初中科学教学数字化实验分析

摘要：

数字化实验是一种新型的课程资源，其以实验为基础，有效地将信息技术和科学课程结合起来，彻底改变了科学课程固有的教学理念及其模式。本文结合数字化实验系统的特点，就其在科学教学中的应用作简要分析。

关键词：

数字化；实验；科学教学；应用分析

一、前言

数字化实验系统，简称“DIS.Lab（DigitalInformationSystem）”，是一种实验研究平台，其以传感技术和信息技术为基础，在实验过程中，借助传感器而收集实验数据，借助采集装置将相关信息转化为数字形式的信息传送到计算机，由计算机操作软件对信息技术处理，从而获得实验结果。这种操作系统得到的数据更精确，实验结果更准。

二、数字化探究实验的特点

1.实验过程的“直观化”

实验过程中的细微变化和瞬间变化在传统实验中靠学生的肉眼观察可能根本观察不到或来不及，比如：在做“酸碱中和实验”传统实验时，试管加滴管的实验操作，比较枯燥，实验过程也无法呈现。而利用数字化实验，实验中PH值的变化一目了然，借助曲线图，其变化直观形象[1]，还可避免人为因素（如加液、振荡、读数等）造成的误差。又比如：在“电磁感应”现象实验时，产生的电流较小，现象较为短暂，如果引入数字化实验系统，便可以把这些问题解决。

2.实验数据的“精确化”

受客观条件限制，传统科学教学的实验多为定性实验，数字化实验的应用则让实验由“定性”向“定量”转变，这一转变不仅有利于学生对实验现象的观察和数据收集，更有利于学生理解科学的本质。如：在做“气体压强与体积的关系”实验时，在注射器的一端连接上气压传感器，很容易便能得到气压与体积的关系；若将气压传感器、温度传感器结合气压与沸点关系，就能直接在计算机中显示气压与沸点的关系。数字化实验以传感器和数据采集系统对实验数据进行收集和整理，取代了人眼读数，由“手工化”向“智能化”转变，数据更真实有效[2]。

3.实验处理的“智能化”

传统科学实验中对实验数据的分析和处理是对物理量的单纯分析，而借助数字化实验，可把物理量以图像形式转化呈现，这样更能表现各物理量之间的关系和变化情况[3]。如：“晶体熔化实验”中对温度计的示数就可用传感器传输给计算机，并设置好相关条件，计算机直观显示为熔化曲线，从而摆脱了学生计时测温、手工作图的繁琐和作图不准确而造成的实验结论错误。

4.实验系统的“多样化”

数字化实验系统融合了传统实验的优点，教学中可以根据实际需要，合理安排实验，实现演示实验和操作实验的有机结合，也可让课堂实验和课外活动融合起来；既可以将实验量化，也可以将实验直观化；同时，利用其可携带性使实验应用于真实的环境，如河道水质测定、酸雨等环境问题，从而极大地拓展了实验教学的内容，提升了科学教学的广度和深度，给予了学生更大的学习空间。

三、数字化实验系统对学生学习科学的影响

1.数字化实验符合学生的认知规律，有利于提高学生的科学学科兴趣

素质教育提倡要以生为本，学生的学习兴趣是提高学生科学素养的基础。传统科学实验方法较为落后、数据处理繁琐、实验可信度不高，实验往往变成教师指令下的照搬照套，学生在实验中缺乏思考，创造性不强，兴趣不高。数字化实验改变了这种模式，让学生借助现代信息化手段完成实验操作，在数字化实验中可获得更准确的数据，更可信的结论，这对学生科学素养的培养大有裨益。同时，数字化实验以现代信息技术为支撑，操作简便，可更好地激发学生的科学实验兴趣。

2.改变了实验环境，有利于对学生科学素养的培养

传统实验课堂融入信息技术，极大地扩展了实验教学的形式，师生在课堂教学中可以突破演示实验和分组实验界限，使教学过程中“边讲解边实验边分析”成为可能，有利于培养学生优良的思维品质。同时，数字化实验系统的快速测量，精确处理，使原来课堂上无法完成的实验成为可能，使课堂教学手段更加丰富，有利于激发学生的想象力、创造力。数字化实验网络，便于实验数据的合作与交流，有利于整合他人有价值的实验数据及分析材料。这一系列的信息获取和处理的过程，会大大增强学生的实验素养、思维品质及团队精神，为学生将来从事科学研究工作的环境接轨创造了条件。

3.有利于推动科学课堂教学模式改革，促进学生学习方式的转变新课程教学改革要求科学要转变“授受式”的教学方式，引导学生主动参与到科学探究活动中，借助数字化实验实现“人机协作”、“师生互动”，在学生操作中，教师辅以问题引导，让学生在操作中讨论和交流，帮助学生更好地通过实验而获得结论。同时，借助数字化实验进行生活拓展，让学生在生活中展开探究，这对学生实践能力和科学素养的培养极为有利。

四、数字化实验应用于初中科学教学面临的挑战

1.传统和数字化如何统筹兼顾的问题

数字化实验倾向于让学生借助科学技术手段，并在“做科学”的过程中探究科学知识，传统实验则强调要让学生动手操作，动眼观察，利于学生观察能力、数据收集能力的培养，但由于要照顾教育经费的不公平情况，传统实验操作在此方面有明显优势。在各种大型考试中，传统实验操作仍占很大比例。学生实验基本操作仍需补救措施[4]。在教学实践中，因各种因素限制，两者并不能很好的兼顾，因此，如何让两者有机融合就是科学教学中值得探究的一个课题。

2.如何增强探究实验的有效性

如何减少学生在实验中关注技术和设备多于实验本身的问题，值得探究，因为初中学生对新鲜的事物具有较强的好奇心，而本身的知识结构又不能解决实际问题。因此，教师在实验前要花大量的时间给学生介绍实验仪器的结构和原理，而且初中学生的计算机操作能力相当有限，要将传感器与计算机进行连接也是一个不小的挑战。因此，教师对学生讲解实验的连接以及计算机操作等所做的工作远远超过了实验所获得的收益，作为教师如何增强探究实验的有效性，是一个值得深思的问题。

3.要尽量避免为了数字化而数字化的实验极端

在初中科学实验中，很多实验都是单一测量，如用温度计测量温度，操作简单，没有必要利用传感器而对其数据进行传输。同时，在应用数字化实验系统时，虽然其数据较为精准，但也要引导学生以客观的态度对待数据，多一些自己的思考。

五、结束语

信息技术的发展为数字化实验提供了强有力的支持，在初中科学教学中应用数字化实验系统，可帮助教师更好地实现教学目标，引导学生在科学实验操作中获得更准确的数据和结论。基础教育改革少不了现代科学技术手段的辅助，但在实践中也应客观看待数字化实验系统的优势和不足，对其科学合理的应用，才能让科学教学为学生的终身发展而服务。

作者：陆努杰 单位：慈溪市长河初级中学

参考文献：

[1]史能.数字化实验室在教学实验中的应用[J].中国科技信息,2007,(16).

[2]许成果,艾伦.从教学媒体看教育技术的发展[J].中国教育技术装备,2007,(07).

[3]魏巍.数字化实验室与中学化学实验[J].化学教育,2006,(11).

[4]田国生.运用数字化实验教学推动新课程改革[J].中国现代教育装备,2006,(04).