助于显微镜可以实现细致的观察。时间上细微过程难以捕捉，难以记录，是物理实验的一个难点，瞬间变化的可视化尤其是难点。例如弹簧振子F-t、x-t关系，电容充、放电电流i-t关系，碰撞过程研究等等，这类实验以往一般只能定性讲述，或者用多媒体软件进行模拟演示。 ? 　　怎样突破这个难点呢？传统的实验仪器由于人眼观察与手工记录的断续性，确实难解决这个问题。数字化实验通过与计算机连接的传感器实时采集数据，记录数据，实现了时间上细微过程的实验过程数据自动记录，相当于用传感器和计算机代替人眼、手、纸和笔记录数据，实现了数据记录的时间连续性，实现了瞬间变化“可视化”。例如将传感器技术引入超重、失重教学，就可以在很短的时间内清晰地记录下压力随时间变化的图像，具体再现超重、失重的过程，便于总结超重、失重现象的特点和条件，符合归纳法教学的要求。 ?　2．实验设计“重点化” ?　　数字化实验由传感器和数据采集器代替人眼读取数据，用计算机软件取代纸笔方式手工记录数据，计算机软件代替人脑对数据进行简单统计、处理和分析，使学生摆脱了繁琐的计算过程，能够直接把测量数据的变化过程通过“待测物理量──时间”图象直接显示出来，直观地看出物理量之间的变化关系，使学生摆脱了手工作图的繁琐和作图不准确而造成的实验错误，从而让学生能够将更多的时间、心力用于实验设计，用于探究和分析，用于验证和修改假设，从而有利于更好地理解概念，掌握规律。 当实验设计成为学生思考的中心与重点，可以提高学生进行实验探究的兴趣。 ?　3．数据采集“智能化” ? 　　数据采集“智能化”的基础是计算机信息技术的应用。 ? 　　3．1 表现之一是“自动化” ?　　系统设置了连续采样、单点采样、阈值触发采样等多种采集模式，软件可以设置采集器的各种参数，实现数据采集的自动化。功能强大的数据采集器可以自动把整个实验过程中物理量的变化通过高采样率完整的记录下来，存储在数据文件中。并且由于数据采集器提供了反馈输出，可以通过附加一些器材，通过回控使得整个实验的操作过程也实现自动化。 ?　　系统连续采样频率可以按照实验要求设置。最高采集频率可达5000-10000Hz，采集的速度高的可到每秒一万个数据，低的可到几分钟甚至几小时一个数据，因而可以适应各种不同类型实验的需要。 ?　3．2 表现之二是“实时化” ?　由于采用计算机自动控制，系统能够在很短的时间内采集和处理大量的数据，并利用计算机强大的数据处理和作图功能，将数据反映成图象，使实验结果更加直观。DIS实验数据采集迅速，数据传输迅速，数据存储迅速，数据处理迅速，数据显示迅速，从而实现了数据变化过程与实验过程同步，实现数据的实时采集和实时处理。 ?　　3．3 表现之三是“并行化” ?　　数据采集器能同时接入四只相同的传感器或四个不同的传感器，能同时采集多个相同或不同种类的物理量，实现数据的同步并行采集。在弹簧振子的振动实验中，常规讲授法教学中，学生对物理规律感觉比较抽象，理解起来十分困难，学生很难同时