数字化实验室的优势、实用感受及改进建议

■徐捷

作为武汉市普通高中理科实验室改造项目第一批重点试点学校，汉阳区建港中学在数字化实验室建设的过程中，得到了来自武汉市财政局、武汉市教育局条件建设处、武汉市教育科学研究院、教学仪器及信息化装备处、区房管仪器站等上级单位的大力支持。目前，武汉市建港中学随着硬件设施的升级和教学装备的换代，崭新的教学硬件极大地激发了教师们的工作热情。

一、数字化实验室的优势

相比传统的实验室，数字化实验室确有其无可比拟的优势：

1.设备先进，改变了实验结果的呈现方式。DIS对于实验数据的采集与分析效率很高，图像呈现直观性强，有利于突出实验规律的本质，有利于突破教学重、难点。数字实验室由“输出终端＋传感器＋配套教具”组成。数字实验室克服了传统实验仪器和实验方式的某些弊端，实现了信息技术与常规教学、探究性实验的结合。例如“电容与电容器”这一节，数字化实验室不只是解决了传统教学模式中“电容测量”这一难题，更为我们解决此类问题提供了崭新的思路，拓展了初、高中实验创新的新途径。再例如在《恒定电流》的学习中，利用数据分析器测量水果电池的内电阻；在学习交变电流时，用电流传感器测量交变电流的有效值等，实验效果明显，可信度高，比传统教学模式下的空头说教效果好许多。

2.优化环节，改善了教师实验的演示效果。数字化实验室用于课堂实验教学亮点十分突出，有效地提高了实验效果和课堂教学效率。例如探究（验证）牛顿第三定律、法拉第电磁感应定律、机械能守恒定律等……用传统实验器材做起来现象不是很明显的实验，用数字化实验演示时效果非常明显?，使用起来也非常方便。通过电脑绘出的图线，学生很快就能归纳出物理规律，而且去芜存菁，直奔规律的本质。

3.与时俱进，适应了新课程的教学特点。新课程、新课标强调“三维目标”——除了“知识与技能”，更强调“过程与方法”、“情感、态度与价值观”的教学。使用DIS辅助教学，不仅有利于落实“过程与方法”，层层铺垫降低难度，而且增加了学生的参与度，也有利于培养学生科学严谨、实事求是的治学态度与正确的价值观。

4.激发兴趣，落实了学生课堂的主体地位。采用数字化实验室进行实验教学，注重“学生是学习的主体”，让学生在探究互动中构建知识和掌握规律，体会科学实验的真实情景，感受高科技时代的气息，增强探究科学问题的好奇心和动力，有利于实验情感的培养以及学生知识面的拓展。数字化实验室能够给学习者带来美妙的享受，能够激发学生的学习热情，使更多的学生能够自主地学习，丰富了学生的学习方式，为学生提供了更多的学习时间和更大的学习空间；也能够给教师带来成功的感触，激发教师的工作热情，提高教师专业水平。当然这也要求教师在备课时，不仅要备教材、备学生，还应该注重课堂教学与DIS教学设备的有机结合。

二、数字化实验室的实用感受

我校的数字实验室自建设以来，深受师生的喜爱，使用率一直较高。归纳其实用感受，有以下几点：

1.让师生以更平和的心态投入到实验中去。传统的实验在操作步骤上近乎于苛刻，不允许出现任何失误，否则就有可能损坏实验器材，给实验中的师生产生一定的心理压力，只能机械地进行操作，力求顺利地完成相关的实验，这对不熟悉实验内容的学生而言，只能是按部就班地进行一次操作而已，其实验能力并不能得到有效的拓展。而数字实验器材，其固定的信号传输路径，最大限度地防止了仪器被损坏的可能性，允许学生在原有的实验步骤的基础上进行发挥，增加师生实验时的能动性，用更为平和的心态进行实验。

2.让学生更容易接受实验内容。虽然数字实验产品相对于传统的实验器材要高端了不少，但传感器本身就是一种电子产品，这类物品在我们的生活中极为普遍，学生都有普遍的接触行为，学生对这类仪器的认同程度要远高于传统的实验器材，而且，某些操作有一种让学生“无师自通”的感觉，这些更接近生活的实验操作，更容易引导学生自觉地走进实验之中。

3.将师生从枯燥的数据处理中解脱出来。传统的实验在定量的研究问题时，需要读取大量的数据，进行复杂的运算，这一过程枯燥乏味，而且容易无功而返。而数字化实验系统将数据的读取、显示、计算处理、结果显示一体化，实时完成，节省的不仅仅是时间，更容易让学生将结果与实验过程对接进来，有效地提高了学习效率。

4.强化了实验过程。传统的实验，其过程往往是瞬间即逝的，而数字实验能记录实验过程，其过程达到了可视化，这为师生发现与思考与讨论实验中的问题提供了极大的空间，有效地提高了学习内容的可接受性。特别是实验中的难点内容，通过这种方式较好地得到了化解。

5.为学生回顾、巩固实验提供了依据。人总是会有遗忘的，所以，传统的实验，老师总是让学生一次一次地让学生重复实验，以达到强化的目的，而由于数字化实验过程具有可储存的特点，学生可以通过对自己保存的实验进行整理，从而达到回顾与巩固的目的。

三、数字化实验室的改进建议

数字化实验室的建设与推广是大势所趋。在使用过程中，各位一线教师也对数字化实验室的利弊进行了研讨，笔者也与武汉市同行进行了深入而坦诚地交流。现整理若干思考与建议如下：

1.实验数据的精确性是一把双刃剑。在《探究加速度与力和质量的关系》这一实验中，由于实验数据非常精确，电脑绘制出的函数图像往往要么不过原点，要么不是直线（而且弯曲的比较明显），那么为了减小误差，教师耗费了大量不必要的设备调校时间，事倍功半。其实如果在软件上做一些合理的修改，在数据精度上设置更为合理的数量级，那么上述问题即可迎刃而解，实为很简单的问题。

2.力学传感器和电学传感器的配件容易损耗。传感器本身是一套非常精密的元器件，使用寿命是有限的，而传感器是数字化实验室的核心部件。很多传感器的自然损耗较大，而像温度传感器等使用频率又较小。建议在一套设备中，力学、电学传感器加大配备比重，而光学、热学传感器配齐即可。

3.教师素质良莠不齐，制约了数字化实验室的使用。因此建议加大对教师的培训力度，特别是进一步加强实验技能培训和加快教育理念更新，同时对能够在数字化实验室建设与改进方面做出切实贡献的一线教师给予适当的激励。不可否认的是，现在的某些教师工作动力不强，主动学习和接受新事物的愿望不足。再好的教学装备，也离不开“人”的因素——人的作用永远是第一位的。

4.USB充电口缺乏更为周全与人性化的设计。实验台上USB充电口的设置让人眼前一亮，但是它们的保护和防尘等需要更周全更人性化的设计。许多初中教师反映，鉴于学生的年龄特点，他们对USB接口台的爱护不够，频繁地玩弄可能造成一些安全隐患和不必要的器材损坏。此外，数字化实验室似可考虑通过合适的通用接口与电子白板建立一定的互联互通关系，把电子白板与数字化实验室无缝连接起来，以利于教师的日常教学，将可获得“1+1＞2”之效。

5.课本内容与实际实验操作过程相矛盾。数字化实验室的投入使用，使得大多数传统测量仪器被各类性能先进的传感器所代替，而我们的课本上讲的都是传统测量仪器的使用方法及注意事项——甚至中、高考仍然把过时的陈旧的指针式电表的读数（电流表、电压表、多用电表等）一考再考，实际上生活中早就广泛使用液晶显示代替指针了——如果使用数字化实验器材，课本内容和实际实验操作过程中的冲突如何化解？实验能力的培养和高考应试的矛盾怎么解决？这是值得我们下一阶段需要好好加以理顺的一系列矛盾关系。

6.在师资培训中要强调传统实验与数字化实验室的优势互补。数字化实验室一般采用电脑显示器作为输出终端，教师使用电脑上带有做实验时采集数据的专用软件，这些专用软件一般都可以做到只输入数据就可以得出结论，而忽略了中间各物理量之间的关系。应该看到：数字化实验室在培养学生观察习惯、计算、作图、归纳等方面有所欠缺，牺牲了学生非常重要的体验过程。在下一阶段的师资培训中，需要强化教师的理念更新与实际动手操作能力的培训，将理论教学与实践操作培训相结合，深入领会优化数字化实验室的设计思想，以利于教师在实验课的日常教学中，既能让学生体验传统实验的探究过程，又能让学生享受到DIS数字化信息系统带来的方便快捷，使学生的合作精神、探究精神、创新思维及严密思维能力在实验过程中得到更好地锻炼和提高。

这或许是下一代数字化实验室在底层设计思想上的一个新的升级方向。只要我们沿着一条正确的道路坚持走下去，相信数字化实验室的建设必将在推动武汉市教学质量提升和课堂效率优化方面作出更大贡献！