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数字化探究实验室的特点
http://www.ceiea.com 2015年09月14日 16:02 中国教育装备网
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  3.数据采集“智能化”

  数据采集“智能化”的基础是计算机信息技术的应用。

  3.1 表现之一是“自动化”

  系统设置了连续采样、单点采样、阈值触发采样等多种采集模式,软件可以设置采集器的各种参数,实现数据采集的自动化。功能强大的数据采集器可以自动把整个实验过程中物理量的变化通过高采样率完整的记录下来,存储在数据文件中。并且由于数据采集器提供了反馈输出,可以通过附加一些器材,通过回控使得整个实验的操作过程也实现自动化。

  系统连续采样频率可以按照实验要求设置。最高采集频率可达5000-10000Hz,采集的速度高的可到每秒一万个数据,低的可到几分钟甚至几小时一个数据,因而可以适应各种不同类型实验的需要。

  3.2 表现之二是“实时化”

  由于采用计算机自动控制,系统能够在很短的时间内采集和处理大量的数据,并利用计算机强大的数据处理和作图功能,将数据反映成图象,使实验结果更加直观。DIS实验数据采集迅速,数据传输迅速,数据存储迅速,数据处理迅速,数据显示迅速,从而实现了数据变化过程与实验过程同步,实现数据的实时采集和实时处理。

  3.3 表现之三是“并行化”

  数据采集器能同时接入四只相同的传感器或四个不同的传感器,能同时采集多个相同或不同种类的物理量,实现数据的同步并行采集。在弹簧振子的振动实验中,常规讲授法教学中,学生对物理规律感觉比较抽象,理解起来十分困难,学生很难同时观察到回复力、加速度、速度和位移四个物理量在运动过程中的大小和方向。应用DIS 的并行采集功能,实验中分别利用力传感器和位移传感器并行实时采集数据,直观显示F-t,x-t动态图象,有利于学生建立起简谐运动完整的物理图景,帮助学生获得直接经验,直接感知物理规律,取得其它教学手段难以收到的效果。

  3.4 表现之四是“定量化”

  定量研究是科学的特征。一些传统中学实验受到实验条件、实验技术的限制,难以量化。DIS实验直接使许多中学物理定性实验升级成定量实验。

  利用传感器测量的各种物理量都要经过采集器进行处理后才能变为计算机能够储存和处理的数据。从数据的测量到采集再到处理,都是在系统内部完成,避免了传统实验仪器由于估读时人为引进的各种测量误差,使实验结果更精确、可靠。

  例如,电压测量可以精确到0.01V,光电门计时可以精确到0.1ms。而且两者的误差都为1%以内,对于中学物理实验来,这个精确度已是相当的高了。又例如压强传感器采用工业级压敏器件。传感器量程为0~300Kpa,测量分度达到0.1Kpa,能够精确反映实验过程中的压强变化。

  计算机数据处理软件数据可以即时地把同一实验数据用数字、指针或示波器三种显示方式显示出来,实现了实验数据的定量显示。

  数字化实验的传感器的精度高,数字化实验的误差比较小,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。数字化实验室为学生的“定量化”研究提供了研究平台,有利于学生理解科学的本质。

(来源:中国教育装备网)

责任编辑:吴美艳
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