浅谈数字化实验室在高等师范院校中的作用

2015-03-01刘世华潘伟伟

亚太教育 2015年28期

文/刘世华　潘伟伟

浅谈数字化实验室在高等师范院校中的作用

文/刘世华潘伟伟

摘要:高等师范院校的数字化实验室在新课程改革中发挥着巨大的作用，它提高了实验教学的效率，解决了实验教学中的难题，培养了学生的动手能力和研究精神，提升教师教学能力。对于在校师范生以及前来参加培训的中小学教师来说，高等师范院校数字化实验室都发挥着巨大作用。

关键词:数字化实验室;高等师范院校;实验教学

潘伟伟，凝聚态物理专业博士，贵州师范学院物理与电子科学学院。

1．引言

在新一轮的基础教学课程改革的推动下，学生的对实验的自主探究能力将会显得尤为重要，如何提高学生对实验课程的自主探究能力将会是基础教学课程改革研究的新方向。对于中小学生来说，提高他们对实验课程的自主探究能力可以从两方向出发，一是能激发学生对实验的兴趣，二是要求有新的教学手段的产生。在这种背景下，数字化实验室应运而生，它不仅是科技的新成果，学生势必会对这种新成果产生浓厚的兴趣，而且它也是一种创新的教学手段。

2．数字化实验室简介

数字化实验室是全新的教学实验平台，主要是利用计算机技术来辅助中小学实验教学，它是一个实时采集数据的智能化系统，它实现了信息技术与实验教学相结合的新型实验模式。数字化实验室主要由计算机、数据采集器、各种教学专用的传感器以及配套的专用软件组成。数字化实验室所有的实验是以真实的实验为基础，应用传感器代替传统的实验仪器，通过数据采集器将采集到的实验数据送往计算机进行数据处理、图线分析，借助计算机平台更直观地显示物理、化学、生物现象，更深刻地展示实验变化规律［1］。

3．数字化实验室的作用

3．1提高了实验教学效率

在传统的实验教学中，我们需要手动地测量和采集数据，不仅繁琐而且会耗费太量的时间，严重影响教学效果，数字化实验是将传统的实验中模拟量转化成数字量的过程，通过传感器将电流、电压、压强等一些物理量转化成数字量通过采集器输送到电脑中自动对数据进行处理分析，大大地提高了实验教学效率。例如中学物理中测量小灯泡的功率，滑动变阻器滑动多次后才能根据多组电流电压的数据描绘出小灯泡功率变化的曲线。而在物理数字化实验中，我们只需要拖动滑动变阻器，计算机会自动记录小灯泡的电流电压读数并自动绘制出小灯泡功率随滑动变阻器移动的曲线，而且数字化配套软件记录数据的频率还可以自行控制。

3．2解决了实验教学难题

在中学实验教学过程中经常会遇到一些不能直接观看实验现象的难题，比实验教学带来了不小的麻烦，传统的实验设备需要人工测量和记录数据，不能直接观察一些快速变化的实验过程，而数字化实验拥有高精度、高速度的传感器和数据采集器，可以精确、高效地记录实验的每一个过程，把瞬间即逝的实验数据记录下来，在计算机当中使用配套的软件就可以观察到实验变化的过程，从而轻松解决实验教学中的难题［2］。例如中学物理里面讲解电容器充放电时，因为肉眼是看不出来电容器充放电变化的，这就给老师讲解电容器充放时带来了一定的难度，而通过数字化实验，我们很直接地看出电容器充放电的过程，使学生对电容器的认识更加深刻。如图2所示，电容器充放电实验。

图2　电容器充放电实验

3．3培养了学生的自主探究能力

数字化实验是一种全新的实验平台，一种创新的教学手段，实验设备操作简单，数据结果能够自动处理，还能从计算机当中观察实验变化的过程，这样一种新的实验环境会激发学生自主探究学习。学生可以在数字化实验室中根据自已的兴趣选择实验项目，自主进行实验探究，分析实验误差，然后作出改进，不仅掌握了新的实验手段，还能提高创新能力，养成良好的学习习惯。

3．4提升教师能力

在全国数字化实验室建设开展越来越普遍的情况下，要求中小学教师也要掌握最新的数字化实验教学技能。高等师范院院校数字化实验室可以利用它的优势不仅对师范生培养了教学技能，中小学骨干教师也可以利用“国培计划”培训的机会进入高等师范院校学习数字化的实验教学技能，这对教师的能力也是一个很大的提升。

4．数字化实验室在高等师范院校中的意义

随着教育改革的不断推进，数字化实验室将是未来实验教学发展的趋势，越来越多的数字化实验室将会建设起来，这就要求了在未来中小学教师必须要掌握这种新的实验教学手段。在高等师范院校建设数字化实验室具有巨大的优势。首先对于本校师范生来说，在大学时期提前学习数字化的课程，掌握这种新的实验教学手段对他们在以后中小学的教学中是一项必不可少的技能。