例谈用数字化手段来优化传统的初中物理实验

摘 要：近年来，信息技术的飞速发展给教育教学领域带来了翻天覆地的变化，传感器、数据采集器、计算机等信息技术设备都是物理学发展和进步的成果，将其應用到物理实验教学中也是与时俱进的举措，它的推广和使用不仅是教学手段的创新，更是教学理念的革命.

关键词：数字化实验 传统实验 声音特性

随着科技的进步与发展，越来越多的数字化技术手段被应用到物理教学中。这也促使初中物理教育模式发生变化。为了适应科技的迅猛发展和新的人才培养需求，数字化实验系统（简称 DIS）成为各地数字化校园建设重点项目，数字化信息系统实验室也成为初中物理开展课内外探究实验的重要手段。[1]

数字化实验探究系统与传统实验相对比的优势明显，传统实验器材测量精确度有限，读数误差也相对较大。为了减小误差采取多次测量求平均值的方法，这样就会浪费很多时间。数字化探究实验配备了几十种传感器，实验中所测得的实验数值可直接显示在电脑屏幕上，而且精确度更高。这大大节省了实验的时间，提高了实验效率，原来需要一节课做完的实验，现在十多分钟就能完成了，这样学生就有更多的自由支配的时间。学生平时在实验或学习中的一些想法，数字化探究实验都能比较容易地把这些想法变为现实，而以往的传统实验很难做到这一点。在物理实验中，由于实验测量仪器的限制，导致有的物理量无法直接测量或读数不方便，直接影响实验效果，而数字化实验却能轻松地解决这个问题。[2]

下面就以人教材初中物理八年级上册探究声音的特性为例来谈一谈数字化实验手段的优势。声音的特性在初中物理教学中看似一个简单的教学内容，但由于音调、音色概念相对比较抽象，在学生实际中的概念与物理概念间的距离较大，传统的实验探究通过音叉、乒乓球、尺子或其它方法进行，但由于频率与音调间的关系难以建立，学生很难理解音调、音色概念的内涵。有关响度，学生不能真正区分‘大小’和“高低”间差别及其所代表的物理意义。比较而言，数字化实验却能轻松地做出这个实验，不但可以做出音叉的波形图，还可较容易做出男女生声带振动的波形图。为第四节《噪声的危害和防止》，比较噪音和乐音的波形图打下基础。

如图1传统实验装置，在课堂上，学生改变钢尺伸出桌面的长度，从而改变发生的音调，此时就有学生对刻度尺发出的音调提出了质疑。感到无法分辨哪次音调较高。而且好像控制了用力大小，可是响度还是不同。因为这个实验，不仅仅是刻度尺振动发声，同学们更多听到的是刻度尺拍打桌面的声音。声源不止一个，音调区分就很难把握，而最大问题是对振动频率的观察，很多学生会看不清刻度尺振动的快慢。的确，人眼对振动快慢的分辨能力有限。振动频率高于一定值时，人眼是很难准确判断振动频率的快慢的。如果我们利用声音传感器就可以从屏幕观察音叉振动的快慢。

如图2数字化实验装置，通过相同时间内波峰出现的密集程度就可以很清晰地比较出音叉振动频率的快慢，这样实验就变的更加简洁、明了、直观。

教学实践表明，利用声音传感器开展教学，能使学生对音调、响度的实验探究达到更加理想的效果。更好的突破本节课的难点。具体体现在：

首先，现象更直观，学生可以在电脑显示屏上直观地看到声音的波形，可以对比不同的响度，不同的振幅；可以比较不同的音调，不同的振动频率，更能直接对比不同乐器不同音色的声音的波形，这不仅解决了学生肉眼看不清声源振动的问题，而且更明确地让学生了解到声音是一种波。

其次，可改用不同声源做实验，能提供更丰富、多元化音调、响度的声音。从而提高实验内容上的拓展性。

总之，数字化实验室能够实时记录实验的每一个过程，并且能把转瞬即逝的实验数据高效、直观地记录下来，以前很多我们不能做或做不好的实验都可以解决了。数字化实验室的使用，不仅是教学手段的创新，更是教育思想观念的进步。工具的发展是脑的扩展、手的延伸，是人类文明进步的阶梯。有了船，人类领略到了大海的浩瀚；有了宇宙飞船，人类体验到了太空的深邃；有了先进的实验手段，学生必定能收获我们意想不到的成功。

参考文献

[1]陈学军.DIS系统在初中物理演示实验中的应用 教育教学论坛.2010.

[2]颜浩.陶本友.DIS实验系统在初中物理教学中的应用实验教学与仪器.2014.