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数字化实验在物理教学中应用的实践与思考
天津市红桥区五爱道风光里55号红桥教育中心 孙鸿毅
摘要：随着国家新一轮课程教材改革的推进，数字化实验室进入课堂，打造出信息技术与物理教学整合的新型教学模式。数字化实验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，通过数据图表和图象展示现象、揭示规律。从2005年10月起我们将传感器引入高中物理教学，经过一年的探索，分别在力、热、电三方面选取典型课例进行了实践。本文试从教研员的角度，就引领老师们进行实践课例的探索，提出数字化实验室应用的方式、效果和值得注意的问题，以与同行切磋和研讨。
关键词：传感器 探究教学 教师水平 学生能力
一、问题的提出
随着全球信息化的飞速发展，加速推进了我国教育现代化的步伐，教育的信息化是教育现代化的重要特征之一。《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式，教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。”
2004年11月在湖南召开的全国第六届物理青年教师教学大赛上，上海和深圳选手将数字化实验室引入比赛现场，让我第一次看到数字化实验的方式和效果，亲身感受了信息技术与物理教学整合的新型教学模式。关注、引领物理教学的前沿是教研员的责任，2005年3月起，在我区教研活动中用录象课、请传感器公司来人示范等方式广泛宣传数字化实验，进一步激发了老师们实验的热情。从2005年10月起引领老师们将传感器应用于高中物理教学的教改实验中。
二、对数字化实验设备和结果的简介（如图1）
1．传感器：数字化实验的核心部件。“感”将物理量转化成电信号；“传”将电信号传递到数据采集器装置和计算机平台。教学中常用的传感器包括力传感器、位移传感器、热传感器、电流电压传感器、光传感器、声传感器等等，图中是一个位移传感器。
2．数据采集器：采集传感器感知的数据，并传给计算机，可以说是传感器与计算机连接的转换器。
3．实验仪器：完成某一物理实验需要的仪器，如小车、导轨、灯泡、电源、开关、线圈、磁铁等。
4．计算机及其内部处理由传感器传递的数据的软件。
5．实验结果：实验中采集的数据用计算机进行分析处理，通过计算机显示器直接显示以数学方式展现的图表和图象，物理现象和规律通过数学的图象和图表呈现。
由此可知，数字化实验是将传感器、计算机与传统的实验仪器结合，是传统实验方法的发展和数据处理的科学化，呈现的是真实的实验，数据处理上更严谨，规范。
三、应用数字化实验典型课例分析
1．在力学中选取课例是《摩擦力》。
《摩擦力》是高中物理最重要的概念之一，新课程标准对本节的要求之一是通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，并能用动摩擦因数计算摩擦力。实验原理是让木块匀速运动，应用二力平衡的知识用拉力来反映摩擦力。
传统教学中采用图2的装置，用弹簧秤水平拉一个放在水平长木板上的木块，学生通过观察木块从不动到运动的过程中弹簧秤示数的变化，来认识摩擦力。但由于仪器较粗糙，数据的变化不易看得很清楚，本实验大多情况下作为了一种模糊的定性研究。用传感器参与本实验，实验原理不变。但图2中的弹簧称换为力传感器效果也不好。于是我们想到用图3的装置，将力传感器固定，感知力的一端通过一段弹性不大的细绳与木块连接做本实验，这样木块始终与地保持相对静止。拉动木板，在刚加拉力时木块与木板有相对运动趋势，木块与木板间有静摩擦力，木板运动起来，木块与木板有滑动摩擦力，由于木块始终相对静止，因此各个时刻的拉力就反映了对应的摩擦力。实验数据传入计算机，木块抽动过程中拉力的变化以图4中的红线形式展示。这样木块由不动到运动中摩擦力的变化就通过拉力变化的图线清楚的呈现给学生。
对图象做进一步分析看出图中的①表明木块还未受到拉力时完全静止的一个过程，木块受拉力为零，因此摩擦力为零。图中②体现木块与木板相对静止时在不动到滑动的过程中静摩擦力随拉力的增大而增大，图中③是物体动与不动的分界点，此时的摩擦力是最大静摩擦力，图中④体现的是物体的运动过程，图中清楚显示滑动摩擦力小于最大静摩擦力，且在运动中保持一个定值。所以通过图4的完整图线很好的反映了学生认识摩擦力的第一个层次──感知摩擦力。
第二层次是在此基础上继续研究正压力和接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响。图5对应的是木块放在毛玻璃表面，图6是木块放在包装纸的表面。两图表格中的“平均”显示的是在毛玻璃表面分别施加三个压力和在包装纸表面分别施加同样的三个压力实验时滑动中对应的拉力大小，也就反映了各次滑动摩擦力的大小。测量木块重1．5N，在木块上依次加250 g砝码，使正压力依次为1．5 N，4 N，6．5 N。再将得到的数据用Excel处理得到的如图7的图、表，这样处理本实验既分析出滑动摩擦力与正压力间的正比例关系，又知道这个比例系数由接触面的粗糙程度决定，更可以算出相应的动摩擦因数，且控制变量法也一目了然。
由以上分析可以看出，传感器的介入提升了实验数据分析的层次。图象的展示进一步培养了学生的观察能力和分析能力，让教师无须语言的赘述，学生对摩擦力的认识通过理性的数学分析得出，使学生认知水平得到提升，将教学内容由过去的粗糙丰富为严谨、科学。本课作为我区传感器进课堂的公开课2006年11月间在全区展示。
2．在电学中选取课例是《楞次定律》的习题课。
《楞次定律》是电磁学的重点和难点。图8是现用高二必修加选修第211页A组第2题（该题和图同时是选修3-2第31页的第2题），题目是若条形磁铁下无闭合线圈，磁铁会振动较长的时间才停下来，若条形磁铁下有闭合线圈，磁铁振动会较快的停下来，要求解释此现象。
我们将本题开发成实验，作为《楞次定律》一节中的一个理解楞次定律电流方向的判定和能量转化的实验出现。将图8按照图9组装，可以得出图10的图象。从图中清楚的显示出随时间的延长，线圈中感应电流在衰减，并对感应电流的方向有了明确的认识。图10还可以进一步应用到这一章的“涡流”一节，使学生对“电磁阻尼”的理解困难迎刃而解。
本实验曾引起了学生的极大兴趣，学生们自己组装实验，并从实验开始就认真盯着大屏幕逐渐显示出的图象，当磁铁停止振动后都很认真的读着数据，热烈地讨论图象的物理意义，对楞次定律有了更进一步的理解。电流传感器在本节课的应用可以捕捉到瞬间感应电流的大小和方向。本节课参加2006年7月在深圳召开的第四届“全国中小学信息技术创新与实践活动”评比，获得一等奖。
3．在热学中选取课例是《内能的改变 热量》。
图11展示的是用热传感器反映气体内能变化的实验。实验的主要器材是一根被改制的自行车内胎，即用紧箍和一段玻璃管与车胎组成密闭容器，将温度传感器伸入到玻璃管中，以便学生能够观察到传感器。图12是得到的数据图，当用手握住玻璃管部分，由于热量的传递，管内温度升高通过气体传给传感器，图线中①反映了这一过程，图线中②反映移开手后的降温过程，图中①、②共同反映了热传递改变内能的过程。而图中③部分是对车胎放气显出的温度变化，④是放气过程结束，温度向室温恢复。当用打气筒给车胎打气，图中⑤明显反映了对气体做功引起物体内能增大，温度升高。这样不易感知的温度变化通过图线带给学生深刻的感受。
四、对数字化实验进入物理教学的思考
1．转化教师观念，正确理解信息技术与物理学科整合的内涵。
实验是物理学的基础，每一个物理概念和规律都是建立在相应的实验基础上。传统的物理实验教学中由于仪器的落后以及实验条件的限制，很多物理实验只能做定性分析，教师让学生观察实验现象，启发学生对现象进行推理、分析最后得出正确的结论。虽然推理是物理研究的重要方法之一，有利于培养学生的分析推理能力，但教学中大量使用不仅会让老师的动手能力下降，学生更看不到真实的实验，难以真正理解物理的学习实质。而数字化实验使教师认识到，教育的信息化不是简单的把课堂搬个家，而是通过信息技术手段，使教育资源配置更优化，教学过程更高效。信息技术不是作为辅助教师教学的演示工具，而是要实现信息技术与学科教学的“融合”，要培养学生学会把信息技术作为获取信息、探索问题、协作讨论、解决问题和构建知识的认知工具。
2．巩固物理实验的地位，促进教师的实验能力和分析水平的提升，让教研落到实处。
传感器只是一个传递信号的仪器，图像也只是一个图片，但教师要设计实验、引领学生认识图象，挖掘图象的含义，这就为教师发挥自己的能力提供了广阔的平台。同时数字化实验也为教研活动开辟了新的道路。
在准备《摩擦力》一节时，我和参与教师都表现出极大的兴趣，一遍又一遍在不同的接触面上做实验，最后确定了接触面分别用毛玻璃和一种包装纸。会后引进传感器的学校高一年级教师都用这种方法讲授了这一节，完成了新课标的要求，也在学生中引起极大的兴趣，无形中提高了物理教学的实效性。
用热传感器反映气体内能变化的实验仪器，最初是传感器公司提供给我们的。但当授课教师通过《内能的改变 热量》一节展示出来的时候，教师们的惊奇和赞叹表露无疑。课后上交的评课记录上老师们都很深刻的写下了对数字化实验的认识，青年教师更写出了愿意多参加并参与到这样的活动中来提高自己实验和分析能力的愿望。
3．深化探究教学，着眼于科学方法的教育，培养学生研究问题的科学习惯。
新课程理念之一是“注重科学探究，提倡学习方式多样化”。从《摩擦力》一节分析可知，对物理概念的建立，物理规律的形成过程需要学生揣摩的实验，引入传感器会收到事半功倍的作用。同时引入传感器可以开发课本资源，变课本习题为实验，深入挖掘习题蕴涵的道理，可以改进原来做不出的实验。这样又为物理学科的研究性学习提供了内容。
传感器的引入更强化了用数学分析物理问题的意识，让物理实验具有更高的真实性，让学生对科学方法有了亲身体验。物理学的发展离不开数学，学好高中物理更离不开数学。爱因斯坦说过，数学给予精密的自然科学以某种程度的可靠性，没有数学，那些学科是达不到那么高的可靠性的。图象的充分利用是强化数学在物理教学中的作用的一个重要体现。如上面所述，温度给人们的感觉一直是亲身体验的冷热程度，而应用传感器，使学生学习到另一种感知事物的方式，那就是真实的数据同样会令人有身临其境的体验。久而久之会让学生养成一种研究问题通过“现象──实验──数据”的科学习惯。
4．唤起学生的问题意识，教会学生思维，大大提高科学探究过程的实效。
探究式教学是以探索、研究物理规律为出发点，以实验活动为中心，以学生的可持续发展探究能力的培养为根本的一种教学方法。探究式教学强调“猜想—验证—归纳”的科学探究过程。普通实验的定性研究和引入传感器的定量研究相结合，教师通过对比，使学生做有知的猜测，可以鼓励学生积极参与，唤起学生对问题解决过程的认识，有助于开发学生的学习潜力，并教会他应对某一具体情况下可能需要的知识。实验证明，学生比教师接受数字化实验更快。《摩擦力》教学中学生对图5中物块从要动到运动之间不规则变化的曲线提出了疑问，在教师的引导下认识到这是由于板在拉动中细绳抖动造成的不稳定。
5．突出教师的主导地位，尊重学生的个体差异，让每一位学生都体验不同程度的成功，并能在同伴互助中取得更大的进步。
传感器引入物理教学，更利于教师主导地位的体现。教师只要教会学生处理数据的方法，再遇到类似问题，只要做到点拨和指导，让学生在研究和归纳的过程中感性地理解物理变化及其规律，这样学生最终不仅可以更深入地理解物理学的现象，而且可以学会物理学的一种精神，即独立思考、大胆假设和严谨探索实验的科学精神。
一幅图摆在学生面前，不同程度的学生会有不同的理解，但只要看出相关的问题，教师就可以给予肯定，尽可能调动学生的积极性；在同学们对解决问题的讨论中切磋，懂得互助，学会合作。
6．新仪器是时代进步的产物，推动教师脚踏实地的研究它，同时促进自己应对课堂的综合能力的再提高。
现代技术的不断提高，给教师带了机遇和挑战，教师要在新课程中体现自身的价值就必须再学习，必须接受新仪器，新手段。学会对传统实验进行“再挖掘”，为开发其潜在的教育和教学功能作好充分的研究。
新技术的使用不是花架子，它的使用丰富了传统的实验，在科学的基础上使实验有新的发展，并且丰富了学生的视野、开阔了他们的思路。但新技术的使用，对于刚刚接触这种研究手段的学生来说，理解起来会有困难，因此教师应该注重引导，循序渐进，对新仪器以及使用新仪器采集到的相关信息进行及时解释。
值得注意的是，越在以现代技术手段为支撑的教学活动中，协调好师、生与媒体三者之间的关系越显得尤为关键。由于媒体的影响，学生的注意力极有可能从教学活动中游离出来，从而影响教学，因此必须加强对学生活动的引导与控制，做到收放自如，使教学活而不乱。
综上所述我们感到，课程改革是随着社会发展、时代进步的必然进程，课程改革促进了教师再发展。新的教学模式需要教师的探索，新仪器需要教师的研究，只有教师将自己的思想与教学行为提升到与时代同步，才能带动学生的发展，才能让中学阶段培养学生的实践精神和创新意识得到发生和发展。数字化实验仪器的使用让学生的思维达到了更高的层次，数字化实验在我区仅仅是个开始，今后我们会继续将融入信息技术的探究课堂深入研究下去，以期得到更好的课堂改革经验，在课堂教学的实效性上的到更好的成果。
参考资料：
1．郅庭瑾．《教会学生思维》．教育科学出版社．2001年版
2．廖伯琴 张大昌．《普通高中物理课程标准（实验）解读》．湖北教育出版社
基于数字化实验系统的物理实验拓展的研究山东省邹平县第一中学
李进 摘要：从实验仪器、实验原理、实验目的三个角度论述运用数字化实验系统对物理实验进行拓展，提出从多个角度对物理实验进行拓展研究是探索数字化实验系统与物理课程整合的有效途径之一。
关键词：数字化实验系统 物理实验 物理实验拓展
实验是物理教学的重要内容和手段，是培养学生科学素养，提高学生能力的有效途径。信息化21世纪的标志，是当今世界经济和社会发展的大趋势，以网络技术和多媒体技术为核心的信息技术已成为拓展人类思维的创造性工具。在基础物理教学领域，信息技术与物理课程整合日益成为人们关注的热点，并取得了丰富的理论与实践成果。
一、问题的提出
1．信息技术与物理课程的整合的意义
信息技术与课程整合的内涵要求运用信息技术作为工具，使课程内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生的互动方式实现全新的变革，促进教学过程中的各个要素和环节实现全面优化。目前，信息技术与物理课程整合的方式主要有三种：以传感器的方式进入物理教学的实验领域；以仿真模拟的方式进入物理教学的思维领域；以网络通信的方式进入物理教学的交流沟通领域。将信息技术有效融合于物理教学过程来营造一种新型的教学环境，实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的教与学的方式，从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来，使学生的创新精神和实践能力的培养真正落到实处。
2．数字化实验系统与物理课程整合的优势
数字化实验系统是一种全新的软硬件一体化的实验系统，它具有多类型的传感器、多通道的数据采集器、多样化的自主操控平台以及强大的函数图像处理系统，实现了实验手段数
[1]字化、测量呈现实时化、现象规律可视化、操作测量简单化，在真实实验的基础上实现了信息技术与物理实验教学的整合，在延续传统的同时超越传统。
3．新课程对数字化实验的要求
我国新一轮中学理科课程改革对信息技术尤其是基于传感器的数字化实验室与课程整合提出了明确要求。2003年新公布的《普通高中物理课程标准(实验)》对信息技术与物理课程整合提出：信息技术要进入物理实验室，即重视将信息技术应用到物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据，分析实验结果等。[4]高中物理新教材中的一些演示实验和“做一做”等栏目也出现了数字化实验系统应用的案例。基于传感器和计算机技术的数字化实验系统为实现学习方式的多样化，引导学生的自主探索研究，进行广泛的体验、合作和交流提供了时间和空间，DISLab曾被乔际平教授誉为“科学分配教育时空的新探索”。
二、基于数字化实验系统的物理实验的拓展
数字化实验系统提供了一个新的实验探究平台，使学生能从数据读取、记录，公式运算和图线描绘等繁琐的简单劳动中解脱出来，从而有足够的时间对物理现象进行多角度的感知和多视角的探究。同时，我们要认识到数字化实验系统与物理课程的有效整合需要先进的教育思想，它的合理应用本身就要求同时变革传统教育观念、教育思想与教育模式，代之以尊重人的主动性、首创性、反思性、合作性的全新的教育观念、教育思想与教育模式。笔者认为，数字化实验系统的优越性的充分发挥应基于新的实验教学理念，物理课堂是物理教学的主阵地，任何教学方式的改进都应该首先能够服务于课堂教学。从多个角度对原有实验进行拓展研究，是一个重要的研究方向。
1．实验仪器的拓展
实验仪器是物理实验的物质载体，实验仪器的有无、数量的多少、性能的优劣直接影响实验效果，影响课堂教学质量。数字化实验系统将实验数据数字化，在真实实验的基础上实现了信息技术与物理实验教学的整合。尽管用传感器代替了部分测量仪表，但并没有脱离传统的实验装置，而是借助其实验优势填补了传统实验中诸如微小量测量、暂态量测量等多个测量空白，这预示着它具有很强的拓展性。
⑴数字化实验系统与传统仪器的整合传统的物理实验是学生获取物理知识最直接的手段、最真实的经验和最好的感性材料，是培养学生基本实验技能的途径。数字化实验在延续传统的同时超越传统，是传统实验的拓展和延伸。数字化实验与传统实验的整合应能够服务于学科教学，适应学生的认知水平，以发挥最优化的教学效果。
教学活动中，我们可以使传统实验仪器与DIS实验系统相互配合，发挥各自优势。例如在“自感现象”的教学中，几十年来都在使用一种成品教板，由实验电路图1和图2分别演示通电自感和断电自感。用灯泡演示自感现象不能确切反映电流和电压变化的过程，电流较小时灯泡不能发光。灯泡无极性，不能显示电流的方向。另外，实验器材规格匹配性不好，实验现象的可见度低等缺点也会使实验效果不理想。数字化实验系统用传感器采集电流、电压，能实时保持实验数据并显示稳定的图像，有效克服了上述缺憾。笔者根据图3所示的电路，用两个电压传感器分别测量两个支路的电压，获得了图4所示的图像，图像清晰显示了通电自感和断电自感过程中两支路电压的变化。我们还可以在支路中接入电流传感器，分析电流的变化情况。这样，我们在教学活动中可以先通过传统实验仪器引导学生观察现象，获得感性认识，激发探究欲望，然后借助数字化实验系统深入探究自感现象的特点和规律。
另外，我们可以将传感器与传统实验装置进行组合，借助原有实验装置的结构原理，发挥数字化实验的优势。例如在探究弹簧振子的运动规律时，可引导学生对弹簧振子的物理模型进行拓展，分析水平方向单弹簧振子、水平方向双弹簧振子及竖直方向的弹簧振子等。研究水平方向弹簧振子的运动可用气垫导轨（或轨道小车），将气垫导轨的滑块（或小车）上固定位移传感器的发射器作为振子，振动过程中轨道小车的阻尼振动较气垫导轨的滑块更加明显。研究竖直方向弹簧振子的运动时，可直接将位移传感器的发射器作为振子。这样的实验数据依然来自传统的实验装置，只是数据采集和分析处理的手段借助数字化实验系统得到显著改观。
⑵数字化实验系统与“非常规”物理实验的整合“非常规”物理实验，是指选择利用环境中“非专门化”的物质手段，不按固定方法或形式，人为控制条件、有目的实施的观察与探索物理规律的实验教学活动。在资源利用上，“非常规”物理实验是直接利用环境中“本来用途不是用来开展实验”的物质资源，包括生活易得物品、材料、器具、人体自身、交通工具、建筑设施、娱乐器材等，同时包括利用研发自制的实验器具。采用“非常规”物理实验开展教学活动能够采取灵活、简便的方法与形式，使实验过程体现自创性、体验性、趣味性、简易性与生活化。
笔者在教学实践中尝试开发“非常规”物理实验的教育教学功能，取得很好的效果。
例如，笔者利用DISLab系统对探究影响弹性片振荡周期的因素的实验进行改进。此实验原采用图5所示的装置分析弹性片长度和质量对振动周期的影响。通过实践研究发现，其实验装置尚有不足之处：其一，将钢尺插在纸盒的缝隙中，还需要将纸盒通过某种方式固定牢固；其二，钢尺只是插在纸盒的缝隙中，在振荡时难以保证钢尺伸出的长度不变，并且多次使用后纸盒缝隙处难免不被撕裂；其三，在钢尺上固定毛笔以及通过插橡皮块改变质量等方面操作很不方便。笔者就地取材，使用实验室中的台虎钳固定弹性片，通过在钢尺上吸附磁铁块来改变质量，器材组装如图6。
[8][9]
另外笔者认为，自制教具价格低廉，易于普及；简单明了，易于揭示物理规律的本质特征；而且易于使学生感到亲切，其中含有许多富有创造性的因素，因此因校制宜地发动任课教师创造教具，具有十分现实的意义。
笔者用饮料瓶、输液管、泡沫盒等自制一套实验装置，配合DISLab力传感器（见图7）借助其动态波形数据采集、求平均值、鼠标显示坐标值等功能对教材中分子间作用力实验（见图8）进行改进，利用力传感器高灵敏度等优点实现实验仪器微型化，直观显示出分子间作用力的存在，并且更换玻璃板、有机玻璃板、铝板，采集到同样的波形（见图9），进一步证明了分子间作用力的普遍性。
⑶数字化实验系统与虚拟仪器的整合随着多媒体技术的发展，许多虚拟仪器的产生为物理实验教学注入了新的活力。利用虚拟仪器做实验，可以自行设置各种参数，以控制其达到理想的效果。曾有教师利用虚拟示波器软件与DISLab有效整合进行声波干涉实验有效克服传统实验的缺点，取得很好的效果。[11]虚拟仪器的应用突破了现有实验条件的限制，排除了各种干扰因素对实验的影响，它与数字化实验系统的整合值得深入研究。
2．对实验原理的拓展
实验原理，体现着物理思维，因此对实验原理的拓展，有利于训练学生的创新思维能力。对实验原理进行拓展，应该广泛考虑学科内外各部分知识之间的联系，综合运用各种实验思想和实验手段以达到最优化的实验效果。
在上述探究影响弹性片振荡周期的因素的实验中，用图5所示的装置获得图10所示的振动图像，这种采用较为传统的留迹法获得弹性片振动周期的方法存在一定的局限性。笔者使用磁传感器和微电流传感器，将弹性片的振动转化为磁感应强度和感应电流的周期性变化，通过易测量量获得难测量量，有效突破了操作难点。图11和图12分别是磁感应强度和感应电流周期性变化的图像，它们都可以反映弹性片的周期性振动。该实验采用电磁学的知识和测量手段来研究振动问题为物理实验的改进研究提供了很好的思路。
此外，笔者从开发组合实验，拓展学生思维的理念出发开发出“探究弹簧振子的振动图像”、“探究声波的振动图像”、“探究转速的测量”等系列实验，使用不同的传感器对同一物理现象进行探究，学生在探究过程中不断深化对学科知识之间的联系，体验物理学思维方法的无穷魅力。以“探究弹簧振子的振动图像”为例，笔者除采用位移传感器外，还采用了磁传感器、电流传感器、电压传感器、力传感器、微电流传感器等配合相应的实验装置获得了不同的振动图像，见图13。这种多侧面、多角度地研究同一物理现象，使学生体会到科学研究领域的“殊途同归”。
3．对实验目的的拓展
传统的物理实验多是验证性实验，学生对教材中的实验往往采取简单的“拿来主义”，机械地按照实验要求进行操作，无法深入锻炼学生的探究能力。因此，在完成常规实验内容的前提下，教师可以根据学生的知识水平对实验目的进行拓展，引导学生进一步探究，激发学生的学习兴趣。
例如，在探究通电螺线管内部磁感应强度的实验中，学生很容易想到用磁传感器直接探测通电螺线管内部磁场，如图14所示，我们可以得到磁场强度的变化图像。在此基础上我们可以提出，能否直接获得磁感应强度与探测深度的关系图像呢？学生受到启发，想到将磁传感器与位移传感器组合的方法，如图15所示。那如何分析通电螺线管内部磁感应强度与电流的关系呢？学生很快想到用磁传感器与电流传感器组合。随着对实验目的的逐步拓展，学生对物理现象的认识逐步加深，探究物理现象的兴趣逐步提高。在此基础上还可以引导学生进一步思考：什么是匀强磁场？获得匀强磁场需要螺线管具备怎样的特征？学生提出假设，不断改进实验装置来加以验证，使学生在获取知识的过程中体验物理学的魅力。
再如，在“电容器和电容”的教学活动中，传统的实验是利用平行板电容器与验电器组合，采用控制变量法来定性地分析电容的影响因素。该实验对实验仪器和实验环境的要求很高，很难获得理想的实验效果，无法显示电容器充放电过程中电流、电压的变化，无法研究电量与电压之间的定量关系。运用数字化实验系统可以快速获得电流、电压随时间变化的关系图像，通过积分运算获得电量的数值，进而验证电容公式的正确性。这样将定性实验上升为定量实验。在学生对电容器的工作原理有了较全面的认识之后，我们还可以通过分析图像的细节引导学生认识日常生活中电容器在储能、延时等方面的应用。
数字化实验系统作为一种实验工具可以从多个角度加以拓展，结合具体实验引导学生多角度、全方位地认识物理规律不仅有助于学生掌握实验仪器的使用规律和物理学的研究方法，还能够促使其推而广之，将上述思想方法应用于其它学科的学习以及日常的生产、生活之中。
三、结束语
在教学活动中，为了实现预期目的，教学主体总是要采用一定的手段作用于对象。教学手段是教学活动不可缺少的组成部分。
数字化实验技术为物理教学提供了先进的实验手段，但它并不代表先进的教学思想。先进的教育技术手段与先进的教学思想有机融合才能实现技术与课程的充分整合。因此，教师在教学活动中不能单纯的注重教学手段的先进，更要重视教学思想的转变，重视教学过程和学生学习过程的研究。基于数字化实验系统的物理实验的拓展体现着先进的教学思想，这有待于更多的一线教师从更广泛的角度去研究。
