数字化实验在物理教学中应用的实践与思考

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1、数字化实验在物理教学中应用的实践与思考摘要：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

2、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

3、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

4、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、

5、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。第6页共6页传统教学中采用图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

6、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

7、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要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

8、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”第6页共6页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250g砝码，使正压力依次为1.5N，4N，6.5N。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