探析數字化實驗室的優越性及在實驗教學中的應用

論文類別:教育學論文 > 職業教育論文
論文作者: 劉占福
上傳時間:2013/1/25 8:39:00

 論文關鍵詞:數字化 實驗教學 優越性

  論文摘要:隨著信息技術的飛速發展,數字化實驗作為一種新型實驗教學方法,對傳統實驗教學的變革起到了積極的影響。筆者結合本校數字化實驗室的發展,對數字化實驗室在中學實驗教學中的應用及數字化實驗的優越性,數字化實驗與傳統實驗的關系方面做了論述。
  數字化實驗是在傳統實驗技術的基礎上引入了計算機技術。隨著計算機技術的發展,數字化實驗技術也得到了飛速發展,成為傳統實驗室技術向現代化、數字化發展的方向。數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。數字化實驗室既是對傳統實驗教學的有效補充,又是傳統實驗教學的延伸。我校在物理、化學、生物、地理四個學科中裝備了數字化實驗室,其中的數字化設備包括高級數據采集(在平板電腦中加裝數據采集卡)和傳感器。
  一、數字化實驗室的優越性
  數字化實驗是在傳統實驗技術的基礎上,應用傳感器技術,將傳統實驗中的信息數字化並傳送到計算機,由專用軟件處理後,通過圖像、表格、視頻等多種形式來動態地顯示出來。能使學生觀察到化學變化的整個過程,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反應過程中微觀世界通過數據與圖表展現出來,揭示其中的科學規律。根據我校數字化實驗室使用過程來看,數字化實驗具有如下特點。
  1.數字化實驗室具有開放性。根據教學的實際需要,數字化實驗室既可用於演示實驗(配合投影設備),也可進行分組實驗;既可課堂教學使用,也可用於綜合實踐活動。其中最適合於綜合實踐活動,利用高級數據采集器的特點,可以到家庭、田野、工廠做實驗。因此,數字化實驗室是一個開放性的實驗平臺,無論在教學內容還是教學方式上都具有開放性。例如,測定汙水中的酸堿度。傳統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。而數字化實驗就可以直接帶上設備到各點測定,數據由電腦分析後通過無線網絡發回,可以方便地匯總數據。
  2.數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實驗過程。例如,在中和熱的測定實驗中,傳統的實驗方法無論取點和作圖都由手工完成。而數字化實驗這些過程都是由計算機完成的,而且能準確、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據坐標,精確測量任何兩點的距離,而且可以同步顯示真實數據。
  3.數字化實驗室與傳統實驗具有整合性。數字化實驗室仍以學生的真實實驗為基礎,只是在信息處理的重要環節上采用了計算機技術(采集、處理和表達),從而實現了計算機技術與傳統實驗技術的整合。

免費論文下載中心 http://www.hi138.com   二、數字化實驗是對傳統實驗技術的延伸與發展
  傳統定性實驗一般是通過人的主觀觀察(顏色、氣味、冷熱、沈澱、氣泡等)來判斷反應進行的情況。而定量實驗是通過儀器(溫度計、電流表、電壓表等)斷續地測量數據,進一步由手工繪制圖表,最後通過分析來完成任務。而數字化實驗則是通過傳感器技術直接測定並且量化數據,同時將數據傳給計算機,由計算機給出動態的輸出結果。測定各組成成分的數值及其之間的數量關系,從而更科學地分析問題、解決問題。
  由於傳感器和計算機的介入,實驗的過程中能更快更準確地連續監測、采集和處理實驗數據,能夠利用軟件實時顯示數據。並能夠存儲、傳輸以及對數據進行統計等分析處理,提高了實驗準確性,使實驗結果更真實。這樣數字化實驗不僅使原來的定量實驗實現自動化,迅速、準確地給出實驗結果,而且可以使原來的定性實驗做定量化。
  數字化實驗可以及時捕捉細微的科學過程。傳統實驗一般都是靠眼睛觀察實驗現象、靠手腦記錄和處理數據。但很多實驗現象是來不及觀察或者根本觀察不到,有時即使能夠讀數,也容易造成較大誤差。而數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分析,可以探究的問題範圍和深度都大大拓展,更容易、更深刻地揭示客觀規律。
  數字化實驗可以拓展問題探究的深度和廣度,更有利於探究性教學。把很多原來只能意會的問題通過數字、表格、視頻等形式顯示出來,將傳統實驗技術與傳感技術、信息技術的有機結合,使學生能觀察、捕捉並分析傳統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,更具備發展性,更有培養學生的積極探究意識。
  例如,在做酸堿中和滴定實驗時,傳統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。而在數字化實驗中使用PH傳感器就可以讓學生看到在中和反應中溶液PH值變化的全過程,並將整個過程用圖形顯示出來。學生可以很方便地探究中和反應的本質問題。
  數字化實驗室其實就是傳統實驗室的延伸。它是在傳統實驗技術的基礎上,引入傳感器、數據采集器和計算機組成的多功能實驗平臺。數字化實驗室既是對傳統實驗教學的有效補充,又是傳統實驗教學的變革,更是一次對新課標下實驗教學的挑戰。這需要我們不斷地探索,才能有效地用於實驗教學,才能發揮它的巨大優越性。
  

參考文獻


  1.吳俊明,《新課程背景下的數字化實驗室及其在中學理科教學中的應用》,《中國電化教育》,2006
  2.史能,《數字化實驗室在教學實驗中的應用》,《科技教育創新》,2007 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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