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數(shù)字化探究實驗室的特點
數(shù)字化實驗具有實驗過程“可視化”；實驗設(shè)計“重點化”；數(shù)據(jù)采集“智能化”；數(shù)據(jù)處理“智能化”；教學(xué)過程“現(xiàn)代化”的特點。
1.實驗過程“可視化”
實驗過程可視化包括實驗過程空間可視性和實驗過程時間可視性。這是學(xué)生學(xué)習(xí)物理過程分析，建立物理概念，理解物理規(guī)律的認(rèn)知基礎(chǔ)，是學(xué)會處理物理問題的關(guān)鍵所在。
物理實驗中，空間上細(xì)微過程人眼難以觀察，一般借助于顯微鏡可以實現(xiàn)細(xì)致的觀察。時間上細(xì)微過程難以捕捉，難以記錄，是物理實驗的一個難點，瞬間變化的可視化尤其是難點。例如彈簧振子F-t、x-t關(guān)系，電容充、放電電流i-t關(guān)系，碰撞過程研究等等，這類實驗以往一般只能定性講述，或者用多媒體軟件進(jìn)行模擬演示。
怎樣突破這個難點呢？傳統(tǒng)的實驗儀器由于人眼觀察與手工記錄的斷續(xù)性，確實難解決這個問題。數(shù)字化實驗通過與計算機連接的傳感器實時采集數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了時間上細(xì)微過程的實驗過程數(shù)據(jù)自動記錄，相當(dāng)于用傳感器和計算機代替人眼、手、紙和筆記錄數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄的時間連續(xù)性，實現(xiàn)了瞬間變化“可視化”。例如將傳感器技術(shù)引入超重、失重教學(xué)，就可以在很短的時間內(nèi)清晰地記錄下壓力隨時間變化的圖像，具體再現(xiàn)超重、失重的過程，便于總結(jié)超重、失重現(xiàn)象的特點和條件，符合歸納法教學(xué)的要求。
2.實驗設(shè)計“重點化”
數(shù)字化實驗由傳感器和數(shù)據(jù)采集器代替人眼讀取數(shù)據(jù)，用計算機軟件取代紙筆方式手工記錄數(shù)據(jù)，計算機軟件代替人腦對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單統(tǒng)計、處理和分析，使學(xué)生擺脫了繁瑣的計算過程，能夠直接把測量數(shù)據(jù)的變化過程通過“待測物理量──時間”圖象直接顯示出來，直觀地看出物理量之間的變化關(guān)系，使學(xué)生擺脫了手工作圖的繁瑣和作圖不準(zhǔn)確而造成的實驗錯誤，從而讓學(xué)生能夠?qū)⒏嗟臅r間、心力用于實驗設(shè)計，用于探究和分析，用于驗證和修改假設(shè)，從而有利于更好地理解概念，掌握規(guī)律。
當(dāng)實驗設(shè)計成為學(xué)生思考的中心與重點，可以提高學(xué)生進(jìn)行實驗探究的興趣。
3.數(shù)據(jù)采集“智能化”
3．1 表現(xiàn)之一是“自動化”
系統(tǒng)設(shè)置了連續(xù)采樣、單點采樣、閾值觸發(fā)采樣等多種采集模式，軟件可以設(shè)置采集器的各種參數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的自動化。功能強大的數(shù)據(jù)采集器可以自動把整個實驗過程中物理量的變化通過高采樣率完整的記錄下來，存儲在數(shù)據(jù)文件中。并且由于數(shù)據(jù)采集器提供了反饋輸出，可以通過附加一些器材，通過回控使得整個實驗的操作過程也實現(xiàn)自動化。
系統(tǒng)連續(xù)采樣頻率可以按照實驗要求設(shè)置。最高采集頻率可達(dá)5000-10000Hz，采集的速度高的可到每秒一萬個數(shù)據(jù)，低的可到幾分鐘甚至幾小時一個數(shù)據(jù)，因而可以適應(yīng)各種不同類型實驗的需要。
3．2 表現(xiàn)之二是“實時化”
由于采用計算機自動控制，系統(tǒng)能夠在很短的時間內(nèi)采集和處理大量的數(shù)據(jù)，并利用計算機強大的數(shù)據(jù)處理和作圖功能，將數(shù)據(jù)反映成圖象，使實驗結(jié)果更加直觀。DIS實驗數(shù)據(jù)采集迅速，數(shù)據(jù)傳輸迅速，數(shù)據(jù)存儲迅速，數(shù)據(jù)處理迅速，數(shù)據(jù)顯示迅速，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)變化過程與實驗過程同步，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和實時處理。
3．3 表現(xiàn)之三是“并行化”
數(shù)據(jù)采集器能同時接入四只相同的傳感器或四個不同的傳感器，能同時采集多個相同或不同種類的物理量，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步并行采集。在彈簧振子的振動實驗中，常規(guī)講授法教學(xué)中，學(xué)生對物理規(guī)律感覺比較抽象，理解起來十分困難，學(xué)生很難同時觀察到回復(fù)力、加速度、速度和位移四個物理量在運動過程中的大小和方向。應(yīng)用DIS 的并行采集功能，實驗中分別利用力傳感器和位移傳感器并行實時采集數(shù)據(jù)，直觀顯示F-t，x-t動態(tài)圖象，有利于學(xué)生建立起簡諧運動完整的物理圖景，幫助學(xué)生獲得直接經(jīng)驗，直接感知物理規(guī)律，取得其它教學(xué)手段難以收到的效果。
3．4 表現(xiàn)之四是“定量化”
定量研究是科學(xué)的特征。一些傳統(tǒng)中學(xué)實驗受到實驗條件、實驗技術(shù)的限制，難以量化。DIS實驗直接使許多中學(xué)物理定性實驗升級成定量實驗。
利用傳感器測量的各種物理量都要經(jīng)過采集器進(jìn)行處理后才能變?yōu)橛嬎銠C能夠儲存和處理的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)的測量到采集再到處理，都是在系統(tǒng)內(nèi)部完成，避免了傳統(tǒng)實驗儀器由于估讀時人為引進(jìn)的各種測量誤差，使實驗結(jié)果更精確、可靠。
例如，電壓測量可以精確到0．01V，光電門計時可以精確到0．1ms。而且兩者的誤差都為1%以內(nèi)，對于中學(xué)物理實驗來，這個精確度已是相當(dāng)?shù)母吡恕Ｓ掷鐗簭妭鞲衅鞑捎霉I(yè)級壓敏器件。傳感器量程為0～300Kpa，測量分度達(dá)到0．1Kpa，能夠精確反映實驗過程中的壓強變化。
計算機數(shù)據(jù)處理軟件數(shù)據(jù)可以即時地把同一實驗數(shù)據(jù)用數(shù)字、指針或示波器三種顯示方式顯示出來，實現(xiàn)了實驗數(shù)據(jù)的定量顯示。
（來源：中國教育裝備網(wǎng)）
