數字化實驗室的優越性及在實驗教學中的應用論文
數字化實驗室的優越性及在實驗教學中的應用論文
關鍵詞：數字化 實驗教學 優越性
摘要：隨著資訊科技的飛速發展，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係方面做了論述。
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，其中的數字化裝置包括高階資料採集(在平板電腦中加裝資料採集卡)和感測器。
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，應用感測器技術，將傳統實驗中的資訊數字化並傳送到計算機，由專用軟體處理後，透過影象、表格、影片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透過資料與圖表展現出來，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（配合投影裝置），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，利用高階資料採集器的特點，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，測定汙水中的酸鹼度。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裝置到各點測定，資料由電腦分析後透過無線網路發回，可以方便地彙總資料。
2.數字化實驗室具有智慧型的特點，其智慧性特徵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。利用智慧軟體能夠直接顯示資料座標，精確測量任何兩點的距離，而且可以同步顯示真實資料。
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，只是在資訊處理的重要環節上採用了計算機技術(採集、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。
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透過人的主觀觀察（顏色、氣味、冷熱、沉澱、氣泡等）來判斷反應進行的情況。而定量實驗是透過儀器（溫度計、電流表、電壓表等）斷續地測量資料，進一步由手工繪製圖表，最後透過分析來完成任務。而數字化實驗則是透過感測器技術直接測定並且量化資料，同時將資料傳給計算機，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`數量關係，從而更科學地分析問題、解決問題。
由於感測器和計算機的介入，實驗的過程中能更快更準確地連續監測、採集和處理實驗資料，能夠利用軟體實時顯示資料。並能夠儲存、傳輸以及對資料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、靠手腦記錄和處理資料。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。而數字化實驗可以透過感測器可以捕捉 “瞬時”的過程，我們能夠透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透過數字、表格、影片等形式顯示出來，將傳統實驗技術與感測技術、資訊科技的有機結合，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資訊和瞬間資訊，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，在做酸鹼中和滴定實驗時，傳統實驗是透過酸鹼指示劑來確定中點。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感測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，引入感測器、資料採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