【正文】 23 萬左右。產生系統(tǒng)誤差的最主要原因是測量儀器本身的原理、結構、材質以及元件響應度等因素引起 ， 總的來說，數(shù)字化實驗系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差明顯小于傳統(tǒng)物理實驗設備的系統(tǒng)誤差。 這 預示著數(shù)字化實驗具有很強的拓展性，承傳并發(fā)展了傳統(tǒng)。 數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備在 “ 硬件 ” 方面的比較 實驗設備比較 數(shù)字化實驗中所用到的設備絕大多數(shù)是 以 20 世紀前沿科技作為技術理論支撐 、 20世紀下半葉得到實際應用的具有較高科技含量的裝備，其 中包括：微型計算機、傳感器、數(shù)據(jù)采集器和軟件。又如，突破牛頓第三定律的教學，采用朗威 DISLab 力傳感器等實驗器材，則會更直觀明顯地表明相互作用力等大方向的特點，如圖 12 所示。 在數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié) ， 自動智能處理數(shù)據(jù)以及繪圖 ， 可將學生從簡單 、 機械 、 繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程中解脫出來 ， 顯著提高了實驗結果精確度和實驗效率 。 應用數(shù)字化實驗系統(tǒng)，則可以打破這一瓶頸。 圖 6 軟件 界面 Fig. 6 Software Interface 圖 7 配套 實驗器材 Fig. 7 Supporting experimental equipments 圖 8 地磁場變化產生微弱 感應 電流 Fig. 8 A week induced current created by the change of Earth39。 數(shù)字化實驗系統(tǒng)的特點 作為全新的軟硬件一體化的數(shù)字化實驗系統(tǒng) ，非常鮮明的具有 傳感器多類型、數(shù)據(jù)采集器多通道、自主操控平臺多樣化 的特點，實現(xiàn)了實驗手段數(shù)字化、測量實時化、現(xiàn)象規(guī)律可視化、操作 簡單化， 替代和超越了傳統(tǒng)觀實驗裝置和儀 器儀表，大幅度提高了實驗質量與 效率，顯著擴展了學生的實驗操作空間。 （ 3） 軟件： 并行雙軟件系統(tǒng)， 包含教材專用軟件和教材通用軟件。 （ 1） 傳感器：將非電 學量轉化成電信號，并將電信號傳遞到數(shù)據(jù)采集器，是數(shù)字化實驗的核心部件。進口的美國品牌 PASCO憑借其出色的拓展實驗能力和優(yōu)良的質量，成為高端市場的霸主。 上海 華師京城高新技術股份有限公司是我國教育信息化整體解決方案的領先提 供商，其生產的產品包括虛擬實驗室、仿真實驗室、數(shù)字傳感器實驗室三大系統(tǒng)，這三大系統(tǒng)構成了全方位的數(shù)字化實驗室，可以滿足各學科實驗教學的各種需求。 美國 PASCO 公司是美國最大的教育實驗儀器制造商， 提供物理、化學、生物、科學、環(huán)境、工程實驗等課程使用的傳感器、數(shù)據(jù)采集器接口和配套軟件，構成一個基于計算機和網(wǎng)絡應用的新一代數(shù)字化實驗系統(tǒng)的整體解決方案。 數(shù)字化實驗系統(tǒng) 實現(xiàn)了從單一儀器到數(shù)字化多功能集成系統(tǒng)的飛躍，提供了一整套解決方案。以期避免將4 數(shù)字化實驗系統(tǒng)和傳統(tǒng)實驗方式對立起來： 片面強調數(shù)字化實驗 系統(tǒng) 的優(yōu)點，而拋棄傳統(tǒng)實驗方式；或固守傳統(tǒng)實驗方式，對數(shù)字化實驗 系統(tǒng)嗤之以鼻。而中學物理實驗最大的不足就是缺少量化的、直觀的結果 。 總體比較而言， 目前對數(shù)字化實驗系統(tǒng) 在高中物理教學 中的研究基本沒有在三維目標視角下進行系統(tǒng)研究，另外 對運用數(shù)字化信息系統(tǒng)優(yōu)化拓展課外物理教學的實踐研究顯得薄弱些，有待進一步完善。 （ 3） 研究數(shù)字化信息系統(tǒng)在中學物理教學與實驗中的功能，如數(shù)字化實驗與研究性學習的結合、數(shù)字化實驗與驗證性實驗的結合、數(shù)字化實驗與探究性課堂教學的結合?；跀?shù)字化信息系統(tǒng)的高中物理教學研究從多個角度進行： （ 1） 對比研究傳統(tǒng)實驗 和數(shù)字化實驗，利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)改進傳統(tǒng)實驗，將傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗優(yōu)化整合于物理教學 實踐中 。資金投入巨大的基于數(shù)字化信息系統(tǒng)的高中物理實驗教學研究在上海、江蘇、山東、北京、廣州等地已經開展了十多年，成果斐然，所采用的實驗設備、 實驗內容、教2 育理論已基本與國際同步。全國多個版本的高中物理教材在多個章節(jié)介紹了利用數(shù)字化實驗平 臺采集數(shù)據(jù) （ 表 1） ，利用計算機處理數(shù)據(jù)，能夠更加清晰、明確地展示現(xiàn)象、 揭示規(guī)律。 教育部印發(fā)的 《 基礎教育課程改革綱要 （ 試行 ）》（ 教基 [2020]17 號）指出：“大力推進信息技術在教學過程中的普遍應用，促進現(xiàn)代信息技術 與學科 課程的整合”。 世界大多數(shù)國家已經意識到 教育正逐步成為未來社會發(fā)展的原動力 ，相繼掀起了 新一輪教育改革 浪潮。技術的力量不可阻擋，無論人們在前進的路上設置何種障礙，它將仍然會繼續(xù)發(fā)展。 Digital experiment。 本文在文獻調查的基礎上 ，主要 對數(shù)字化實驗系統(tǒng)的 國內外發(fā)展現(xiàn)狀、 硬件結構 及特點 進行了闡述 ； 從三維目標視角下對數(shù)字化實驗與傳統(tǒng) 實驗進行 了 系統(tǒng)的 比較研究，進而 對 利用數(shù)字化實驗系統(tǒng) 改進、拓展 傳統(tǒng)實驗 的途徑和方法進行 了 探討 ； 提出 了應用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理實驗教學 時要以先進的教學理念為指導等優(yōu)化 策略 ， 對加強和改進高中物理實驗教學具有一定的借鑒作用 。 本科畢業(yè)論文（設計） 題 目 ________________________ 學 院 _____________________ 專 業(yè) _____________________ 年 級 _____________________ 學 號 _____________________ 姓 名 _____________________ 指 導 教 師 _____________________ 成 績 _____________________ 年 月 日 目錄 1 引言 ..................................................................................................................................... 1 研究背景 ...................................................................................................................... 1 研究現(xiàn)狀 ...................................................................................................................... 2 研究內容 ...................................................................................................................... 3 研究意義 ...................................................................................................................... 3 2 數(shù)字化實驗系統(tǒng)介紹 ......................................................................................................... 5 數(shù)字化實驗系統(tǒng)在國內外發(fā)展現(xiàn)狀 .......................................................................... 5 數(shù)字化實驗系統(tǒng)的構成 .............................................................................................. 6 數(shù)字化實驗系統(tǒng)的特點 .............................................................................................. 8 3 數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備的比較 ....................................................................... 11 數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備在 “硬件 ”方面的比較 ........................................ 11 實驗設備比較 ..................................................................................................... 11 誤差比較 ............................................................................................................. 11 實驗時間比較 ..................................................................................................... 11 投入資金比較 ..................................................................................................... 12 數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備在 “軟件 ”方面的比較 ........................................ 12 知識與技能維度的比較 ..................................................................................... 12 過程與方法維度的比較 ..................................................................................... 13 情感態(tài)度與價值觀維度的比較 ......................................................................... 14 4 應用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化整合高中物理實驗教學 ....................................................... 16 實例 1：牛頓第二定律 ............................................................................................. 16 實例 2：動量定理 ..................................................................................................... 19 實例 3：探究通電螺線管內部的磁感應強度大小分布規(guī)律 ................................. 22 實例 4：探究最大靜摩擦力與滑動摩擦力間的關系 ............................................. 29 5 應用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理實驗教學策略 ....................................................... 31 6 結束語 ............................................................................................................................... 32 參考文獻 .................................................................................................................................. 33 攻讀學士學位期間發(fā)表的論文和指導的論文 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 致謝 .......................................................................................................................................... 34 應用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理實驗教學的研究 *** 西南大學物理科學與技術學院，重慶 400715 摘要