第一篇：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用
戴儒京（江蘇省特級教師）
所謂數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，是以數(shù)字化設(shè)備為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理的工具、配套其它實(shí)驗(yàn)器材構(gòu)建的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)技術(shù)。數(shù)字化數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成。
以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)為基礎(chǔ)的物理實(shí)驗(yàn)，就是建立在上述實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、實(shí)驗(yàn)方法基礎(chǔ)上的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是課程標(biāo)準(zhǔn)教科書的要求和需要，也是新高考和中考的要求和需要。也是物理學(xué)科發(fā)展的要求和需要。
實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)和研究物理學(xué)的最基本的內(nèi)容、方法和手段。實(shí)驗(yàn)，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)以及小實(shí)驗(yàn)等，要把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。只有實(shí)驗(yàn)，才能學(xué)到真知識；只有實(shí)驗(yàn)，才能培養(yǎng)真人才；只有實(shí)驗(yàn)，才能真正提高教學(xué)質(zhì)量。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)。課程標(biāo)準(zhǔn)教科書專門安排了一些電子計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)，如：借助傳感器用計(jì)算機(jī)測速度（教科書《物理》必修1 P25）、用傳感器觀察電容器的充電和放電（選修3-1 P31）等等。電子計(jì)算機(jī)，是現(xiàn)代化的標(biāo)志和體現(xiàn)，學(xué)生通過用計(jì)算機(jī)做實(shí)驗(yàn)，不僅學(xué)了物理學(xué)，也學(xué)了計(jì)算機(jī)，可謂一舉兩得。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是新實(shí)驗(yàn)，不僅是新儀器，也是新方法。例如霍爾元件、斯密特觸發(fā)器等實(shí)驗(yàn)。一些教師開始接觸，不太了解，不太熟悉，往往有把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室閑置或充當(dāng)門面。通過做實(shí)驗(yàn)，他們熟悉實(shí)驗(yàn)、熟悉儀器，并可能在應(yīng)用的過程中有所創(chuàng)新，使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室充分發(fā)揮作用，以物盡其用。
1.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)
課程標(biāo)準(zhǔn)教科書《物理》不僅把傳感器作為單獨(dú)的一章知識內(nèi)容，而且把傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（選修3-2 P70）作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)，新的高考大綱中也把“傳感器的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)作為高考內(nèi)容。傳感器在現(xiàn)代生活和工業(yè)、科技中也有廣泛的應(yīng)用，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中接觸和了解傳感器，對他們的高考和將來從事科學(xué)研究及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也不無幫助。
實(shí)驗(yàn)1.傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)——光控開關(guān)
簡單光控開關(guān) 背景資料： 在光敏電阻兩端的金屬電極之間加上電壓，其中便有電流通過，受到適當(dāng)波長的光線照射時(shí)，電流就會隨光強(qiáng)的增加而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個(gè)電阻器件，使用時(shí)既可加直流電壓，也可以加交流電壓。當(dāng)受到光照時(shí)，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價(jià)帶中的電子吸收一個(gè)光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中產(chǎn)生一個(gè)帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對增加了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將逐漸復(fù)合，光敏電阻的阻值也就逐漸恢復(fù)原值。施密特觸發(fā)器在數(shù)字電路及控制領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，它屬于電壓觸發(fā)方式，當(dāng)輸入電壓達(dá)到某一閾值時(shí)，輸出電壓會發(fā)生突變，最重要的一點(diǎn)是，輸入電壓增加或減少時(shí)，電路有不同的閾值電壓。以下圖1為例 圖 1 當(dāng)輸入電壓Vi，當(dāng)輸入電壓由低電位開始增加，如果Vi
實(shí)驗(yàn)原理：
圖 3
將電路按圖3連接，RG為光敏電阻，R1，R2為電阻箱，LED為發(fā)光二極管，A點(diǎn)為施密特觸發(fā)器的輸入端，Y點(diǎn)為施密特觸發(fā)器的輸出端。適當(dāng)選擇R1，R2的阻值后，當(dāng)外界光線很強(qiáng)時(shí)，RG上的電阻相對比較小，A點(diǎn)的電壓小于Vp，Y點(diǎn)輸出高電位，發(fā)光二極管兩端的電勢差很小，因此不能發(fā)光，當(dāng)外界光線變?nèi)鯐r(shí)，RG上的電阻顯著增大，A點(diǎn)的電壓也顯著增大，當(dāng)增大到Vp=3.0V時(shí)，Y點(diǎn)輸出低電位，發(fā)光二極管兩端有大約5V的電勢差，發(fā)光二極管開始正常發(fā)光，如果光線強(qiáng)度又進(jìn)一步開始回升，RG上的電阻減小，A點(diǎn)的電壓也開始減小，當(dāng)A點(diǎn)的電壓小于Vn=2.2V時(shí)，Y點(diǎn)又輸出高電位，發(fā)光二極管熄滅。
為了更直觀地了解整個(gè)電路工作過程，在分別用兩個(gè)電壓傳感器對A點(diǎn)和Y點(diǎn)的電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，光強(qiáng)傳感器測量，顯示外界光線變化對電路的影響。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
了解簡單光控電路，對自動控制有初步理解。實(shí)驗(yàn)裝置：
計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器，光強(qiáng)傳感器，兩個(gè)電壓傳感器，兩個(gè)電阻箱，施密特觸發(fā)器，發(fā)光二極管，導(dǎo)線若干，學(xué)生直流電源。實(shí)驗(yàn)步驟：
1．先按電路圖連接各個(gè)器件，并注意發(fā)光二極管的極性，和施密特觸發(fā)器的引腳，具體情況可以參照前面的示意圖，將VDD接到穩(wěn)壓電源的正極，VSS接到穩(wěn)壓電源的負(fù)極，i1接輸入電壓對應(yīng)電路中A點(diǎn)，o1接輸出電壓對應(yīng)電路中Y點(diǎn)。
2．調(diào)節(jié)R1，R2電阻箱的阻值，選擇合適的電阻，將兩個(gè)電壓傳感器與數(shù)據(jù)采集器的1，2通道連接，把光強(qiáng)傳感器連接到3或4通道，然后將數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接，開啟采集器電源，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)專用界面。
3．把兩個(gè)電壓傳感器的兩個(gè)信號輸入端的分別導(dǎo)線短接，對電壓傳感器進(jìn)行較零，然后把連接1通道電壓傳感器的信號正極接到電路中A點(diǎn)，同時(shí)把它的負(fù)極接到穩(wěn)壓電源的負(fù)極，也就是電路中的地，然后把2通道電壓傳感器的信號正極接到電路中Y點(diǎn)，同時(shí)把它的負(fù)極接到穩(wěn)壓電源的負(fù)極。
4．把光敏電阻的感應(yīng)面朝上，將光強(qiáng)傳感器與光敏電阻放置在一起，在采集間隔和采集數(shù)量窗口輸入合適的數(shù)值，點(diǎn)擊開始按鈕。
5．用一塊大的擋光物將光敏電阻附近的光線慢慢擋住，觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線，同時(shí)注意二極管的發(fā)光情況，當(dāng)它開始發(fā)光以后，再慢慢把擋光物撤掉，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析： 1．輸出電壓與輸入電壓曲線
2．外界光強(qiáng)與輸出電壓數(shù)據(jù)關(guān)系
本次實(shí)驗(yàn)中R1?1500?，R2?2000?，從圖上可以看出當(dāng)光強(qiáng)為I?139lux時(shí)，發(fā)光二極管發(fā)光，而當(dāng)光強(qiáng)為I?244lux時(shí)，發(fā)光二極管熄滅。
2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：探究性實(shí)驗(yàn)
課程標(biāo)準(zhǔn)教科書不僅把原教科書的一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為探究性實(shí)驗(yàn)，而且新安排了一些探究性實(shí)驗(yàn)。這些探究性實(shí)驗(yàn)，用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器和方法去做，更為便捷。例如探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（必修1 P75）、探究功與物體速度變化的關(guān)系（必修2 P17）等實(shí)驗(yàn)。通過探究性實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生研究、探究的能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新能力打好基礎(chǔ)。
實(shí)驗(yàn)2.探究（恒力做）功與物體速度變化的關(guān)系動能定理）
（動能定理（恒力）實(shí)驗(yàn)原理 牛頓第二定律講述的是力與加速度之間的瞬時(shí)關(guān)系，表達(dá)式為： F = m a（1）其中，F(xiàn)是作用在物體上的合外力，m是物體的質(zhì)量，a是物體的加速度——速度的時(shí)間變化率，表達(dá)式為： a??vdv 或 a?（2）?tdt2把（2）式代入（1）式，并將（1）式兩邊對位移積分（由x1到x2），可以得到： W = ∫Fdx = mv2/2-mv1/2 = Δ(mv2/2)= Δ E k(3)2其中，W為從x1到x2的區(qū)間內(nèi)，合外力F的功，v1 和v2分別為物體在x1和x2處的速度，E k為物體的動能。也就是說，合外力的空間積累效應(yīng)表現(xiàn)為物體動能的改變。在本實(shí)驗(yàn)中，我們探究在恒定拉力的作用下，小車的動能隨時(shí)間變化的關(guān)系。其中，拉力由力傳感器測得，速度由固定有擋光滑輪的光電門傳感器測得，動能由速度的平方乘以質(zhì)量的一半得到。實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過對（恒定）拉力和速度的測量，探究合外力的功與物體動能變化的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)裝置 SWRDISLab-100III數(shù)據(jù)采集器、光電門(Photogate)傳感器、力傳感器、動力學(xué)系統(tǒng)(包括導(dǎo)軌、小車、滑輪和支撐桿等)等。實(shí)驗(yàn)步驟 1.按圖連接實(shí)驗(yàn)裝置（注意平衡摩擦力）； 2.測量并記錄小車和鉤碼的質(zhì)量（第1次：小車402.81g，鉤碼19.91g）； 3.打開SWRDISLab軟件，點(diǎn)擊“教學(xué)專用軟件”，進(jìn)入“物理實(shí)驗(yàn)列表”中的“力學(xué)”部分，選擇“動能定理（恒力—Photogate）”； 4.點(diǎn)擊“校零”按鈕，對力傳感器進(jìn)行校零； 5.設(shè)置“采集間隔”為5ms，“采集200個(gè)暫?！?，以及“共采集200條數(shù)據(jù)”； 6.讓小車靜止在靠近光電門傳感器的一側(cè)（鉤碼將細(xì)繩拉緊），點(diǎn)擊“開始”按鈕； 7.當(dāng)“開始”按鈕的顏色變“灰”時(shí)，釋放小車； 8.當(dāng)小車運(yùn)動到靠近支撐桿時(shí)，使小車停止運(yùn)動，然后點(diǎn)擊“結(jié)束”按鈕； 9.觀察“力—位移”、“速度—位移”和“動能—位移”關(guān)系曲線的特點(diǎn)；
6.當(dāng)“開始”按鈕的顏色變“灰”時(shí)，釋放小車；
7.當(dāng)小車運(yùn)動到靠近支撐桿時(shí)，使小車停止運(yùn)動，然后點(diǎn)擊“結(jié)束”按鈕； 8.觀察“力—位移”、“速度—位移”和“動能—位移”關(guān)系曲線的特點(diǎn)；
9.任選一個(gè)位移區(qū)間，對力進(jìn)行積分，并比較積分值和兩個(gè)區(qū)間端點(diǎn)處動能的差； 10.改變鉤碼和小車的質(zhì)量，重復(fù)步驟6~10（第2次：小車402.81g，鉤碼30.35g）。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄與分析
a)“力、速度 vs.位移”圖表（小車402.81g，鉤碼19.91g）：
由圖可知，從靜止釋放到制動前（去掉對應(yīng)制動過程的最后兩組讀數(shù)），隨著位移的增加，小車所受的拉力（中間的紅色曲線）幾乎不變，小車的速度（上方的綠色曲線）和動能（下方的藍(lán)色曲線）不斷增加，速度的變化率不斷減小，但是動能的變化率幾乎恒定。
b)力做的功與動能的變化（小車402.81g，鉤碼19.91g）： 如圖所示，在所選的位移區(qū)間內(nèi)，力做的功為W?F?S?0.0630 J，兩個(gè)區(qū)間端點(diǎn)處動能的差為0.0594 J（= 0.0832－0.0238），力做的功略大于動能的變化，二者近似相等，相對誤差為5.71 %。
3．“力、速度 vs.位移”圖表（小車402.81g，鉤碼30.35g）：
由圖可知，從靜止釋放到制動前（去掉對應(yīng)制動過程的最后4組讀數(shù)），隨著位移的增加，小車所受的拉力（中間的紅色曲線）幾乎不變，小車的速度（上方的綠色曲線）和動能（下方的藍(lán)色曲線）不斷增加，速度的變化率不斷減小，動能的變化率幾乎恒定。4． 力做的功與動能的變化（小車402.81g，鉤碼30.35g）：
如圖所示，在所選的位移區(qū)間內(nèi)，力做的功為W?F?S?0.0911 J，兩個(gè)區(qū)間端點(diǎn)處動能的差為0.0870 J（= 0.1269－0.0399），力做的功略大于動能的變化，二者近似相等，相對誤差為4.50 %。
誤差分析
1． 滑輪與力傳感器掛鉤之間存在摩擦力，使得力傳感器測得的讀數(shù)大于小車?yán)Φ亩叮?/p>
2． 隨著速度的增加，小車受到的（滾動）摩擦力略有增加； 3． 拉力做功的一部分轉(zhuǎn)化為兩個(gè)滑輪的轉(zhuǎn)動能。
關(guān)鍵點(diǎn)
1． 抵消摩擦力。
注意事項(xiàng)
1． 采集間隔取默認(rèn)值5ms，如果使用更大的采集間隔，那么當(dāng)小車的運(yùn)動速度很快時(shí)，位移的測量有可能出錯；使用5ms作為采集間隔時(shí)，鉤碼與小車的質(zhì)量比必須小于3/10。
3.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)：應(yīng)用傳感器做實(shí)驗(yàn)，有些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，用數(shù)字化方法即用傳感器和計(jì)算機(jī)去做，也比傳統(tǒng)的方法更方便，數(shù)據(jù)處理更快、更準(zhǔn)確，圖象更清晰、更迅速。
例如可以用位移傳感器或光電門代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做探究小車速度隨時(shí)間變化的規(guī)律（必修1 P34）等實(shí)驗(yàn)。用電流傳感器和電壓傳感器代替電流表和電壓表，做測定小燈泡的伏安特性曲線（選修3-1 P48）、測定電池的電動勢和內(nèi)電阻（選修3-1 P72）等實(shí)驗(yàn)。除“傳感器的應(yīng)用”實(shí)驗(yàn)外，還有許多用傳感器作為實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)驗(yàn)，例如用傳感器和計(jì)算機(jī)描繪簡諧運(yùn)動的圖象（選修3-4P5）等等，我們統(tǒng)計(jì)有十幾個(gè)?？梢哉f：幾乎所有的實(shí)驗(yàn)都可以用數(shù)字化方法做。實(shí)驗(yàn)3.測定電池的電動勢和內(nèi)電阻
測定電池的電動勢和內(nèi)電阻 背景資料：
通常的金屬導(dǎo)體都是以金屬鍵結(jié)合的晶體，處于晶格結(jié)點(diǎn)上的原子很容易失去外層的價(jià)電子，而成為正離子。脫離原子核束縛的價(jià)電子可以在整個(gè)金屬中自由運(yùn)動，稱為自由電子，在不受外電場作用時(shí)，自由電子只做熱運(yùn)動，沒有宏觀的電量遷移，因而金屬中各個(gè)部分都呈現(xiàn)電中性。當(dāng)金屬中存在靜電場E時(shí)，金屬中的自由電子在外電場的作用下，相對于晶格離子作定向運(yùn)動，電子運(yùn)動中必然與晶格相碰撞，達(dá)到某種平衡后，金屬中電子有一個(gè)整體上的平均速度，導(dǎo)體中有穩(wěn)定的電流，前面的分析都建立在導(dǎo)體中的靜電場E是相對比較穩(wěn)定的前提上。
如果將一個(gè)已經(jīng)充好電的電容器的兩個(gè)極板用導(dǎo)線連接起來，構(gòu)成閉合回路，電路中就有電流通過，不過隨著極板上帶電量的減少，它們之間的電勢差也在減少，電流很快就消失了。在電池的兩個(gè)正極和負(fù)極上，分別帶有正電荷和負(fù)電荷，當(dāng)接入電路回路后，導(dǎo)線中的電子在電極電荷產(chǎn)生的靜電場中開始運(yùn)動，形成電流，如果兩極上的電荷量得不到補(bǔ)充，那就不可能形成穩(wěn)定的電流輸出，電源的作用，不管是化學(xué)的電池，還是像范德格拉夫起電機(jī)之類的電源，都是將電荷從負(fù)電極搬運(yùn)到正電極，這種搬運(yùn)工作只能靠某種非靜電力來完成，假設(shè)非靜電力在搬運(yùn)過程中做功qu，那u就是電源電動勢，q為載流子的電荷量。實(shí)驗(yàn)原理：
圖1 如圖1所示的閉合電路中，電源的電動勢為?，內(nèi)電阻為r，負(fù)載電阻為R，電路中的電流為I??R?r，可以看出，當(dāng)負(fù)載電阻R足夠大時(shí)，因?yàn)樗蛢?nèi)電阻是串聯(lián)在一起的，它兩端的電壓將非常接近于電源電動勢?，當(dāng)R??，即所謂開路或斷路時(shí)，I?0，U??；當(dāng)R?0，即短路時(shí)，I?Imax?
負(fù)載電阻兩端的電壓為U??r，這時(shí)候的電流最大。
?R?rR，也可以寫為U????R?rr，而電流為I??R?r，因此有U???Ir，這個(gè)關(guān)系在伏安曲線上表現(xiàn)為Umax??，I?0，也就是R??時(shí)。如果R?0，U?0，Imax??r。在實(shí)驗(yàn)中用滑動變阻器做負(fù)載電阻，改變它的電阻，以同時(shí)改變電流和電壓，在軟件中作伏安曲線圖后，取擬合線，線的斜率的絕對值就是r，曲線與縱軸的交點(diǎn)就是Umax??，I?0點(diǎn)，可以測出電動勢。實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>
簡單測量電池電動勢和內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)裝置：
計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)采集器，電池，滑動變阻器，電流傳感器，電壓傳感器，導(dǎo)線等。實(shí)驗(yàn)步驟：
1．將數(shù)據(jù)采集器與電流傳感器，電壓傳感器連接，然后將數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接，開啟采集器電源，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)專用界面。
2．把電流傳感器，電壓傳感器的兩個(gè)信號輸入端的導(dǎo)線分別短接，對電流傳感器、電壓傳感器進(jìn)行校零。3．按實(shí)驗(yàn)電路連接電路圖，在專用界面的底部輸入合適的采集間隔和采集數(shù)量，閉合開關(guān)，點(diǎn)擊開始按鈕，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測量。
4．將滑動變阻器從最大滑為最小，或者從最小滑到最大，得到伏安曲線，然后對伏安曲線進(jìn)行線性擬合。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析：
1．電壓變化：
2．電流變化：
3． 伏安曲線：
從圖象可以得出，電池的電動勢為E?7.003V，內(nèi)阻為r?27.407?。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器和實(shí)驗(yàn)軟件，是新儀器、新器材、新設(shè)備。南京師范大學(xué)蘇威爾科技有限公司研發(fā)、生產(chǎn)的傳感器、數(shù)據(jù)采集器和實(shí)驗(yàn)軟件，以及配套使用的實(shí)驗(yàn)器材如動力學(xué)系統(tǒng)（包括滑輪、小車、滑軌、支架等），電磁學(xué)系統(tǒng)（如邏輯門電路、施密特觸發(fā)器、霍爾元件實(shí)驗(yàn)等）等，是國內(nèi)具有先進(jìn)水平的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器，可以滿足新課程對物理實(shí)驗(yàn)的要求和需要，可以促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高，可以促進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化、現(xiàn)代化。
第二篇：小實(shí)驗(yàn)在物理課堂中應(yīng)用
小實(shí)驗(yàn)在物理課堂中應(yīng)用
在新課程的教學(xué)背景下，有了新的教學(xué)理念、手段及方法，而“情景教學(xué)”是物理教學(xué)的一種重要手段。教學(xué)中“情景”的設(shè)置可以是文字描述的形式，也可以是多媒體動畫形式，當(dāng)然最具體、最生動、最有吸引力的還是小實(shí)驗(yàn)。小實(shí)驗(yàn)由學(xué)生直接參與，讓學(xué)生有一種身臨其境的體驗(yàn)，獲得的知識也來自于他的直接經(jīng)驗(yàn)，這樣不但可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，發(fā)揮學(xué)生的潛能和創(chuàng)造力的培養(yǎng)，同時(shí)還能對學(xué)生進(jìn)行物理思想與方法的教育和培養(yǎng)，將直接影響教學(xué)效果。
一、運(yùn)用小實(shí)驗(yàn)，激疑導(dǎo)入，營造物理情景
對于物理課堂教學(xué)能否成功，新課的成功引入是非常重要的環(huán)節(jié)，所以新課導(dǎo)入是課堂教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。用小實(shí)驗(yàn)作為新課引入，不失為一種非常優(yōu)秀的手段之一。因?yàn)橛尚?shí)驗(yàn)所創(chuàng)設(shè)的情景，能向?qū)W生提供新穎、奇特、驚險(xiǎn)、多變等強(qiáng)烈的感覺刺激，有助于吸引學(xué)生的眼球，使學(xué)生的思維快速地集中到課堂中來。同時(shí)小實(shí)驗(yàn)中所出現(xiàn)的現(xiàn)象往往出于他們的意料之外，而學(xué)生的好奇心會促使他們想知道為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象而積極地思考并渴望得到答案，這樣有利于學(xué)生產(chǎn)生想認(rèn)真學(xué)習(xí)這節(jié)課的想法，從而使學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變到主動學(xué)習(xí)，達(dá)到教學(xué)的目標(biāo)。
『典例１』在講授《自由落體運(yùn)動》時(shí)，先引導(dǎo)學(xué)生做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)：測反應(yīng)時(shí)間。教師先提出問題：同學(xué)們的反應(yīng)一定很快，想知道你們的反應(yīng)時(shí)間是多少嗎？我這里有一把能夠測量反應(yīng)快慢的尺子（尺子事先在背面貼上位移對應(yīng)的時(shí)間），哪位同學(xué)愿意上來測量一下？接著介紹規(guī)則：請一位同學(xué)把手放在尺的下部10cm處，做好捏住它的準(zhǔn)備，眼睛盯住老師的手，當(dāng)看到老師松手的動作后，立即用手指捏，越快越好。并記下捏住的刻度。然后請告訴大家你捏住的刻度，是多少？教師結(jié)合尺的背面的時(shí)間刻度宣布：實(shí)驗(yàn)者的反應(yīng)時(shí)間是××？學(xué)生很驚奇，想知道其中的奧秘。教師乘機(jī)說，今天我們來共同研究尺子下落的運(yùn)動----自由落體運(yùn)動。這樣增強(qiáng)了求知欲，又順利地引出了新課。
『典例２』在講授《力的分解》時(shí)，教師先做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。用一根細(xì)線穿過重錘的鉤子，可以把重錘懸掛起來，先將細(xì)線的兩端點(diǎn)合攏，然后慢慢分開，當(dāng)兩線分開到某一夾角時(shí)，只聽“轟”的一聲，重錘落到桌面上。此時(shí)教師向?qū)W生提問：在兩細(xì)線的夾角逐漸增大過程中，為什么細(xì)線會斷裂呢？為了解決這個(gè)問題，本節(jié)課我們來學(xué)習(xí)的新的知識---力的分解，從而引出新課。這樣學(xué)生將帶著疑問來學(xué)習(xí)探究新課。
二、運(yùn)用小實(shí)驗(yàn)，澄清認(rèn)識，感悟物理世界
在學(xué)習(xí)某些物理知識前，由于先入為主和生活經(jīng)驗(yàn)等原因?qū)W生會形成錯誤認(rèn)識。為了糾正學(xué)生已形成的錯誤認(rèn)識，建立正確的物理概念，充分挖掘物理教學(xué)的豐富內(nèi)涵，巧妙利用小實(shí)驗(yàn)所展示的新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)抓住疑點(diǎn)巧妙運(yùn)用設(shè)疑技巧，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，從中感悟物理世界，收到很好的教學(xué)效果。
『典例３』在講授《自由落體運(yùn)動》時(shí)，為了建立正確的自由落體模型，我設(shè)計(jì)了以下對比實(shí)驗(yàn)。先從同一高度由靜止同時(shí)釋放一個(gè)鐵球和一張紙片，結(jié)果鐵球下落快。學(xué)生結(jié)合日常生活的經(jīng)驗(yàn)就大膽認(rèn)為，重物下落快。教師追問，這個(gè)結(jié)論是否具有普遍性呢？接著做實(shí)驗(yàn)，取兩張相同的紙片，將其中一張用剪刀剪去一半，剩下的一半揉成紙團(tuán)，再次從同一高度由靜止同時(shí)釋放紙團(tuán)和紙片，結(jié)果觀察到紙團(tuán)下落快。學(xué)生仿照前一個(gè)實(shí)驗(yàn)的分析，得出結(jié)論：輕物下落快。教師進(jìn)而提出：“兩個(gè)實(shí)驗(yàn)為什么會得出相反的結(jié)論呢？”。學(xué)生思考后回答，物體下落的快慢與輕重?zé)o關(guān)，糾正了“重物下落快”的錯誤認(rèn)識。教師引導(dǎo)：是什么共同的原因使紙片比鐵球和紙團(tuán)都下落得慢呢？學(xué)生想到：紙片受到空氣的阻力作用比較大．然后再過渡到另一組對比實(shí)驗(yàn)，分別取三個(gè)相同深度的量筒A、B、C，并排放在水平桌面上，量筒B和C分別裝上清水和洗潔精配制的溶液，將三個(gè)相同鐵球同時(shí)同高度釋放，觀察到鋼球運(yùn)動的快慢不同，這說明阻力對物體的運(yùn)動有影響，且阻力越大，對運(yùn)動的影響越大。接著在量筒C里面再做實(shí)驗(yàn)，取形狀和體積完全相同的鐵球和塑料球，同時(shí)同高度釋放，結(jié)果鐵球運(yùn)動快。從而得到阻力相對重力越小，對運(yùn)動的影響就越小。教師再引導(dǎo)，如果沒有阻力，物體下落的情況回怎樣？自然地引出“牛頓管”實(shí)驗(yàn)，用抽氣機(jī)抽走牛頓管中的大部分空氣，里面近似認(rèn)為是真空狀態(tài)。將管中的羽毛和鐵片同時(shí)同高度釋放，結(jié)果觀察到下落一樣快。最后得出關(guān)鍵性的結(jié)論：沒有阻力，物體只受重力由靜止開始下落的運(yùn)動的快慢都是相同的，物理上就把這種運(yùn)動叫自由落體運(yùn)動。
這些小實(shí)驗(yàn)雖然過程非常簡單、操作也很方便。而且學(xué)生親手操作增加了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，也提高了學(xué)生的吸引力，而對直接參與的實(shí)驗(yàn)者來說，既滿足了好奇心，也有了成功的體驗(yàn)，從中感悟到物理世界的奇妙。
三、運(yùn)用小實(shí)驗(yàn)，參與合作，探究物理規(guī)律
在新課程的理念下，把培養(yǎng)學(xué)生的合作學(xué)習(xí)能力和探究能力放到特別重要的位置。探究式學(xué)習(xí)是通過發(fā)現(xiàn)問題、研究探索，從而獲取技能的一種學(xué)習(xí)形式。這種學(xué)習(xí)形式的關(guān)注是探究的過程，培養(yǎng)的是學(xué)生的思維能力特別是創(chuàng)造性思維能力的培養(yǎng)。在物理課堂教學(xué)中，老師必須選擇時(shí)機(jī)，精心設(shè)計(jì)小實(shí)驗(yàn)來培養(yǎng)學(xué)生的合作、探究能力。
『典例４』在講授《曲線運(yùn)動》時(shí)，要求學(xué)生利用提供的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究物體做曲線運(yùn)動的條件。提供的器材是為光滑玻璃板、小鋼球、磁鐵和加速斜槽。學(xué)生分小組合作，先制定實(shí)驗(yàn)方案，然后進(jìn)行探究，最后交流展示。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究過程與結(jié)果記錄如下。
實(shí)驗(yàn)條件及結(jié)果記錄表格：小球在玻璃板上的運(yùn)動初速度：沿水平標(biāo)志線向右.最后得出結(jié)論：物體做曲線運(yùn)動的條件是受到合外力，且合外力與速度不在同一直線上。
雖然是小實(shí)驗(yàn)，如果采用生活或?qū)嶒?yàn)室中的一些常見易得的器材來完成，這樣讓學(xué)生們覺得接近生活實(shí)際，更加相信物理就在我們的身邊，同時(shí)對物理教學(xué)起著十分重要的作用，在我今后的物理教學(xué)中將會起到更大的作用。
四、運(yùn)用小實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證應(yīng)用，掌握物理知識
為了讓學(xué)生理解知識、掌握知識，最終能靈活應(yīng)用知識。雖然在物理知識很多來自于生活實(shí)際，但高于生活，尤其是有些知識又非常抽象，單憑學(xué)生自己的生活經(jīng)驗(yàn)以及現(xiàn)有的知識很難理解，而教師則可以通過精心設(shè)計(jì)一些小實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生對知識的感性認(rèn)識，從而使知識變得容易理解和掌握。
『典例５』在講《機(jī)械能守恒定律》內(nèi)容結(jié)束時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來結(jié)束新課：取一只小水捅，內(nèi)裝半桶水，用尼龍絹懸掛在天花板上如圖所示。請一個(gè)學(xué)生緊貼墻壁站好，雙手捧起水桶。讓它距學(xué)生的鼻子1cm。然后將水桶輕輕釋放，讓水桶來回?cái)[動。水桶經(jīng)過一個(gè)擺動周期，又會向?qū)W生的鼻子撞來。這可不是看立體電影，而是一個(gè)貸真價(jià)實(shí)的運(yùn)動著的水捅。學(xué)生若沒膽過，肯定會逃走。倘若學(xué)生相信機(jī)械能守恒原理的話，一定會坦然地站在原位置上上，并深信水桶絕不
會碰上你的鼻子。問題就看學(xué)生敢不敢做這個(gè)實(shí)驗(yàn),看看誰“真正相信（學(xué)會）了剛才學(xué)習(xí)的知識”。
這個(gè)小實(shí)驗(yàn)使同學(xué)們的積極性大大提高，既動手又動腦，鞏固了所學(xué)的知識，達(dá)到了很好的教學(xué)效果。
『典例６』在講授《力的分解》中的斜面上物體的重力分解時(shí)，教師設(shè)計(jì)了一組小實(shí)驗(yàn)。取一塊長方形的夾板碎片，將一端放在平整的桌面上，另一端墊上書本，讓夾板碎片形成一個(gè)斜面，將一個(gè)帶有輪子的小車放在斜面上（忽略摩擦），手通過連接小車的橡皮條拉住小車。使小車靜止，觀察。觀察發(fā)現(xiàn)，與小車連接的橡皮條拉長了，說明小車有沿斜面向下的分力（重力的一個(gè)分力）；同時(shí)看到夾板發(fā)生彎曲，說明有垂直斜面向下的分力（重力的另一分力）。如果在小車上加上幾個(gè)鉤碼（即增加了車的重力），再觀察。觀察發(fā)現(xiàn)，斜面的彎曲程度變大，與小車相連的橡皮條變長了。這說明重力的兩個(gè)分力因重力的增大而增大。如果改變（增大）斜面的傾角θ，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，再觀察。觀察發(fā)現(xiàn)，斜面的彎曲程度變小，而與小車相連的橡皮條變長了。這說明，斜面上物體的重力的兩分力方向?yàn)檠匦泵嫦蛳潞痛怪毙泵嫦蛳拢現(xiàn)1使物體下滑（故有時(shí)稱為“下滑力”），F(xiàn)2使物體壓緊斜面（如圖）．其大小與斜面的傾角θ有關(guān)，且垂直斜面的分力
F2隨傾角θ的增大而減小，沿斜面向下的分力F1隨傾角θ的增大而增大。即驗(yàn)證
了兩分力F1=mgsinθ，F(xiàn)2=mgcosθ的正確性。
第三篇：朗威數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備在物理教學(xué)中的應(yīng)用
朗威數(shù)字化教學(xué)設(shè)備在物理教學(xué)中的應(yīng)用
膠州市第十五中學(xué)
在物理教學(xué)過程中應(yīng)用朗威數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室可以精準(zhǔn)的測得數(shù)據(jù)并且可以用數(shù)據(jù)畫出曲線，化抽象為具體，將復(fù)雜的問題簡單化、直觀化。
在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我們經(jīng)常用來探究的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)課題有：
機(jī)械運(yùn)動一章中測平均速度，利用位移傳感器測小車從斜面滑下的速度，計(jì)算機(jī)把不同時(shí)間測出的物體的速度顯示在屏幕上，學(xué)生可以直觀看出速度的增大還是減小。
聲現(xiàn)象一章中研究聲音的特性，利用聲音傳感器，用計(jì)算機(jī)顯示出波形，通過波形分析聲音的特性。
內(nèi)能一章中用溫度傳感器研究不同物質(zhì)的比熱容等。
現(xiàn)以研究不同物質(zhì)的比熱容為例簡單介紹一下朗威數(shù)字化設(shè)備的使用過程。
實(shí)驗(yàn)原理：相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，在吸收相同的熱量時(shí)，升高的溫度不同。
實(shí)驗(yàn)器材：朗威數(shù)字化設(shè)備、計(jì)算機(jī)、溫度傳感器兩個(gè)、燒杯一個(gè)、試管兩個(gè)、三腳架、石棉網(wǎng)、酒精燈、鐵架臺等。
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實(shí)驗(yàn)步驟：
1.將兩個(gè)溫度傳感器接入數(shù)據(jù)采集器。
2.用天平測量20g的食用油和水，分別倒入試管中。
3.將兩個(gè)試管放入盛有水的燒杯中，用水浴加熱，并將溫度傳感器的金屬探頭分別深入到試管中的相同深度。
4.打開計(jì)算表格，將兩個(gè)傳感器，記錄時(shí)間設(shè)置為5s
5.點(diǎn)燃酒精燈開始加熱，加熱時(shí)間相同，點(diǎn)擊結(jié)束，得出兩組數(shù)據(jù)。
6.利用繪圖工具，設(shè)置X軸為時(shí)間，Y軸為溫度，將兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制在同一坐標(biāo)中。
朗威數(shù)字化設(shè)備在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中便捷高效，直觀明了，有助于根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)拓展學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，今后教學(xué)中將進(jìn)一步加以推廣應(yīng)用，以此完成更多的實(shí)驗(yàn)探究。
第四篇：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐與思考
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐與思考
天津市紅橋區(qū)五愛道風(fēng)光里55號紅橋教育中心 孫鴻毅
摘要：隨著國家新一輪課程教材改革的推進(jìn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入課堂，打造出信息技術(shù)與物理教學(xué)整合的新型教學(xué)模式。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)以傳感器和計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，結(jié)合傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集之后用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，通過數(shù)據(jù)圖表和圖象展示現(xiàn)象、揭示規(guī)律。從2005年10月起我們將傳感器引入高中物理教學(xué)，經(jīng)過一年的探索，分別在力、熱、電三方面選取典型課例進(jìn)行了實(shí)踐。本文試從教研員的角度，就引領(lǐng)老師們進(jìn)行實(shí)踐課例的探索，提出數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的方式、效果和值得注意的問題，以與同行切磋和研討。
關(guān)鍵詞：傳感器 探究教學(xué) 教師水平學(xué)生能力
一、問題的提出
隨著全球信息化的飛速發(fā)展，加速推進(jìn)了我國教育現(xiàn)代化的步伐，教育的信息化是教育現(xiàn)代化的重要特征之一。《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》指出：“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實(shí)現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具?！?/p>
2004年11月在湖南召開的全國第六屆物理青年教師教學(xué)大賽上，上海和深圳選手將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室引入比賽現(xiàn)場，讓我第一次看到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的方式和效果，親身感受了信息技術(shù)與物理教學(xué)整合的新型教學(xué)模式。關(guān)注、引領(lǐng)物理教學(xué)的前沿是教研員的責(zé)任，2005年3月起，在我區(qū)教研活動中用錄象課、請傳感器公司來人示范等方式廣泛宣傳數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步激發(fā)了老師們實(shí)驗(yàn)的熱情。從2005年10月起引領(lǐng)老師們將傳感器應(yīng)用于高中物理教學(xué)的教改實(shí)驗(yàn)中。
二、對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備和結(jié)果的簡介（如圖1）
1．傳感器：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的核心部件?！案小睂⑽锢砹哭D(zhuǎn)化成電信號；“傳”將電信號傳遞到數(shù)據(jù)采集器裝置和計(jì)算機(jī)平臺。教學(xué)中常用的傳感器包括力傳感器、位移傳感器、熱傳感器、電流電壓傳感器、光傳感器、聲傳感器等等，圖中是一個(gè)位移傳感器。
2．?dāng)?shù)據(jù)采集器：采集傳感器感知的數(shù)據(jù)，并傳給計(jì)算機(jī)，可以說是傳感器與計(jì)算機(jī)連接的轉(zhuǎn)換器。
3．實(shí)驗(yàn)儀器：完成某一物理實(shí)驗(yàn)需要的儀器，如小車、導(dǎo)軌、燈泡、電源、開關(guān)、線圈、磁鐵等。
4．計(jì)算機(jī)及其內(nèi)部處理由傳感器傳遞的數(shù)據(jù)的軟件。
5．實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)中采集的數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，通過計(jì)算機(jī)顯示器直接顯示以數(shù)學(xué)方式展現(xiàn)的圖表和圖象，物理現(xiàn)象和規(guī)律通過數(shù)學(xué)的圖象和圖表呈現(xiàn)。
由此可知，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是將傳感器、計(jì)算機(jī)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)合，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的發(fā)展和數(shù)據(jù)處理的科學(xué)化，呈現(xiàn)的是真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)處理上更嚴(yán)謹(jǐn)，規(guī)范。
三、應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)典型課例分析
1．在力學(xué)中選取課例是《摩擦力》。
《摩擦力》是高中物理最重要的概念之一，新課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)的要求之一是通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識滑動摩擦、靜摩擦的規(guī)律，并能用動摩擦因數(shù)計(jì)算摩擦力。實(shí)驗(yàn)原理是讓木塊勻速運(yùn)動，應(yīng)用二力平衡的知識用拉力來反映摩擦力。
傳統(tǒng)教學(xué)中采用圖2的裝置，用彈簧秤水平拉一個(gè)放在水平長木板上的木塊，學(xué)生通過觀察木塊從不動到運(yùn)動的過程中彈簧秤示數(shù)的變化，來認(rèn)識摩擦力。但由于儀器較粗糙，數(shù)據(jù)的變化不易看得很清楚，本實(shí)驗(yàn)大多情況下作為了一種模糊的定性研究。用傳感器參與本實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)原理不變。但圖2中的彈簧稱換為力傳感器效果也不好。于是我們想到用圖3的裝置，將力傳感器固定，感知力的一端通過一段彈性不大的細(xì)繩與木塊連接做本實(shí)驗(yàn)，這樣木塊始終與地保持相對靜止。拉動木板，在剛加拉力時(shí)木塊與木板有相對運(yùn)動趨勢，木塊與木板間有靜摩擦力，木板運(yùn)動起來，木塊與木板有滑動摩擦力，由于木塊始終相對靜止，因此各個(gè)時(shí)刻的拉力就反映了對應(yīng)的摩擦力。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，木塊抽動過程中拉力的變化以圖4中的紅線形式展示。這樣木塊由不動到運(yùn)動中摩擦力的變化就通過拉力變化的圖線清楚的呈現(xiàn)給學(xué)生。
對圖象做進(jìn)一步分析看出圖中的①表明木塊還未受到拉力時(shí)完全靜止的一個(gè)過程，木塊受拉力為零，因此摩擦力為零。圖中②體現(xiàn)木塊與木板相對靜止時(shí)在不動到滑動的過程中靜摩擦力隨拉力的增大而增大，圖中③是物體動與不動的分界點(diǎn)，此時(shí)的摩擦力是最大靜摩擦力，圖中④體現(xiàn)的是物體的運(yùn)動過程，圖中清楚顯示滑動摩擦力小于最大靜摩擦力，且在運(yùn)動中保持一個(gè)定值。所以通過圖4的完整圖線很好的反映了學(xué)生認(rèn)識摩擦力的第一個(gè)層次──感知摩擦力。
第二層次是在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研究正壓力和接觸面的粗糙程度對滑動摩擦力的影響。圖5對應(yīng)的是木塊放在毛玻璃表面，圖6是木塊放在包裝紙的表面。兩圖表格中的“平均”顯示的是在毛玻璃表面分別施加三個(gè)壓力和在包裝紙表面分別施加同樣的三個(gè)壓力實(shí)驗(yàn)時(shí)滑動中對應(yīng)的拉力大小，也就反映了各次滑動摩擦力的大小。測量木塊重1．5N，在木塊上依次加250 g砝碼，使正壓力依次為1．5 N，4 N，6．5 N。再將得到的數(shù)據(jù)用Excel處理得到的如圖7的圖、表，這樣處理本實(shí)驗(yàn)既分析出滑動摩擦力與正壓力間的正比例關(guān)系，又知道這個(gè)比例系數(shù)由接觸面的粗糙程度決定，更可以算出相應(yīng)的動摩擦因數(shù)，且控制變量法也一目了然。
由以上分析可以看出，傳感器的介入提升了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的層次。圖象的展示進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力和分析能力，讓教師無須語言的贅述，學(xué)生對摩擦力的認(rèn)識通過理性的數(shù)學(xué)分析得出，使學(xué)生認(rèn)知水平得到提升，將教學(xué)內(nèi)容由過去的粗糙豐富為嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)。本課作為我區(qū)傳感器進(jìn)課堂的公開課2006年11月間在全區(qū)展示。
2．在電學(xué)中選取課例是《楞次定律》的習(xí)題課。
《楞次定律》是電磁學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。圖8是現(xiàn)用高二必修加選修第211頁A組第2題（該題和圖同時(shí)是選修3-2第31頁的第2題），題目是若條形磁鐵下無閉合線圈，磁鐵會振動較長的時(shí)間才停下來，若條形磁鐵下有閉合線圈，磁鐵振動會較快的停下來，要求解釋此現(xiàn)象。
我們將本題開發(fā)成實(shí)驗(yàn)，作為《楞次定律》一節(jié)中的一個(gè)理解楞次定律電流方向的判定和能量轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)。將圖8按照圖9組裝，可以得出圖10的圖象。從圖中清楚的顯示出隨時(shí)間的延長，線圈中感應(yīng)電流在衰減，并對感應(yīng)電流的方向有了明確的認(rèn)識。圖10還可以進(jìn)一步應(yīng)用到這一章的“渦流”一節(jié)，使學(xué)生對“電磁阻尼”的理解困難迎刃而解。
本實(shí)驗(yàn)曾引起了學(xué)生的極大興趣，學(xué)生們自己組裝實(shí)驗(yàn)，并從實(shí)驗(yàn)開始就認(rèn)真盯著大屏幕逐漸顯示出的圖象，當(dāng)磁鐵停止振動后都很認(rèn)真的讀著數(shù)據(jù)，熱烈地討論圖象的物理意義，對楞次定律有了更進(jìn)一步的理解。電流傳感器在本節(jié)課的應(yīng)用可以捕捉到瞬間感應(yīng)電流的大小和方向。本節(jié)課參加2006年7月在深圳召開的第四屆“全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐活動”評比，獲得一等獎。
3．在熱學(xué)中選取課例是《內(nèi)能的改變 熱量》。
圖11展示的是用熱傳感器反映氣體內(nèi)能變化的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的主要器材是一根被改制的自行車內(nèi)胎，即用緊箍和一段玻璃管與車胎組成密閉容器，將溫度傳感器伸入到玻璃管中，以便學(xué)生能夠觀察到傳感器。圖12是得到的數(shù)據(jù)圖，當(dāng)用手握住玻璃管部分，由于熱量的傳遞，管內(nèi)溫度升高通過氣體傳給傳感器，圖線中①反映了這一過程，圖線中②反映移開手后的降溫過程，圖中①、②共同反映了熱傳遞改變內(nèi)能的過程。而圖中③部分是對車胎放氣顯出的溫度變化，④是放氣過程結(jié)束，溫度向室溫恢復(fù)。當(dāng)用打氣筒給車胎打氣，圖中⑤明顯反映了對氣體做功引起物體內(nèi)能增大，溫度升高。這樣不易感知的溫度變化通過圖線帶給學(xué)生深刻的感受。
四、對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)入物理教學(xué)的思考
1．轉(zhuǎn)化教師觀念，正確理解信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的內(nèi)涵。
實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ)，每一個(gè)物理概念和規(guī)律都是建立在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中由于儀器的落后以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，很多物理實(shí)驗(yàn)只能做定性分析，教師讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，啟發(fā)學(xué)生對現(xiàn)象進(jìn)行推理、分析最后得出正確的結(jié)論。雖然推理是物理研究的重要方法之一，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析推理能力，但教學(xué)中大量使用不僅會讓老師的動手能力下降，學(xué)生更看不到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)，難以真正理解物理的學(xué)習(xí)實(shí)質(zhì)。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使教師認(rèn)識到，教育的信息化不是簡單的把課堂搬個(gè)家，而是通過信息技術(shù)手段，使教育資源配置更優(yōu)化，教學(xué)過程更高效。信息技術(shù)不是作為輔助教師教學(xué)的演示工具，而是要實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的“融合”，要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問題、協(xié)作討論、解決問題和構(gòu)建知識的認(rèn)知工具。
2．鞏固物理實(shí)驗(yàn)的地位，促進(jìn)教師的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治鏊降奶嵘?，讓教研落到?shí)處。
傳感器只是一個(gè)傳遞信號的儀器，圖像也只是一個(gè)圖片，但教師要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識圖象，挖掘圖象的含義，這就為教師發(fā)揮自己的能力提供了廣闊的平臺。同時(shí)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)也為教研活動開辟了新的道路。
在準(zhǔn)備《摩擦力》一節(jié)時(shí)，我和參與教師都表現(xiàn)出極大的興趣，一遍又一遍在不同的接觸面上做實(shí)驗(yàn)，最后確定了接觸面分別用毛玻璃和一種包裝紙。會后引進(jìn)傳感器的學(xué)校高一年級教師都用這種方法講授了這一節(jié)，完成了新課標(biāo)的要求，也在學(xué)生中引起極大的興趣，無形中提高了物理教學(xué)的實(shí)效性。
用熱傳感器反映氣體內(nèi)能變化的實(shí)驗(yàn)儀器，最初是傳感器公司提供給我們的。但當(dāng)授課教師通過《內(nèi)能的改變 熱量》一節(jié)展示出來的時(shí)候，教師們的驚奇和贊嘆表露無疑。課后上交的評課記錄上老師們都很深刻的寫下了對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識，青年教師更寫出了愿意多參加并參與到這樣的活動中來提高自己實(shí)驗(yàn)和分析能力的愿望。
3．深化探究教學(xué)，著眼于科學(xué)方法的教育，培養(yǎng)學(xué)生研究問題的科學(xué)習(xí)慣。
新課程理念之一是“注重科學(xué)探究，提倡學(xué)習(xí)方式多樣化”。從《摩擦力》一節(jié)分析可知，對物理概念的建立，物理規(guī)律的形成過程需要學(xué)生揣摩的實(shí)驗(yàn)，引入傳感器會收到事半功倍的作用。同時(shí)引入傳感器可以開發(fā)課本資源，變課本習(xí)題為實(shí)驗(yàn)，深入挖掘習(xí)題蘊(yùn)涵的道理，可以改進(jìn)原來做不出的實(shí)驗(yàn)。這樣又為物理學(xué)科的研究性學(xué)習(xí)提供了內(nèi)容。
傳感器的引入更強(qiáng)化了用數(shù)學(xué)分析物理問題的意識，讓物理實(shí)驗(yàn)具有更高的真實(shí)性，讓學(xué)生對科學(xué)方法有了親身體驗(yàn)。物理學(xué)的發(fā)展離不開數(shù)學(xué)，學(xué)好高中物理更離不開數(shù)學(xué)。愛因斯坦說過，數(shù)學(xué)給予精密的自然科學(xué)以某種程度的可靠性，沒有數(shù)學(xué)，那些學(xué)科是達(dá)不到那么高的可靠性的。圖象的充分利用是強(qiáng)化數(shù)學(xué)在物理教學(xué)中的作用的一個(gè)重要體現(xiàn)。如上面所述，溫度給人們的感覺一直是親身體驗(yàn)的冷熱程度，而應(yīng)用傳感器，使學(xué)生學(xué)習(xí)到另一種感知事物的方式，那就是真實(shí)的數(shù)據(jù)同樣會令人有身臨其境的體驗(yàn)。久而久之會讓學(xué)生養(yǎng)成一種研究問題通過“現(xiàn)象──實(shí)驗(yàn)──數(shù)據(jù)”的科學(xué)習(xí)慣。
4．喚起學(xué)生的問題意識，教會學(xué)生思維，大大提高科學(xué)探究過程的實(shí)效。
探究式教學(xué)是以探索、研究物理規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)驗(yàn)活動為中心，以學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展探究能力的培養(yǎng)為根本的一種教學(xué)方法。探究式教學(xué)強(qiáng)調(diào)“猜想—驗(yàn)證—?dú)w納”的科學(xué)探究過程。普通實(shí)驗(yàn)的定性研究和引入傳感器的定量研究相結(jié)合，教師通過對比，使學(xué)生做有知的猜測，可以鼓勵學(xué)生積極參與，喚起學(xué)生對問題解決過程的認(rèn)識，有助于開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力，并教會他應(yīng)對某一具體情況下可能需要的知識。實(shí)驗(yàn)證明，學(xué)生比教師接受數(shù)字化實(shí)驗(yàn)更快?！赌Σ亮Α方虒W(xué)中學(xué)生對圖5中物塊從要動到運(yùn)動之間不規(guī)則變化的曲線提出了疑問，在教師的引導(dǎo)下認(rèn)識到這是由于板在拉動中細(xì)繩抖動造成的不穩(wěn)定。
5．突出教師的主導(dǎo)地位，尊重學(xué)生的個(gè)體差異，讓每一位學(xué)生都體驗(yàn)不同程度的成功，并能在同伴互助中取得更大的進(jìn)步。
傳感器引入物理教學(xué)，更利于教師主導(dǎo)地位的體現(xiàn)。教師只要教會學(xué)生處理數(shù)據(jù)的方法，再遇到類似問題，只要做到點(diǎn)撥和指導(dǎo)，讓學(xué)生在研究和歸納的過程中感性地理解物理變化及其規(guī)律，這樣學(xué)生最終不僅可以更深入地理解物理學(xué)的現(xiàn)象，而且可以學(xué)會物理學(xué)的一種精神，即獨(dú)立思考、大膽假設(shè)和嚴(yán)謹(jǐn)探索實(shí)驗(yàn)的科學(xué)精神。
一幅圖擺在學(xué)生面前，不同程度的學(xué)生會有不同的理解，但只要看出相關(guān)的問題，教師就可以給予肯定，盡可能調(diào)動學(xué)生的積極性；在同學(xué)們對解決問題的討論中切磋，懂得互助，學(xué)會合作。
6．新儀器是時(shí)代進(jìn)步的產(chǎn)物，推動教師腳踏實(shí)地的研究它，同時(shí)促進(jìn)自己應(yīng)對課堂的綜合能力的再提高。
現(xiàn)代技術(shù)的不斷提高，給教師帶了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，教師要在新課程中體現(xiàn)自身的價(jià)值就必須再學(xué)習(xí)，必須接受新儀器，新手段。學(xué)會對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“再挖掘”，為開發(fā)其潛在的教育和教學(xué)功能作好充分的研究。
新技術(shù)的使用不是花架子，它的使用豐富了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，在科學(xué)的基礎(chǔ)上使實(shí)驗(yàn)有新的發(fā)展，并且豐富了學(xué)生的視野、開闊了他們的思路。但新技術(shù)的使用，對于剛剛接觸這種研究手段的學(xué)生來說，理解起來會有困難，因此教師應(yīng)該注重引導(dǎo)，循序漸進(jìn)，對新儀器以及使用新儀器采集到的相關(guān)信息進(jìn)行及時(shí)解釋。
值得注意的是，越在以現(xiàn)代技術(shù)手段為支撐的教學(xué)活動中，協(xié)調(diào)好師、生與媒體三者之間的關(guān)系越顯得尤為關(guān)鍵。由于媒體的影響，學(xué)生的注意力極有可能從教學(xué)活動中游離出來，從而影響教學(xué)，因此必須加強(qiáng)對學(xué)生活動的引導(dǎo)與控制，做到收放自如，使教學(xué)活而不亂。
綜上所述我們感到，課程改革是隨著社會發(fā)展、時(shí)代進(jìn)步的必然進(jìn)程，課程改革促進(jìn)了教師再發(fā)展。新的教學(xué)模式需要教師的探索，新儀器需要教師的研究，只有教師將自己的思想與教學(xué)行為提升到與時(shí)代同步，才能帶動學(xué)生的發(fā)展，才能讓中學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐精神和創(chuàng)新意識得到發(fā)生和發(fā)展。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器的使用讓學(xué)生的思維達(dá)到了更高的層次，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在我區(qū)僅僅是個(gè)開始，今后我們會繼續(xù)將融入信息技術(shù)的探究課堂深入研究下去，以期得到更好的課堂改革經(jīng)驗(yàn)，在課堂教學(xué)的實(shí)效性上的到更好的成果。
參考資料：
1．郅庭瑾．《教會學(xué)生思維》．教育科學(xué)出版社．2001年版
2．廖伯琴 張大昌．《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）解讀》．湖北教育出版社
基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)拓展的研究山東省鄒平縣第一中學(xué)
李進(jìn) 摘要：從實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜齻€(gè)角度論述運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展，提出從多個(gè)角度對物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展研究是探索數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與物理課程整合的有效途徑之一。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 物理實(shí)驗(yàn) 物理實(shí)驗(yàn)拓展
實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容和手段，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生能力的有效途徑。信息化21世紀(jì)的標(biāo)志，是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的大趨勢，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)為核心的信息技術(shù)已成為拓展人類思維的創(chuàng)造性工具。在基礎(chǔ)物理教學(xué)領(lǐng)域，信息技術(shù)與物理課程整合日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，并取得了豐富的理論與實(shí)踐成果。
一、問題的提出
1．信息技術(shù)與物理課程的整合的意義
信息技術(shù)與課程整合的內(nèi)涵要求運(yùn)用信息技術(shù)作為工具，使課程內(nèi)容的呈現(xiàn)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、教師的教學(xué)方式和師生的互動方式實(shí)現(xiàn)全新的變革，促進(jìn)教學(xué)過程中的各個(gè)要素和環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)全面優(yōu)化。目前，信息技術(shù)與物理課程整合的方式主要有三種：以傳感器的方式進(jìn)入物理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域；以仿真模擬的方式進(jìn)入物理教學(xué)的思維領(lǐng)域；以網(wǎng)絡(luò)通信的方式進(jìn)入物理教學(xué)的交流溝通領(lǐng)域。將信息技術(shù)有效融合于物理教學(xué)過程來營造一種新型的教學(xué)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)一種既能發(fā)揮教師主導(dǎo)作用又能充分體現(xiàn)學(xué)生主體地位的以“自主、探究、合作”為特征的教與學(xué)的方式，從而把學(xué)生的主動性、積極性、創(chuàng)造性較充分地發(fā)揮出來，使學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)真正落到實(shí)處。
2．?dāng)?shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與物理課程整合的優(yōu)勢
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種全新的軟硬件一體化的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它具有多類型的傳感器、多通道的數(shù)據(jù)采集器、多樣化的自主操控平臺以及強(qiáng)大的函數(shù)圖像處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)手段數(shù)
[3]
[2]
[1]字化、測量呈現(xiàn)實(shí)時(shí)化、現(xiàn)象規(guī)律可視化、操作測量簡單化，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合，在延續(xù)傳統(tǒng)的同時(shí)超越傳統(tǒng)。
3．新課程對數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的要求
我國新一輪中學(xué)理科課程改革對信息技術(shù)尤其是基于傳感器的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室與課程整合提出了明確要求。2003年新公布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》對信息技術(shù)與物理課程整合提出：信息技術(shù)要進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)室，即重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)室，加快中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)和應(yīng)用，諸如通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。[4]高中物理新教材中的一些演示實(shí)驗(yàn)和“做一做”等欄目也出現(xiàn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用的案例?；趥鞲衅骱陀?jì)算機(jī)技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的多樣化，引導(dǎo)學(xué)生的自主探索研究，進(jìn)行廣泛的體驗(yàn)、合作和交流提供了時(shí)間和空間，DISLab曾被喬際平教授譽(yù)為“科學(xué)分配教育時(shí)空的新探索”。
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二、基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)的拓展
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)探究平臺，使學(xué)生能從數(shù)據(jù)讀取、記錄，公式運(yùn)算和圖線描繪等繁瑣的簡單勞動中解脫出來，從而有足夠的時(shí)間對物理現(xiàn)象進(jìn)行多角度的感知和多視角的探究。同時(shí)，我們要認(rèn)識到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與物理課程的有效整合需要先進(jìn)的教育思想，它的合理應(yīng)用本身就要求同時(shí)變革傳統(tǒng)教育觀念、教育思想與教育模式，代之以尊重人的主動性、首創(chuàng)性、反思性、合作性的全新的教育觀念、教育思想與教育模式。筆者認(rèn)為，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)越性的充分發(fā)揮應(yīng)基于新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，物理課堂是物理教學(xué)的主陣地，任何教學(xué)方式的改進(jìn)都應(yīng)該首先能夠服務(wù)于課堂教學(xué)。從多個(gè)角度對原有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展研究，是一個(gè)重要的研究方向。
1．實(shí)驗(yàn)儀器的拓展
實(shí)驗(yàn)儀器是物理實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)載體，實(shí)驗(yàn)儀器的有無、數(shù)量的多少、性能的優(yōu)劣直接影響實(shí)驗(yàn)效果，影響課堂教學(xué)質(zhì)量。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化，在真實(shí)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合。盡管用傳感器代替了部分測量儀表，但并沒有脫離傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，而是借助其實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢填補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中諸如微小量測量、暫態(tài)量測量等多個(gè)測量空白，這預(yù)示著它具有很強(qiáng)的拓展性。
⑴數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)儀器的整合傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取物理知識最直接的手段、最真實(shí)的經(jīng)驗(yàn)和最好的感性材料，是培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的途徑。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在延續(xù)傳統(tǒng)的同時(shí)超越傳統(tǒng)，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的拓展和延伸。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的整合應(yīng)能夠服務(wù)于學(xué)科教學(xué)，適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知水平，以發(fā)揮最優(yōu)化的教學(xué)效果。
[6]
教學(xué)活動中，我們可以使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器與DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相互配合，發(fā)揮各自優(yōu)勢。例如在“自感現(xiàn)象”的教學(xué)中，幾十年來都在使用一種成品教板，由實(shí)驗(yàn)電路圖1和圖2分別演示通電自感和斷電自感。用燈泡演示自感現(xiàn)象不能確切反映電流和電壓變化的過程，電流較小時(shí)燈泡不能發(fā)光。燈泡無極性，不能顯示電流的方向。另外，實(shí)驗(yàn)器材規(guī)格匹配性不好，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可見度低等缺點(diǎn)也會使實(shí)驗(yàn)效果不理想。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用傳感器采集電流、電壓，能實(shí)時(shí)保持實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并顯示穩(wěn)定的圖像，有效克服了上述缺憾。筆者根據(jù)圖3所示的電路，用兩個(gè)電壓傳感器分別測量兩個(gè)支路的電壓，獲得了圖4所示的圖像，圖像清晰顯示了通電自感和斷電自感過程中兩支路電壓的變化。我們還可以在支路中接入電流傳感器，分析電流的變化情況。這樣，我們在教學(xué)活動中可以先通過傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，獲得感性認(rèn)識，激發(fā)探究欲望，然后借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)深入探究自感現(xiàn)象的特點(diǎn)和規(guī)律。
另外，我們可以將傳感器與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行組合，借助原有實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理，發(fā)揮數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢。例如在探究彈簧振子的運(yùn)動規(guī)律時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生對彈簧振子的物理模型進(jìn)行拓展，分析水平方向單彈簧振子、水平方向雙彈簧振子及豎直方向的彈簧振子等。研究水平方向彈簧振子的運(yùn)動可用氣墊導(dǎo)軌（或軌道小車），將氣墊導(dǎo)軌的滑塊（或小車）上固定位移傳感器的發(fā)射器作為振子，振動過程中軌道小車的阻尼振動較氣墊導(dǎo)軌的滑塊更加明顯。研究豎直方向彈簧振子的運(yùn)動時(shí)，可直接將位移傳感器的發(fā)射器作為振子。這樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)依然來自傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)裝置，只是數(shù)據(jù)采集和分析處理的手段借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)得到顯著改觀。
⑵數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)的整合
“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)，是指選擇利用環(huán)境中“非專門化”的物質(zhì)手段，不按固定方法或形式，人為控制條件、有目的實(shí)施的觀察與探索物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動。在資源利用上，“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)是直接利用環(huán)境中“本來用途不是用來開展實(shí)驗(yàn)”的物質(zhì)資源，包括生活易得物品、材料、器具、人體自身、交通工具、建筑設(shè)施、娛樂器材等，同時(shí)包括利用研發(fā)自制的實(shí)驗(yàn)器具。采用“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)開展教學(xué)活動能夠采取靈活、簡便的方法與形式，使實(shí)驗(yàn)過程體現(xiàn)自創(chuàng)性、體驗(yàn)性、趣味性、簡易性與生活化。
筆者在教學(xué)實(shí)踐中嘗試開發(fā)“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)功能，取得很好的效果。
例如，筆者利用DISLab系統(tǒng)對探究影響彈性片振蕩周期的因素的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。此實(shí)驗(yàn)原采用圖5所示的裝置分析彈性片長度和質(zhì)量對振動周期的影響。通過實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，其實(shí)驗(yàn)裝置尚有不足之處：其一，將鋼尺插在紙盒的縫隙中，還需要將紙盒通過某種方式固定牢固；其二，鋼尺只是插在紙盒的縫隙中，在振蕩時(shí)難以保證鋼尺伸出的長度不變，并且多次使用后紙盒縫隙處難免不被撕裂；其三，在鋼尺上固定毛筆以及通過插橡皮塊改變質(zhì)量等方面操作很不方便。筆者就地取材，使用實(shí)驗(yàn)室中的臺虎鉗固定彈性片，通過在鋼尺上吸附磁鐵塊來改變質(zhì)量，器材組裝如圖6。
[8][9]
[7]
另外筆者認(rèn)為，自制教具價(jià)格低廉，易于普及；簡單明了，易于揭示物理規(guī)律的本質(zhì)特征；而且易于使學(xué)生感到親切，其中含有許多富有創(chuàng)造性的因素，因此因校制宜地發(fā)動任課教師創(chuàng)造教具，具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。
筆者用飲料瓶、輸液管、泡沫盒等自制一套實(shí)驗(yàn)裝置，配合DISLab力傳感器（見圖7）借助其動態(tài)波形數(shù)據(jù)采集、求平均值、鼠標(biāo)顯示坐標(biāo)值等功能對教材中分子間作用力實(shí)驗(yàn)（見圖8）進(jìn)行改進(jìn)，利用力傳感器高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器微型化，直觀顯示出分子間作用力的存在，并且更換玻璃板、有機(jī)玻璃板、鋁板，采集到同樣的波形（見圖9），進(jìn)一步證明了分子間作用力的普遍性。
[10]
⑶數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與虛擬儀器的整合
隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，許多虛擬儀器的產(chǎn)生為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的活力。利用虛擬儀器做實(shí)驗(yàn)，可以自行設(shè)置各種參數(shù)，以控制其達(dá)到理想的效果。曾有教師利用虛擬示波器軟件與DISLab有效整合進(jìn)行聲波干涉實(shí)驗(yàn)有效克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，取得很好的效果。[11]虛擬儀器的應(yīng)用突破了現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的限制，排除了各種干擾因素對實(shí)驗(yàn)的影響，它與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的整合值得深入研究。
2．對實(shí)驗(yàn)原理的拓展
實(shí)驗(yàn)原理，體現(xiàn)著物理思維，因此對實(shí)驗(yàn)原理的拓展，有利于訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。對實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行拓展，應(yīng)該廣泛考慮學(xué)科內(nèi)外各部分知識之間的聯(lián)系，綜合運(yùn)用各種實(shí)驗(yàn)思想和實(shí)驗(yàn)手段以達(dá)到最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)效果。
在上述探究影響彈性片振蕩周期的因素的實(shí)驗(yàn)中，用圖5所示的裝置獲得圖10所示的振動圖像，這種采用較為傳統(tǒng)的留跡法獲得彈性片振動周期的方法存在一定的局限性。筆者使用磁傳感器和微電流傳感器，將彈性片的振動轉(zhuǎn)化為磁感應(yīng)強(qiáng)度和感應(yīng)電流的周期性變化，通過易測量量獲得難測量量，有效突破了操作難點(diǎn)。圖11和圖12分別是磁感應(yīng)強(qiáng)度和感應(yīng)電流周期性變化的圖像，它們都可以反映彈性片的周期性振動。該實(shí)驗(yàn)采用電磁學(xué)的知識和測量手段來研究振動問題為物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)研究提供了很好的思路。
此外，筆者從開發(fā)組合實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生思維的理念出發(fā)開發(fā)出“探究彈簧振子的振動圖像”、“探究聲波的振動圖像”、“探究轉(zhuǎn)速的測量”等系列實(shí)驗(yàn)，使用不同的傳感器對同一物理現(xiàn)象進(jìn)行探究，學(xué)生在探究過程中不斷深化對學(xué)科知識之間的聯(lián)系，體驗(yàn)物理學(xué)思維方法的無窮魅力。以“探究彈簧振子的振動圖像”為例，筆者除采用位移傳感器外，還采用了磁傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、力傳感器、微電流傳感器等配合相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置獲得了不同的振動圖像，見圖13。這種多側(cè)面、多角度地研究同一物理現(xiàn)象，使學(xué)生體會到科學(xué)研究領(lǐng)域的“殊途同歸”。
3．對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐卣?/p>
傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對教材中的實(shí)驗(yàn)往往采取簡單的“拿來主義”，機(jī)械地按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行操作，無法深入鍛煉學(xué)生的探究能力。因此，在完成常規(guī)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的前提下，教師可以根據(jù)學(xué)生的知識水平對實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪M(jìn)行拓展，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
例如，在探究通電螺線管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生很容易想到用磁傳感器直接探測通電螺線管內(nèi)部磁場，如圖14所示，我們可以得到磁場強(qiáng)度的變化圖像。在此基礎(chǔ)上我們可以提出，能否直接獲得磁感應(yīng)強(qiáng)度與探測深度的關(guān)系圖像呢？學(xué)生受到啟發(fā)，想到將磁傳感器與位移傳感器組合的方法，如圖15所示。那如何分析通電螺線管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度與電流的關(guān)系呢？學(xué)生很快想到用磁傳感器與電流傳感器組合。隨著對實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡闹鸩酵卣?，學(xué)生對物理現(xiàn)象的認(rèn)識逐步加深，探究物理現(xiàn)象的興趣逐步提高。在此基礎(chǔ)上還可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考：什么是勻強(qiáng)磁場？獲得勻強(qiáng)磁場需要螺線管具備怎樣的特征？學(xué)生提出假設(shè)，不斷改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置來加以驗(yàn)證，使學(xué)生在獲取知識的過程中體驗(yàn)物理學(xué)的魅力。
再如，在“電容器和電容”的教學(xué)活動中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)是利用平行板電容器與驗(yàn)電器組合，采用控制變量法來定性地分析電容的影響因素。該實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求很高，很難獲得理想的實(shí)驗(yàn)效果，無法顯示電容器充放電過程中電流、電壓的變化，無法研究電量與電壓之間的定量關(guān)系。運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以快速獲得電流、電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系圖像，通過積分運(yùn)算獲得電量的數(shù)值，進(jìn)而驗(yàn)證電容公式的正確性。這樣將定性實(shí)驗(yàn)上升為定量實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生對電容器的工作原理有了較全面的認(rèn)識之后，我們還可以通過分析圖像的細(xì)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識日常生活中電容器在儲能、延時(shí)等方面的應(yīng)用。
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)作為一種實(shí)驗(yàn)工具可以從多個(gè)角度加以拓展，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生多角度、全方位地認(rèn)識物理規(guī)律不僅有助于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)儀器的使用規(guī)律和物理學(xué)的研究方法，還能夠促使其推而廣之，將上述思想方法應(yīng)用于其它學(xué)科的學(xué)習(xí)以及日常的生產(chǎn)、生活之中。
三、結(jié)束語
在教學(xué)活動中，為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的，教學(xué)主體總是要采用一定的手段作用于對象。教學(xué)手段是教學(xué)活動不可缺少的組成部分。
[12]
數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)為物理教學(xué)提供了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，但它并不代表先進(jìn)的教學(xué)思想。先進(jìn)的教育技術(shù)手段與先進(jìn)的教學(xué)思想有機(jī)融合才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)與課程的充分整合。因此，教師在教學(xué)活動中不能單純的注重教學(xué)手段的先進(jìn)，更要重視教學(xué)思想的轉(zhuǎn)變，重視教學(xué)過程和學(xué)生學(xué)習(xí)過程的研究?；跀?shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)的拓展體現(xiàn)著先進(jìn)的教學(xué)思想，這有待于更多的一線教師從更廣泛的角度去研究。
第五篇：物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的待解決問題
物理數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題
一、教師端和學(xué)生端的控制轉(zhuǎn)換操作如何進(jìn)行？（上次來的專家沒給我們演示
一下，我們還是操作出現(xiàn)困難）
主要問題是：
1、教師主機(jī)對學(xué)生分機(jī)控制與交流，2、學(xué)生提交作業(yè)和批閱
3、教師端給學(xué)生反饋的信息回復(fù)
4、如何在大屏幕上展示學(xué)生提交的作業(yè)出現(xiàn)的問題
二、通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作發(fā)現(xiàn)的問題：
實(shí)驗(yàn)1 靜摩擦力研究
【實(shí)驗(yàn)裝置示意圖】
【實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題】
1、實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)圖像比較粗糙，是一簇糾纏在一起的“麻繩”狀粗線條，如圖：
2、實(shí)驗(yàn)配套的摩擦塊只有2塊（各為100g的金屬扁盤），這樣得到的f-FN圖像數(shù)據(jù)點(diǎn)只有
12個(gè)，理論上無法嚴(yán)格證明滑動摩擦力f和正壓力FN的線性關(guān)系。（我們解決的方案是在扁盤上加放50g的砝碼，從1個(gè)加到3個(gè)，這樣可以增加數(shù)據(jù)點(diǎn)的個(gè)數(shù)）。
3、根據(jù)實(shí)驗(yàn)表格中的數(shù)據(jù)，通過電腦自動擬合得到的f-FN圖像雖然符合很好的線性關(guān)系，但是直線并沒有過原點(diǎn)，這樣就無法解釋f＝μFN的正比例關(guān)系。如圖：
實(shí)驗(yàn)2 從v-t圖求加速度
【實(shí)驗(yàn)裝置示意圖】
【實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題】
1、試驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)圖像不夠平滑，一開始有反向圖線，或者有突然“跳動”的圖線。跟說明書上示范的圖像有很大差距。
實(shí)驗(yàn)說明中的示范數(shù)據(jù)圖像
我們實(shí)際操作的數(shù)據(jù)圖像
實(shí)驗(yàn)3 分壓與限流
【實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題】
按照說明書上此實(shí)驗(yàn)需要兩個(gè)電壓傳感器，但是實(shí)際只給配了一個(gè)電壓傳感器，所以該實(shí)驗(yàn)無法正常操作。
實(shí)驗(yàn)4測定小燈泡的伏安特性和測定電源電動勢內(nèi)電阻，實(shí)驗(yàn)過程中存在問題：
1、質(zhì)量不穩(wěn)定：
2013年9月實(shí)驗(yàn)的過程中，有大部分電流傳感器和電壓傳感器質(zhì)量不穩(wěn)定，用一下就出問題了，使用過程中發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)時(shí)有時(shí)存在一些莫名的錯誤提示，有時(shí)只能用重啟電腦來解決，有時(shí)重裝那個(gè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)文件才能解決問題，所以在實(shí)驗(yàn)過程中可能會出現(xiàn)一些不確定因素影響實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。
2、用傳感器做實(shí)驗(yàn)就象用電腦一樣偶然因素太多，可能因軟件或其他原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)過程中出錯或死機(jī)。
3、傳感器在操作中有時(shí)會出現(xiàn)不計(jì)數(shù)現(xiàn)象，不是接觸不良的問題，需要把程序重新啟動就計(jì)數(shù)了，是什么原因？
4、電學(xué)實(shí)驗(yàn)歐姆定律的實(shí)驗(yàn)中，在計(jì)數(shù)和處理圖像擬合時(shí)，有時(shí)圖像會跑到第三象限調(diào)不過來？
實(shí)驗(yàn)5利用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)測定波長
在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，在得到干涉圖樣后，根據(jù)公式計(jì)算波長時(shí)數(shù)據(jù)輸入不進(jìn)去，得不到最終數(shù)值結(jié)果
實(shí)驗(yàn)6《平拋運(yùn)動》的實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)質(zhì)量不穩(wěn)定：2013年4月實(shí)驗(yàn)的過程中，有時(shí)數(shù)據(jù)采集不到 在數(shù)據(jù)采集和操作上需培訓(xùn)
實(shí)驗(yàn)7《運(yùn)動的合成和分解》的實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)裝置組裝不成功，裝置樣本圖太簡單，老師們裝不起來
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