探析数字化实验室的优越性及在实验教学中的应用

　论文关键词：数字化　实验教学　优越性

　　摘要：随着信息技术的飞速发展，数字化实验作为一种新型实验教学方法，对传统实验教学的变革起到了积极的影响。笔者结合本校数字化实验室的发展，对数字化实验室在中学实验教学中的应用及数字化实验的优越性，数字化实验与传统实验的关系方面做了论述。
　　数字化实验是在传统实验技术的基础上引入了计算机技术。随着计算机技术的发展，数字化实验技术也得到了飞速发展，成为传统实验室技术向现代化、数字化发展的方向。数字化实验室作为一种新型的实验手段，在新课程改革背景下破土而出。数字化实验室既是对传统实验教学的有效补充，又是传统实验教学的延伸。我校在物理、化学、生物、地理四个学科中装备了数字化实验室，其中的数字化设备包括高级数据采集(在平板电脑中加装数据采集卡)和传感器。
　　一、数字化实验室的优越性
　　数字化实验是在传统实验技术的基础上，应用传感器技术，将传统实验中的信息数字化并传送到计算机，由专用软件处理后，通过图像、表格、视频等多种形式来动态地显示出来。能使学生观察到化学变化的整个过程，能对变化过程进行直观、形象处理的实验方法。在一定程度上将化学反应过程中微观世界通过数据与图表展现出来，揭示其中的科学规律。根据我校数字化实验室使用过程来看，数字化实验具有如下特点。
　　1.数字化实验室具有开放性。根据教学的实际需要，数字化实验室既可用于演示实验（配合投影设备），也可进行分组实验；既可课堂教学使用，也可用于综合实践活动。其中最适合于综合实践活动，利用高级数据采集器的特点，可以到家庭、田野、工厂做实验。因此，数字化实验室是一个开放性的实验平台，无论在教学内容还是教学方式上都具有开放性。例如，测定污水中的酸碱度。传统的实验方法是到各点取样，送回实验室分析，这样即费时又费力。而数字化实验就可以直接带上设备到各点测定，数据由电脑分析后通过无线网络发回，可以方便地汇总数据。
　　2.数字化实验室具有智能型的特点，其智能性特征基本贯穿整个科学实验过程。例如，在中和热的测定实验中，传统的实验方法无论取点和作图都由手工完成。而数字化实验这些过程都是由计算机完成的，而且能准确、清晰地显示出温度的变化曲线。利用智能软件能够直接显示数据坐标，精确测量任何两点的距离，而且可以同步显示真实数据。
　　3.数字化实验室与传统实验具有整合性。数字化实验室仍以学生的真实实验为基础，只是在信息处理的重要环节上采用了计算机技术(采集、处理和表达)，从而实现了计算机技术与传统实验技术的整合。

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二、数字化实验是对传统实验技术的延伸与发展
　　传统定性实验一般是通过人的主观观察（颜色、气味、冷热、沉淀、气泡等）来判断反应进行的情况。而定量实验是通过仪器（温度计、电流表、电压表等）断续地测量数据，进一步由手工绘制图表，最后通过分析来完成任务。而数字化实验则是通过传感器技术直接测定并且量化数据，同时将数据传给计算机，由计算机给出动态的输出结果。测定各组成成分的数值及其之间的数量关系，从而更科学地分析问题、解决问题。
　　由于传感器和计算机的介入，实验的过程中能更快更准确地连续监测、采集和处理实验数据，能够利用软件实时显示数据。并能够存储、传输以及对数据进行统计等分析处理，提高了实验准确性，使实验结果更真实。这样数字化实验不仅使原来的定量实验实现自动化，迅速、准确地给出实验结果，而且可以使原来的定性实验做定量化。
　　数字化实验可以及时捕捉细微的科学过程。传统实验一般都是靠眼睛观察实验现象、靠手脑记录和处理数据。但很多实验现象是来不及观察或者根本观察不到，有时即使能够读数，也容易造成较大误差。而数字化实验可以通过传感器可以捕捉 “瞬时”的过程，我们能够通过计算机记录下来仔细分析，可以探究的问题范围和深度都大大拓展，更容易、更深刻地揭示客观规律。
　　数字化实验可以拓展问题探究的深度和广度，更有利于探究性教学。把很多原来只能意会的问题通过数字、表格、视频等形式显示出来，将传统实验技术与传感技术、信息技术的有机结合，使学生能观察、捕捉并分析传统实验仪器无法观察到的微弱信息和瞬间信息，对探究问题的深度提出了更高的挑战，更具备发展性，更有培养学生的积极探究意识。
　　例如，在做酸碱中和滴定实验时，传统实验是通过酸碱指示剂来确定中点。实验过程中只能看到中点时指示剂颜色的突变，不能看到PH值变化的全过程。而在数字化实验中使用PH传感器就可以让学生看到在中和反应中溶液PH值变化的全过程，并将整个过程用图形显示出来。学生可以很方便地探究中和反应的本质问题。
　　数字化实验室其实就是传统实验室的延伸。它是在传统实验技术的基础上，引入传感器、数据采集器和计算机组成的多功能实验平台。数字化实验室既是对传统实验教学的有效补充，又是传统实验教学的变革，更是一次对新课标下实验教学的挑战。这需要我们不断地探索，才能有效地用于实验教学，才能发挥它的巨大优越性。
　　参考文献：
　　1．吴俊明，《新课程背景下的数字化实验室及其在中学理科教学中的应用》，《中国电化教育》，2006
　　2．史能，《数字化实验室在教学实验中的应用》，《科技教育创新》，2007
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