發(fā)揮各自特點(diǎn)，促進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)的融合

李 霞,趙 熙，鹿秀明

(1.昆明市第八中學(xué)，云南 昆明 650222；2.深圳市龍崗區(qū)龍城高級(jí)中學(xué)，廣東 深圳 518172)

物理學(xué)是基于觀察、實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)嚴(yán)格科學(xué)推理與論證形成的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中占據(jù)極其重要的地位，無(wú)論從實(shí)驗(yàn)本身還是實(shí)驗(yàn)的教育功能上，其在中學(xué)物理教學(xué)中都有著其他方法無(wú)可替代的重要作用.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版)提出了物理教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，包括觀念、思維、探究、態(tài)度與責(zé)任等多個(gè)方面[1].要想使學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)知識(shí)、掌握科學(xué)方法、具有必備品格和關(guān)鍵能力，就必須充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教育中的探究功能.另外，《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》還進(jìn)一步增加了對(duì)實(shí)驗(yàn)的具體要求，例如在形式上增加了探究型實(shí)驗(yàn)的比例，在方法上增加了對(duì)現(xiàn)代教育技術(shù)及數(shù)字實(shí)驗(yàn)的要求，并明確提出“要重視數(shù)字實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式”.

數(shù)字實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代教育技術(shù)中的重要部分，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)代教育手段越來(lái)越豐富，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用及效果也越來(lái)越明顯.如何更好地發(fā)揮各類實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，是廣大物理教育工作者需要思考的問(wèn)題.基于以上問(wèn)題，本文總結(jié)了中學(xué)物理教學(xué)中傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，探討了如何更好地發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué).

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)分析

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，主要是利用傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)器材(彈簧測(cè)力計(jì)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電壓表、電流表、多用電表等)所做的實(shí)驗(yàn).其優(yōu)點(diǎn)為：

1)教師相對(duì)熟悉;

2)原理直觀便于理解;

3)實(shí)驗(yàn)器材大多與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)相關(guān)聯(lián)(如彈簧、秒表等);

4)學(xué)生基于對(duì)原理的理解，可以進(jìn)行開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

不足為：

1)數(shù)據(jù)采集和處理較為繁瑣;

2)不易觀察突變物理量的變化;

3)部分物理量不易測(cè)量(如磁感應(yīng)強(qiáng)度);

4)耗時(shí)較長(zhǎng).

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在觀察測(cè)量能力方面要求學(xué)生會(huì)觀察儀器的結(jié)構(gòu)、精度、銘牌參量等，了解儀器的基本原理和正確使用方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，提升學(xué)生對(duì)待科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性；在數(shù)據(jù)分析能力方面?zhèn)戎嘏囵B(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、數(shù)據(jù)處理能力和用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的能力(如描點(diǎn)、畫圖、數(shù)據(jù)計(jì)算等).

數(shù)字實(shí)驗(yàn)，主要是指DIS(Digital information system)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，又稱“數(shù)字化信息系統(tǒng)”，是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實(shí)驗(yàn)軟件包(教材專用軟件、通用擴(kuò)展軟件)+計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[2].其優(yōu)點(diǎn)為：

1)省時(shí);

2)數(shù)據(jù)采集和處理方便;

3)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高頻采集，可觀察突變物理量的變化情況;

4)可測(cè)量傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)難以測(cè)量的量;

5)有利于學(xué)生理解涉及傳感器的設(shè)備原理.

不足為：

1)教師需要學(xué)習(xí)不同系統(tǒng)的使用方法，并對(duì)學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的培訓(xùn);

2)裝置大多基于傳感器，數(shù)據(jù)直觀但原理不易講解;

3)部分成品裝置對(duì)學(xué)生的約束較多，而基于不同平臺(tái)開(kāi)發(fā)的高級(jí)實(shí)驗(yàn)上手較難.

數(shù)字實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生觀察能力的要求沒(méi)有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)高，例如數(shù)據(jù)的采集可由數(shù)據(jù)采集器完成，減少了因測(cè)量帶來(lái)的估讀問(wèn)題.數(shù)字實(shí)驗(yàn)主要側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)形結(jié)合能力，數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理大多由計(jì)算機(jī)完成，學(xué)生的主要任務(wù)在于根據(jù)數(shù)據(jù)選擇合適的函數(shù)擬合，能夠迅速得出各種圖像和結(jié)果.

2 發(fā)揮各自所長(zhǎng)，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

雖然傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)各有特點(diǎn)，但二者的實(shí)驗(yàn)?zāi)康募氨举|(zhì)相同.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)的區(qū)別在于測(cè)量的手段和方法，但二者教育的本質(zhì)意義相同.能夠代表實(shí)驗(yàn)教學(xué)本質(zhì)的要素有：

1)基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出科學(xué)結(jié)論的思維準(zhǔn)則.該準(zhǔn)則是構(gòu)建現(xiàn)代科學(xué)的基石，可以表述為：演繹法只有在觀察法和歸納法的配合下，才能夠建立科學(xué)的邏輯體系，是需要學(xué)生領(lǐng)會(huì)并傳承的科學(xué)思想的重要組成部分.

2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)得以揭示出物質(zhì)世界的因果律——實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的因果關(guān)系.基于該因果關(guān)系，學(xué)生才能逐步建立“尊重事實(shí)和證據(jù)，有實(shí)證意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度”的科學(xué)思想.

無(wú)論是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還是數(shù)字實(shí)驗(yàn)，都擁有面向真實(shí)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的觀察、測(cè)量、操作和數(shù)據(jù)分析過(guò)程，充分發(fā)揮二者特點(diǎn)，不僅可以讓學(xué)生學(xué)到更多方法、手段，還能更好地培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法，以達(dá)到核心素養(yǎng)教育目標(biāo).因此，教師應(yīng)當(dāng)在充分了解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，讓二者充分融合，設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)方案.

3 實(shí)驗(yàn)選擇策略分析

綜上所述，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)均有各自特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，也都存在一定的局限.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有些實(shí)驗(yàn)只用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)即可完成，有些實(shí)驗(yàn)可能更適合用數(shù)字實(shí)驗(yàn)完成，除此之外，還應(yīng)該考慮如何能更好地將2種實(shí)驗(yàn)手段進(jìn)行整合，以充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì).下面將從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的精確度、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視化、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和優(yōu)化融合4方面探討實(shí)驗(yàn)教學(xué)的選擇策略.

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄的精確度

在教學(xué)策略選擇中，從數(shù)據(jù)記錄的精確度需求來(lái)看，對(duì)于以定量探究為主要目的的實(shí)驗(yàn)，當(dāng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的測(cè)量精度不能滿足測(cè)量需求時(shí)，應(yīng)選用測(cè)量精度高的數(shù)字實(shí)驗(yàn)作為主要測(cè)量手段.以計(jì)時(shí)工具為例，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中秒表的最小精度為0.1 s，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的最小計(jì)時(shí)單位為0.02 s，而DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中測(cè)量時(shí)間的精度為0.1 ms.如果實(shí)驗(yàn)對(duì)時(shí)間的精度要求較高，應(yīng)考慮采用數(shù)字實(shí)驗(yàn)方案來(lái)進(jìn)行時(shí)間測(cè)量.

對(duì)于數(shù)據(jù)記錄精度要求不高，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)也能完成的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)優(yōu)先選擇傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法.例如“探究2個(gè)互成角度的力的合成規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)，彈簧測(cè)力計(jì)的精度就可以滿足實(shí)驗(yàn)要求，因此可以首選傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案，如圖1所示.另外，選用數(shù)字實(shí)驗(yàn)方案(見(jiàn)圖2)也可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但不如傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作靈活.

圖1 探究力的合成規(guī)律的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案

圖2 探究力的合成規(guī)律的數(shù)字實(shí)驗(yàn)方案

3.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視化程度

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可視化程度影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡倪_(dá)成，而實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊矝Q定了對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可視化程度的要求.當(dāng)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能夠直觀展示物理規(guī)律時(shí)，優(yōu)先選用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案；當(dāng)實(shí)驗(yàn)需要體現(xiàn)隱性或者變化較快的物理過(guò)程時(shí)，可以利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)高頻采集數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，將隱性物理過(guò)程顯性化，幫助學(xué)生更好地研究迅速變化的物理量的特點(diǎn).

以“通電自感”演示實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖峭ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)了解通電自感現(xiàn)象.教材提供了通電自感演示實(shí)驗(yàn)電路圖，如圖3所示.

圖3 通電自感演示電路

教學(xué)中采用和電路圖相同的電路板進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)觀察2個(gè)小燈泡的發(fā)光情況，間接了解電流大小的變化(電流越大，燈泡越亮)，從而了解線圈發(fā)生自感現(xiàn)象對(duì)電流的影響.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合，可觀察到A2燈泡先發(fā)光，燈泡A1滯后發(fā)光(肉眼可辨識(shí)先后，現(xiàn)象明顯).由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以直觀得出線圈通電時(shí)對(duì)電流的增加有阻礙作用，通過(guò)法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律相關(guān)知識(shí)，可以判斷出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，從而解釋通電自感現(xiàn)象.可見(jiàn)本實(shí)驗(yàn)利用傳統(tǒng)裝置進(jìn)行，演示效果明顯，可以達(dá)到讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解通電自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)?zāi)康模⑶医處熌軌蚪柚藢?shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生圍繞實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、利用所學(xué)知識(shí)解釋現(xiàn)象.若使用數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，則需對(duì)電流變化曲線進(jìn)行分析，要求學(xué)生具備一定的分析能力和圖像處理能力，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度有所增加.因此，通電自感演示實(shí)驗(yàn)可根據(jù)不同教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行不同選擇.

以“測(cè)量靜摩擦力”的演示實(shí)驗(yàn)為例，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)如圖4所示，把木塊放在水平長(zhǎng)木板上，用彈簧測(cè)力計(jì)沿水平方向拉木塊.拉力F增大到一定數(shù)值前，木塊不會(huì)運(yùn)動(dòng)，靜摩擦力大小等于拉力大小，但若繼續(xù)增大拉力，靜摩擦力會(huì)突然轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力，該變化不易觀察.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案中是在指針下輕塞1個(gè)小紙團(tuán)，標(biāo)記指針到達(dá)的最大位置，然后繼續(xù)用力，觀察到木塊開(kāi)始移動(dòng)時(shí)，拉力變小.如果加入數(shù)字實(shí)驗(yàn)手段，用力傳感器代替彈簧測(cè)力計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到拉力隨時(shí)間變化的F-t圖像，如圖5所示，突變過(guò)程被放大，有助于學(xué)生更直觀和完整地體會(huì)摩擦力的變化過(guò)程.

圖4 測(cè)量靜摩擦力的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置

圖5 測(cè)量靜摩擦力的數(shù)字實(shí)驗(yàn)方案結(jié)果

3.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的需求

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，想要借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理達(dá)到不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蛇x擇不同的實(shí)驗(yàn)方案.當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣?shí)驗(yàn)者對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析和體會(huì)物理原理，通常用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)即可，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、原理直觀，能很好地服務(wù)于該類教學(xué).當(dāng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣?shí)驗(yàn)者經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，并通過(guò)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到物理量間的定量關(guān)系，而實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較多，運(yùn)算量較大，則數(shù)字實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)更為明顯.

以“測(cè)量紙帶的平均速度和瞬時(shí)速度”實(shí)驗(yàn)為例，教材用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄紙帶的運(yùn)動(dòng)，介紹了平均速度和瞬時(shí)速度的測(cè)量方法，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)及處理數(shù)據(jù)，了解2種速度的區(qū)別與聯(lián)系，關(guān)鍵是時(shí)間間隔選取的長(zhǎng)短不同，反映物體運(yùn)動(dòng)快慢的精度也就不同.學(xué)生對(duì)這樣的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置比較熟悉，且數(shù)據(jù)處理直觀，所以對(duì)于初學(xué)者理解平均速度和瞬時(shí)速度的物理概念，使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案更有幫助.

以“探究向心力大小的表達(dá)式”實(shí)驗(yàn)為例，教材讓學(xué)生先感受向心力，體會(huì)向心力與哪些因素有關(guān)，然后再進(jìn)一步探究向心力大小的表達(dá)式，最后能夠應(yīng)用向心力的表達(dá)式解決問(wèn)題.該實(shí)驗(yàn)可使用圖6所示的實(shí)驗(yàn)裝置展開(kāi)定量探究，通過(guò)小球所在橫槽上的刻度可以知道小球做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑大小，豎直標(biāo)尺上露出的標(biāo)記線能夠間接反映向心力大小的變化情況.實(shí)驗(yàn)者通過(guò)手搖帶動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)皮帶傳動(dòng)線速度大小相同的特點(diǎn)，可知小球轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度之比，再結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)半徑比即可得到小球做圓周運(yùn)動(dòng)的向心加速度之比.此傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案可以引導(dǎo)學(xué)生利用控制變量法，設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)展開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究.但用于定量探究仍存在以下不足：

圖6 探究向心力大小的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案

1)由橫臂的杠桿作用使套筒下降來(lái)間接反映向心力大小，向心力的測(cè)量不夠直觀.

2)手搖控制轉(zhuǎn)速，很難保證圓盤轉(zhuǎn)速穩(wěn)定.

3)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中不方便讀數(shù)，數(shù)據(jù)精度不高.

數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，探究向心力大小的實(shí)驗(yàn)裝置如圖7所示，該實(shí)驗(yàn)裝置可借助計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)，便捷直觀地得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以彌補(bǔ)以上不足.

圖7 探究向心力大小的數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝置

3.4 優(yōu)化融合案例

除一些典型的需要傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)或數(shù)字實(shí)驗(yàn)來(lái)完成的實(shí)驗(yàn)外，通?？砂l(fā)揮二者的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)行優(yōu)化融合式設(shè)計(jì).在優(yōu)化融合式設(shè)計(jì)中可從以下幾個(gè)方面考慮：

1)在實(shí)驗(yàn)中并行或交替使用傳統(tǒng)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)手段.

2)在導(dǎo)入階段，首先介紹傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法，便于學(xué)生了解物理模型，并建立驗(yàn)證或探究的邏輯關(guān)系框架，完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

3)最大化發(fā)揮傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì).

3.4.1 電容器的充放電演示

在介紹電容器的充放電演示實(shí)驗(yàn)中，需要讓學(xué)生觀察和了解電容器充、放電的電流方向相反，利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案可以觀察到電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向，如圖8所示.

圖8 電容器充放電的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案

充放電過(guò)程中，由于電容器兩極板間的電壓變化規(guī)律以及回路電流的變化規(guī)律等均不易觀察，因此可以利用電流傳感器替換電流表，顯示電容器支路電流隨時(shí)間的變化，讓學(xué)生更直觀地了解充電電流的變化規(guī)律，如圖9所示.在完成傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)后對(duì)部分電路略做改動(dòng)，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，拓寬學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路.

圖9 電容器充電電流隨時(shí)間的變化規(guī)律

3.4.2 斷電自感現(xiàn)象研究

在斷電自感現(xiàn)象的演示實(shí)驗(yàn)中，教學(xué)難點(diǎn)在于讓學(xué)生掌握流過(guò)小燈泡的感應(yīng)電流的方向和大小的變化情況.對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生可以從實(shí)驗(yàn)電路中直觀地觀察到電流大小的變化，但電流方向的改變不被能觀察到，需要學(xué)生進(jìn)行電路分析.基于此問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了優(yōu)化融合案例，具體方案如下：

1)采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案，讓學(xué)生通過(guò)燈泡的點(diǎn)亮、熄滅及其亮度變化建立對(duì)斷電自感現(xiàn)象的初步認(rèn)識(shí)；

2)引入數(shù)字實(shí)驗(yàn)方案，將電流傳感器與電阻R串聯(lián)后(代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)的小燈泡)，與線圈并聯(lián)，接在電源兩端.斷開(kāi)開(kāi)關(guān)后，通過(guò)計(jì)算機(jī)擬合電路中的電流-時(shí)間(I-t)圖像，幫助學(xué)生了解斷電時(shí)線圈產(chǎn)生的自感現(xiàn)象對(duì)回路電流的影響；

3)基于燈泡亮滅規(guī)律引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)通電自感和斷電自感的I-t圖像可能呈現(xiàn)的特征，并在黑板上畫出學(xué)生預(yù)測(cè)的圖線；

4)閉合電路，稍后再斷開(kāi)，得到斷電自感電流狀態(tài)的I-t圖像，如圖10所示；

圖10 斷電自感狀態(tài)下的I-t圖像

5)重復(fù)步驟4)，鼓勵(lì)學(xué)生用語(yǔ)言描述I-t圖像的物理過(guò)程，總結(jié)斷電自感的特點(diǎn).

通過(guò)以上設(shè)計(jì)可以看出，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)電路板不能直觀反映感應(yīng)電流的方向，需要學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，利用電磁感應(yīng)和電路知識(shí)做出解釋；而利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)得到的I-t圖像不僅能直觀反映感應(yīng)電流的方向和大小變化，還能從電流圖像中直接讀出開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前后流過(guò)燈泡的電流大小，從而得出燈泡閃亮的原因.在此基礎(chǔ)上，該實(shí)驗(yàn)還可以進(jìn)行拓展研究：改變線圈和電阻的阻值大小關(guān)系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用傳感器讀出開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前后流過(guò)燈泡的電流大小.即使感應(yīng)電流小于原電流，也可以進(jìn)行觀察、比較和分析，而在此種情況下利用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，燈泡將不會(huì)閃亮，從而難以觀察到電流的變化.

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐研究對(duì)比可知，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字實(shí)驗(yàn)各有優(yōu)勢(shì).不論傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)還是數(shù)字實(shí)驗(yàn)，只要對(duì)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠欣?，就是教學(xué)需要的.隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，信息時(shí)代的來(lái)臨，傳統(tǒng)教學(xué)形式有了新的發(fā)展空間，以現(xiàn)代信息技術(shù)為基礎(chǔ)的教學(xué)手段不斷被引入到傳統(tǒng)教學(xué).因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要基于教學(xué)目的充分利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，不斷優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)方案，將實(shí)驗(yàn)效度最大化.