浅析数字化（DIS）实验在初中科学教学中的应用

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1、浅析数字化（DIS）实验在初中科学教学中的应用　　摘要：随着国家课程教材改革的推进，数字化实验逐渐走进了高中物理、化学和生物课堂。但近10年来，数字化实验在初中科学教学中的应用几乎仍停留在起点。以数字化实验在科学教学中应用的试探为依托，从而得出数字化实验在科学教学中优越性的结论，并阐述数字化实验的光明前途。　　关键词：数字化（DIS）实验；传统实验；传感器；数据采集器　　初中科学学科是由物理、化学和生物组成的综合性学科。随着数字化实验在高中教学的不断普及，初中科学教学中应用实验已是大势所趋。那么，什么是数字化实验？数字化实验比起传统实验有什么特定的优势？下阶段我们如何来合理利用数字化实验呢？　

2、　一、数字化（DIS）实验　　1.概念　　数字化实验（即DIS实验，下同）是以传感器和计算机为基础，结合传统的实验仪器，将实验数据采集之后用计算机进行分析处理，通过数据图表和图像展示现象、揭示规律。　　2.DIS实验设备简介（如图1）　　（1）传感器：DIS实验的核心部件，能感受规定的　　被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。　　（2）数据采集器：传感器与计算机连接的转换器。5　　（3）实验仪器：完成某一物理实验需要的仪器，也可以是一些传统的实验仪器。　　（4）计算机及其内部处理由传感器传递数据的软件：将数据以图表和图像的形式呈现。　　由此可知，DIS实验是将传感器、计算机与传

3、统的实验仪器结合，利用传感器把各种物理、化学、生物等待测量转换为数字化的量并输入计算机，经计算机处理得到结果。它是传统实验方法的发展和数据处理的科学化，数据处理上更严谨、规范。　　二、与传统实验相比，DIS实验所特有的优越性　　在传统实验操作过程中，虽能观察到实验现象，但在实验现象较接近而难以分辨时，数字化实验定量化处理的优势就很好体现出来了。使用DIS传感技术，可以采集到整个实验过程的完整数据，通过数据的分析，可以直观感受到实验全程的变化，从而可以得出更加准确、科学的结论。下面通过科学教学的案例来体现DIS实验设备与传统实验设备相比的优越性。　　1.DIS实验能反映某个科学量，更具精确性　　

4、案例1：在初三科学测定土壤浸出液pH的实验中，虽然我们能用传统实验设备pH试纸测出浸出液的pH值，但是测量值仅是一个整数，而且还是pH试纸与标准比色卡的粗略对比，误差比较大。但是我们借助数字化pH传感器检测，它在电脑上显示的pH值可精确到小数点后多位（精确度可根据不同要求设置），是直接以数字的形式显示在电脑屏幕上（如图2）。5　　可见，与传统实验相比，数字化实验精度高，误差小，数据的定量显示，这些就使物理、化学、生物学规律的探究发现或者探究验证更具有严谨性和可信性。　　2.DIS实验能反映微小变化，更具直观性　　案例2：在测定空气中氧气含量的实验中，虽然学生在传统实验中用红磷燃烧法可以粗略测出

5、空气中氧气的体积分数，但是，要检测出室内外氧气含量的微弱差异用这种方法是很难实现的。图3就是将用DIS氧气传感器测出的室内外氧气含量差异的曲线图，从中我们明显看出室内外空气中氧气含量的差异，甚至还能凝结瞬息即逝的暂态变化，发现氧气含量的变化过程和变化趋势。　　可见，数字化实验系统不仅能实时呈现实验动态的关键细节，还可以利用其记录和存储功能再现瞬态现象。这让学生充分地认识到：人的感官是有局限性的，小范围的变化超出了人的感知范围，而借助科学仪器则有助于科学规律的发现，从而将DIS实验的优点体现得淋漓尽致。　　3.DIS实验能反映实验过程，更具可比性　　案例3：在探究盐酸和氢氧化钠进行中和反应过程中

6、pH和温度变化的实验中（如图4），传统实验只能借助指示剂颜色的变化，得出物质酸碱性变化的结果（酸性物质与碱性物质反应后变成中性物质）。借助DIS温度传感器和pH传感器，我们就能清晰地看到：反应过程中溶液的pH的变化和温度的微弱变化（如图5），实现了反应瞬间变化的“可视性”。　　4.DIS实验能增强观察效果，更具全面性5　　案例4：比较水和酒精的比热的实验中，传统实验是按照如图6的方法设计：两位学生在讲台上定时读出温度并记录，再比较两者的温度变化差异，最后得出预期结论。而使用DIS温度传感器，通过电脑分析，直接在电脑屏幕上投出如图7类型的温度变化曲线，每个学生都能清晰地看到任何一个时刻的温度，而

7、且还可以看到温度变化的规律。可见，适时利用DIS实验可以扩大学生的观察范围和增强观察效果，降低了教学难度，起到了事半功倍的效果。　　综上分析，使用DIS实验系统，不仅可以优化部分传统实验，还降低教学难度，更可以帮助解决一些传统实验手段不能解决的问题，它让实验过程演示得更精确、更直观、更具可比性，这些都是传统实验无法比拟的优越性。　　三、DIS实验应用契机与平台　　DIS实验关注的比较多的是从具体实