高中物理教学论文数字化实验系统(DIS)在中学物理教学中的应用

1数字化实验系统（DIS）在中学物理教学中的应用摘要：本文首先对数字化实验室及其组成作了介绍,并介绍了数字化实验系统在中学物理教学中的功能,最后举了一个实例来说明数字化实验系统在中学物理教学中的应用.关键词：数字化实验系统；物理教学；超重和失重《普通高中·物理课程标准》明确指出：“重视将信息技术应用到物理实验室……诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等”现行高中物理教材的许多地方介绍了用传感器进行的物理实验。在教学实践中发现，数字实验系统引入课堂教学，对新课程的教学改革起到很大的促进作用。本文浅显的谈一下数字化实验系统在中学物理教学中的应用，希望能够对广大师生有所帮助。一数字化实验系统简介数字化实验系统是一个开放性的实验平台，将传感器和计算机组成多功能的测量系统，能够独立地或者与传统的仪器结合起来进行实验，通过传感器快速、高精度地实时采集数据，通过接口与计算机连接，使计算机完成数据的采集、计算、分析并展示真实的实验结果。用它们可以完成力、热、声、光、电等各类实验，提高测量的精度和作者简介：李永峰（1978-），男，运城市盐湖区人，中学物理教师。2002年7月毕业于天津大学电力系统自动化专业，，现主要从事高中物理教学工作。通讯地址：山西省运城市盐湖区第二高级职业中学李永峰联系电话：[phone].13111244547速度，完成常规仪器难以完成的实验，是深层次的信息技术与传统实验的整合。它主要有硬件和数字化实验室专用软件（用于传感器数据的采集、数据表现与数据分析）两部分构成，其中硬件包括传感器（感器的作用是把实验中测量的各种非电信号如：力、位移、光强、PH值等）转换成标准的电信号，并把这些电信号传递给采集器）、计算机和采集器（采集器是传感器与计算机的接口，它的作用是把实验中各种传感器输出的电信号转换成数字信号并输入到计算机中）构成。二数字化实验系统在中学物理教学中的功能：１．实验过程“可视化”利于学生理解物理概念实验过程可视化包括实验过程空间可视性和实验过程时间可视性。这是学生学习物理过程分析，建立物理概念，理解物理规律的认知基础，是学会处理物理问题的关键所在。传统的教学方法与实验难以再现相关的物理现象与过程时，运用数字化实验系统创设问题情景（如弹簧振子F-t、x-t关系）在情境中，学生根据情景的再现来观察事物的现象，通过现象的分析与思考，从而为建立相应的物理概念提供经验基础。２．数据处理能力强大，利于学生分析物理过程数字实验系统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，将数据反映成图象来描述瞬间量的变化过程（如在弹簧振子的振动实验直观显示F-t，x-t动态图象）。让学生在定性与定量的分析相结合的基础上来认识物理过程。让学生在认识物理过程的过程中逐步形成分析物理过程的能力。3．学生自主的时间增多，利于实施探究教学传统实验探究将占去了大部分时间，根本没有足够的时间让学生充分自由表达、质疑和提问。而数字化实验由传感器和数据采集器代替人眼读取数据，用计算机软件取代纸笔方式手工记录数据，计算机软件代替人脑对数据进行简单统计、处理和分析，使学生摆脱了繁琐的计算2过程，能够直接把测量数据的变化过程通过“待测物理量──时间”图象直接显示出来，直观地看出物理量之间的变化关系，使学生摆脱了手工作图的繁琐和作图不准确而造成的实验错误，从而让学生能够将更多的时间、心力用于实验设计，用于探究和分析，用于验证和修改假设，从而有利于探究教学的实施。4给学生的课题研究提供了工具利于学生创新意识的培养在使用数字实验系统之前，学生总是苦思冥想找课题，费尽心机找器材，这是研究性学习过程中的普遍现象。有了DIS和配套的专用和通用实验软件，循着拿着器材找课题的思路，不仅让课堂教学内容得到了延伸，而且使得学生开展真正意义上的探究也成为可能。5．为中学物理“互动式教学”创造了条件．在实验室中将计算机联机，可以方便地实现数据共享，在教师的指导下对各组实验结果进行比较、探讨，为开放、互动性的课堂教学创造了条件．三数字化实验系统在中学物理教学中的应用实例1数字化实验系统在中学物理教学中的应用步骤：2数字化实验系统应用实例：课题：超重与失重实验目的：（1）运用我们所学过的有关知识去研究、分析产生超重与失重的原因，更好地加深理解牛顿第二定律和拓展我们的知识面。（2）培养学生的合作精神和组织协调能力实验器材：朗威DISLab传感器、计算机、重物实验原理：用力传感器拉着重物在竖直方向上运动，通过力传感器得到拉力的大小，分析这个拉力大小与重物运动的加速度之间的关系。实验步骤：（1）将力传感器接入数据采集器，选择“示波”显示方向（2）握住传感器的手柄，使其测钩竖直向下，点击“调零”；（3）将重物（6N左右）悬挂在力传感器测钩上；（4）手持悬挂有重物的力传感器，沿垂直于地面的方向加速升降，观察波形变化（5）点击“停止”，回放“F-t”图线（6）根据实验获得的“F-t”图线，分析推断该图线不同区段所对应的运动状态，对我们实验之前的猜想（超重和失重的原因）加以验证；3数据分析：图中水平段的图线表示重力大小，AB的上升趋势表明拉力F在不断地变大，并且每一时刻拉力F都比重力大，且在B点处有最大值。因此，这一阶段的物体于超重状态。因为Fmg,由公式F-mg=ma（我们设竖直向上为正方向）得出a0且a不断变大,因此，当物体具有向上的加速度时，物体发生超重现象。在BC的拉力F虽然在不断减小，但拉力F仍然大于重力，因此，物体还是发生超重现象。CD的下降趋势表明拉力F在不断地变小，并且每一时刻拉力F都比重力小，此时的物体处于失重状态。在D处有最小值，此时的拉力F=0，物体处于完全失重状态。因为Fmg，由公式F-mg=ma得a0，所以，当a0时，物体发生失重现象。在DE处的拉力F虽然在不断增大，但拉力F仍然小于重力，因此，物体还是发生失重现象。实验结论：当物体具有竖直向上的加速度时，物体处于超重状态；当物体具有竖直向下的加速度时，物体处于失重状态。学生练习：如图是用传感器完成的超重与失重的实验图线，图中哪些曲线段表示物体处于超重状态，哪些曲线段表示物体处于失重状态。由图可以发现加速度最大时，对应图中的什么位置；速度最大时，对应图中的什么位置。数字化实验系统是现代信息技术与物理课程的整合，更重要的是教育观念的一个转变，对物理课程的教学模式和内容都将产生深远的影响。中学物理教师应花足时间研究，充分发挥数字实验系统在物理课堂教学中的作用，进一步挖掘它的功能，积极培养学生的自主探究学习和创新的能力。