高中物理教學論文 TI技術與物理探索活動

1、TI技術與物理探索活動 內容提要：物理教育要想面向現(xiàn)代化，必須要有新技術的輔助。TI技術由于其強大的功能、較強的適用性和易于操作，為我們教師和學生提供了進行物理研究和探索的可能性。關鍵詞：新技術，TI技術，探索，研究，圖形計算器(Graphing Calculator) 一、問題的提出我們正面臨著一個知識經(jīng)濟的時代，一個經(jīng)濟全球化的時代，一個人類遺傳密碼¾基因即將解碼的時代，在這些過程中新技術起著關鍵的作用。我們的教育正是在這樣一個大背景之下，面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，作為一個教育工作者，要思考的問題很多。而身為物理教育工作者，更應努力面對新技術給我們帶來的問題和思考

2、。在新技術的影響下，我們更有理由反思傳統(tǒng)意義下的物理，尤其是學校物理課程的內容，反思我們在實施教育過程中，傳達給學生或指導給學生什么樣的物理取向。在新的課程標準中，物理課程是要讓學生學習初步的物理知識與技能，經(jīng)歷基本的科學探索過程，受到科學態(tài)度和科學精神的熏陶；它是以提高全體學生的科學素質、促進學生的全面發(fā)展為目標的自然學科基礎課程。在新課程標準中，讓學生經(jīng)歷科學探究的過程，學習科學研究方法培養(yǎng)學生的勃勃精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識。改革以書本為主、實驗為輔的教學模式，提倡多樣化的教學方法，鼓勵將信息技術、各種新技術滲透于物理教學之中。那么，如何來培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力？必須采用一系列的措

3、施，包括改革課程設置，改革學習方式，改革教學技術等。其中學生的學習方式是非常重要的，使學生既會接受性學習，又會研究性學習。研究性學習是指學生會發(fā)現(xiàn)問題，自己發(fā)現(xiàn)問題，自己確定研究課題并進行研究的學習方式。研究性學習可以在傳統(tǒng)的學習中培養(yǎng)，也可以在現(xiàn)代的研究型課程中培養(yǎng)。為了開設好研究型課程，為了培養(yǎng)學生掌握研究性學習的方式，不僅要有研究方法的指導，不要有現(xiàn)代技術的支持。因為新技術在人們認識世界的進程中，進一步拓展了我們識別事物所用的"五官"¾¾它們是我們通常意義上認識事物的最直接的手段。我們無不認識到，每一次技術的創(chuàng)新都會使我們更接近理解世界和事物本質。

4、正是借助于新技術，我們才有可能去完成科學的新的探索。因為利用新技術，我們老師和學生會在不斷的物理探索過程之中，"看到"以往只能想象的物理，"做"以往不可能做的物理。在此探索進程之中，不同的個體會產(chǎn)生不同的想法，甚至可能是"錯誤"觀點，但是這些是他們真實而具體地觀點。二、TI技術簡介美國德州儀器（TI）公司獲得國際教育界公認的產(chǎn)品之一是以圖形計算器為核心的手持式教學工具。這種手持式教學儀器工具包括“TI圖形計算器”、“以計算器為基礎的實驗室（CBL系統(tǒng)）”、各種傳感器（俗稱探頭）等。使用這種手持式教學工具的技術就稱TI技術。圖形計算器具

5、備涉及中等數(shù)學、微積分、數(shù)理統(tǒng)計的幾乎所有計算功能，以及函數(shù)作圖、幾何作圖（包括3D作圖）。加上其它軟件，如CBL與物理實驗、CBL與化學實驗等等，還可使用獲得其它功能，功能卻能與一臺計算機相媲美。利用這套TI工具和TI技術，可以方便而迅速地收集真實世界中或實驗室中的各類物理、化學、生物、環(huán)境等各種數(shù)據(jù)，如位移、速度、溫度、聲音、光、電、力、pH值等，并能方便而迅速地傳輸給圖形計算器，進行形象直觀的數(shù)學分析處理，得出實驗的結論。TI工具攜帶方便，可以帶到實驗現(xiàn)場；TI收信處理數(shù)據(jù)迅速，可以當場進行分析處理，驗證不同的假設或結論；在資源共享與交換方面，圖形計算器之間、圖形計算器與計算機之間都可以

6、進行數(shù)據(jù)、圖象和程序等的傳輸；圖形計算器使用穩(wěn)定，不易死機，具備Flash功能的計算器還可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載最新研制的軟件，可對計算器進行軟件升級。總之，TI技術已使計算器從簡單的數(shù)值計算提升到函數(shù)圖形處理、實驗數(shù)據(jù)采集處理、信息資源共享的高度，使實驗省時省力，實驗現(xiàn)象和結果更形象直觀，使教學更具有研究性、更聯(lián)系實際。它攜帶方便，在教室中與專用液晶屏合用，利用普通投影儀就可進行全班演示。三、新技術與物理探索活動TI系列設備為我們的隨時的物理學習和探索活動提供了可能。這種“Possibility”對于科學探索是不可或缺的。不同使用者對TI技術的第二次開發(fā),這里包括教師和學生，他們的探索和開發(fā)的結果

7、會有很大差異，這種差異的存在將決定他們的物理觀的不同。但他們卻有了自己的物理觀，這比什么都重要。我們利用TI技術在物理和科學學習過程中的探索中，不能盼望我們的學生在此過程中有“重大”發(fā)現(xiàn)或發(fā)明（一是因為圖形計算器的功能上的限制，二是因為它們畢竟是“學生”）。但是只要我們能夠引導學生不斷地探索，不斷地提出問題，以小見大，我們就會看到希望，看到未來。通過我校將TI技術在物理探索活動中的實施與研究表明，TI技術能夠幫助我們解決傳統(tǒng)教學中一些不能或不易解決的問題。1、使用TI技術能夠突出物理教學的“個別化”，有利于學生主體參與。物理學科的特點要求學習者在物理學習中必須進行充分、積極、主動的思維活動，物

8、理學習離開了學生的積極參與是必然失敗的。物理課能否適應學生的需要，能否使學生在課堂上自始至終地參與活動呢？使用TI技術，學生可以根據(jù)實驗目的，隨時、及時采集需要的數(shù)據(jù)，快速地完成實驗。這可以為學生提供了大量的觀察材料，這就給學生的自主學習提供了足夠的物質基礎。例如，鐘擺、吊燈運動時，具有等時性，那么它在運動時，位置的變化和速度的變化有何特點？擺動的周期又與哪些因素有關？學生利用TI圖形計算機與CBR、單擺裝置來進行了研究。首先將CBR與TI-92Plus連接（圖一），          

9、0;                         圖一                          

10、                                                  

11、                       圖二在TI-92Plus的HOME窗口上啟動“physics()”（圖二），在程序中設置探測器類型為“MOTION”（圖三），設置好采樣時間間隔和采樣數(shù)，并讓單擺運動起來，即可開始測量數(shù)據(jù)。實驗數(shù)據(jù)保存在計算器上，可以選擇“DISDANCE”、“VELOCITY”（圖四）查看位移隨和速度隨時間變化的圖象以及和擬合圖象的對比（圖五、圖

12、六）。                                                 圖三 

13、                            圖四    圖五                   

14、         圖六實踐表明使用TI技術作為傳統(tǒng)教學的補充，可以極大的調動學生的參與。2、利用TI技術便于突出教學重點，讓學生建立起準確的物理概念。TI技術進入課堂，可以使抽象的概念具體化、形象化。尤其是圖形計算器能象電腦一樣地對物體過程進行動態(tài)演示，利用這一特點可處理好許多其他教學方法難以處理的問題，并能有效的刺激學生大腦皮層的興奮，從而增強他們的直觀印象（實踐證明，人的大腦對動態(tài)畫面的印象要遠遠超過對靜止畫面的印象）這就為教師突出教學重點，給學生建立準確的物理概念，提高課堂效率和教學效果提供了一種獨特的教學手

15、段。例如，在光學的教學中，光的反射、折射定律是初中教學的重點。我們可以將反射、折射內容用圖形計算器中的幾何圖形直接反映出來，根據(jù)圖形的特點，學習反射定律、折射定律，這樣可使學生借助直觀圖形有更感性的認識。                                  

16、;      圖七                                   圖八圖七可以用來學習反射光線、折射光線、法線、入射角、反射角等概念。然后使用動態(tài)效果，可顯示總結反射定律的內容。光線由空氣

17、向玻璃中射入時，在界面上發(fā)生折射現(xiàn)象。圖八可以用來學習折射概念和折射定律。3、使用圖形計算器可幫助教師突破教學難點。教學難點的形成來自兩個方面，一是對學生而言，教學內容顯得艱難，二是教學手段不得力，防礙學生接受。突破難點的有效方法是變革教學手段，而這正是TI技術輔助教學的著眼點。例如，在學習了光的照度知識后，由于沒有照度計做實驗，學生難以較好地認識。我擴展了光強的知識，并指出光的強度在不同的地方是不一樣的。同照度類似，光強與距光源的距離有一定的關系，有什么樣的關系呢？我將TI-92Plus、CBL系統(tǒng)、光探測器按圖九所示的方法裝配好，啟動“Physics()”程序，設置探測器類型為“LIGHT

18、”，設置好采樣時間間隔和采樣數(shù)目，快速地做測量了教室里各處的光強，并且就利用講臺上日光燈研究了光強與隨距離變化的關系，并且得出了它的圖象（圖十）。                                      

19、0;                                                 

20、0;   圖九                           圖十一節(jié)課下來，學生歡呼雀躍，表現(xiàn)出了對新技術的濃厚興趣，并且對光強知識有了較為深刻的理解。又如，學習摩擦力是一個難點，尤其是靜摩擦力，由于它隨所施加力的變化而改變的，而用彈簧秤進行測量有一定的困難，要測量最大靜摩擦力就更困難了。我們可以TI-92Pl

21、us和CBL系統(tǒng)以及配套的力傳感器測兩物體間的靜摩擦力則顯得較為方便。并此可以進一步研究最大靜摩擦力與哪些因素有關。4、利用TI技術進一步研究性自主學習。如，在講了光從空氣進入玻璃表面上時，同時發(fā)生光的反射和折射，有學生提問：“光有一定的強度，一束光被分成兩束光，光的強度應該減弱吧？”我給學生的回答是讓他們自己做實驗，學生掌握了實驗方法后，自己很快地完成了實驗，得出了實驗結論。他們又進一步思考，當光的入射角度發(fā)生變化時，反射光和折射光的強度如何變化。由此，學生進行了一系列的自主研究學習，用自己的思維方式去認識物理和學習物理，這讓他們很興奮、很驕傲，對物理更有興趣，因為他們可以自己學習和研究。另外，利用TI技術測量數(shù)據(jù)，高效、方便，CBL的采樣精度極高，遠遠勝過傳統(tǒng)的測量儀器。例如，傳統(tǒng)的溫度計是利用液體的熱脹冷縮原理制成的，在使用時候要與被測物體充分接觸，并且等到示數(shù)穩(wěn)定后，才可讀數(shù)。而利用熱傳感器來做實驗，可隨時采樣，采樣時間間隔可達到0.01秒，在常溫下采樣精度可達到0.2。并且，在研究物體溫度變化較快的實驗中，傳統(tǒng)的溫度計就難以勝任。利用TI技術可以使我們準確而快速地做完實驗。TI-92Plus圖形計算器與CBL系統(tǒng)配上各種專用傳感器，可以完成很多實驗，可以進行更多更深入地研究和探索。CBL配套傳感器還有電壓傳感器，可以測量&#