數(shù)字化實驗系統(tǒng)在中學物理教學中的應用

1、數(shù)字化實驗(shyn)系統(tǒng)在中學物理教學中的應用共二十七頁內(nèi)容提要(ni rn t yo)教學實驗的特點數(shù)字化實驗(shyn)的基本概念數(shù)字化實驗的特點數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的關系數(shù)字化實驗設計實例共二十七頁作為教學實驗一種(y zhn)類型的數(shù)字化實驗 作為教學實驗的一種類型，數(shù)字化實驗必須滿足教學實驗一般的要求教學實驗是為教學活動服務的，它的主要功能是教學功能作為教學過程(guchng)中的實驗，最重要的不在于得到某一項具體的實驗結(jié)果，而在于整個實驗和其它各個教學環(huán)節(jié)的過程(guchng)同時，既然要用數(shù)字化手段來進行某一實驗，選擇實驗課題時就應該能夠回答采用數(shù)字化手段來進行這個實驗的必要性

2、，并且在設計實驗時充分發(fā)揮數(shù)字化技術的特長 共二十七頁1教學實驗必須有鮮明的物理思想 教學實驗必須含有豐富的物理思想實驗設計要突出所研究的問題(wnt)的背景，實驗所依據(jù)的原理和研究問題所用的方法共二十七頁2教學實驗的設計要能充分展示所研究的物理過程，有效地揭露物理過程的本質(zhì)教學實驗的設計還必須(bx)給學生提供充分發(fā)揮創(chuàng)造力、想象力的空間，有一定的操作要素 共二十七頁數(shù)字化實驗系統(tǒng)(xtng)的構成 硬件: 傳感器 采集器 計算機 軟件: 對數(shù)據(jù)(shj)的采集進行控制 對所采集的數(shù)據(jù)進行處理共二十七頁數(shù)字化實驗(shyn)的特點強大的數(shù)據(jù)采集能力利用計算機，既可以對傳感器在快速變化的瞬態(tài)過

3、程中獲得的大量實驗數(shù)據(jù)進行實時采集，也可以長時間地跟蹤收集極緩慢過程的各種實驗數(shù)據(jù)數(shù)字化技術為理科教學中改造傳統(tǒng)實驗或開發(fā)(kif)以前無法進行的新實驗提供了有力的工具 共二十七頁靈活的數(shù)據(jù)處理能力通過計算機，可以對實驗過程進行控制，對大量的數(shù)據(jù)進行各種復雜的、快速的處理，例如(lr)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、曲線的擬合、誤差的計算等這就允許在實驗中嘗試改變各種條件，比較實驗的結(jié)果，為學生創(chuàng)造了一個科學探究和自主學習的環(huán)境，培養(yǎng)學生的觀察和實驗能力以及實事求是、勇于探究的科學態(tài)度 共二十七頁為互動式教學創(chuàng)造了條件 在實驗室中將(zhngjing)計算機聯(lián)機，可以方 便地實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在教師的指導下對各組實驗

4、結(jié)果進行比較、探討，為開放、互動性的課堂教學創(chuàng)造了條件 共二十七頁 數(shù)字化實驗與 傳統(tǒng)(chuntng)實驗的關系中學作為基礎教育階段，傳統(tǒng)實驗方法的訓練對學生實驗能力、科學素質(zhì)的培養(yǎng)是必不可少的 但若要研究的物理過程十分復雜，要采集或處理的數(shù)據(jù)量很多，或要通過多次改變實驗條件，對實驗過程進行深入的分析，數(shù)字化實驗手段就有強大的優(yōu)勢和廣闊的空間數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實各有長處(chng chu)和短處，二者應該是互補關系，不能互相取代 共二十七頁數(shù)字化實驗的設計(shj)原則首先(shuxin)，它必須滿足教學實驗一般的要求既然要用數(shù)字化手段來進行某一實驗，選擇實驗課題時就應該能夠回答采用數(shù)字化手段

5、來進行這個實驗的必要性，并且在設計實驗時充分發(fā)揮數(shù)字化技術的特長 共二十七頁在實驗課題的選擇上，數(shù)字化實驗比較適合用在那些(nxi)過程比較復雜的，要采集的數(shù)據(jù)量比較多的，數(shù)據(jù)處理中計算量比較大的實驗其次，在制定實驗的要求，設計實驗的過程和方法時也要盡量體現(xiàn)數(shù)字化實驗的特點 共二十七頁用數(shù)字化系統(tǒng)進行實驗時，突出的問題是數(shù)據(jù)的采集、處理（包括作圖線、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、各種計算、擬合等）都是在幕后進行的這在實際工作中可能帶來很多便利，而在教學中卻是一個缺陷因此在實驗設計中要盡可能把這些幕后的操作移到前臺來比方說需要進行物理量轉(zhuǎn)換的時候，最好由實驗者自己輸入公式；需要顯示物理圖線的時候，最好由實驗者自己選

6、擇坐標和標度；需要進行數(shù)據(jù)擬合的時候，最好由實驗者根據(jù)實驗曲線的形狀，自己選擇擬合公式等總之，那些只要點擊鼠標，立刻就自動地得到“理想”結(jié)果的最便捷的實驗，從教學角度看，效果(xiogu)是并不好的共二十七頁數(shù)字化實驗設計實例(shl)作用力與反作用力關系的研究碰撞與緩沖的研究彈簧振子運動過程的研究電容器充、放電過程的研究定值電阻伏安(f n)特性的研究電磁感應現(xiàn)象的研究交流電有效值的研究振蕩電路的研究氣體等溫過程的研究認識無線傳感器共二十七頁作用力與反作用力實驗(shyn)目的：說明物體間發(fā)生相互作用時，作用力反作用力方向相反，大小相等實驗方法：用兩個力傳感器互相對拉或?qū)?，比較兩條“力時間

7、”函數(shù)圖線共二十七頁碰撞與緩沖(hunchng)的研究實驗目的：比較緩沖物軟硬程度對沖力大小的影響驗證動量定理實驗方法：使砝碼從同一高度下落到軟硬程度不同(b tn)的緩沖墊上，通過“力時間”圖線比較沖力大小將琺碼與緩沖墊接觸過程中受到的“合力”對時間積分，說明琺碼從同一高度下落，自接觸緩沖墊到停止運動，所受合力的沖量相等共二十七頁彈簧振子運動過程(guchng)的研究實驗目的：對彈簧振子運動(yndng)過程從多個角度進行深入研究彈簧振子的運動方程彈簧振子運動過程中力、位移、速度、加速度的相位關系彈簧振子運動過程中能量的轉(zhuǎn)換用彈簧振子運動驗證牛頓第二定律共二十七頁實驗(shyn)方法：通過對

8、彈簧振子的“位移時間”圖線進行擬合求彈簧振子的運動方程通過作彈簧振子的“力、位移時間”、“力、速度時間”、“力、加速度時間”圖線，比較它們之間的相位關系通過“動能、勢能、總機械能時間”圖線，研究彈簧振子運動中能量的轉(zhuǎn)換關系通過作彈簧振子的“加速度力”圖線驗證牛頓第二定律共二十七頁電容器充、放電(fng din)過程的研究實驗(shyn)目的：觀察電容器充放電過程中電壓、電流的變化情況說明電容器所帶電量與電壓之比是只與電容器物理結(jié)構有關的常量，說明物理量“電容”的概念共二十七頁實驗方法：觀察電容器充、放電過程的“電壓時間”、“電流時間”函數(shù)圖線將電容器充、放電過程的“電流時間”圖線對時間積分，求

9、出充、放電的電量證明(zhngmng)對某一電容器來說，這電量與充電電壓之比是一個常量共二十七頁定值電阻(dinz)伏安特性的研究實驗目的：研究定值電阻的伏安特性研究定值電阻上消耗的電功率與電壓的關系實驗方法：通過對定值電阻伏安特性曲線的線性擬合，研究定值電阻上電壓、電流、電阻間的函數(shù)(hnsh)關系通過對定值電阻上“功率電壓”曲線的擬合，研究定值電阻上消耗的電功率與電壓的函數(shù)關系共二十七頁電磁感應現(xiàn)象(xinxing)的研究實驗目的：驗證電磁感應定律實驗方法：比較“磁感強度、感應電壓時間”、“磁感強度變化率、感應電壓時間”圖線，說明在電磁感應現(xiàn)象(xinxing)中電路中感應電動勢的大小只與

10、磁通量的變化率有關共二十七頁研究(ynji)交流電的有效值實驗目的：研究正弦交流電有效值與峰值間的關系實驗方法：通過用“正弦函數(shù)”對“交流電壓時間”圖線進行擬合，確認低壓交流電源輸出的是否可看作(kn zu)是正弦交流電通過對“電壓平方時間”圖線進行統(tǒng)計分析，求出在整周期內(nèi)交流電壓的“均方根”值，并求出交流電壓的峰值與“均方根”值之比共二十七頁振蕩電流的研究(ynji)實驗目的：研究“LC”振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程研究產(chǎn)生振蕩電流時電路中電壓、電流間的相位關系實驗方法：觀察“LC電路”產(chǎn)生超低頻振蕩(zhndng)的過程通過軟件慢速重放的功能研究產(chǎn)生振蕩時電路中電壓和電流間的相位關系共二十七頁氣體(qt)等溫過程的研究實驗目的：驗證一定量氣體等溫過程中壓強(yqing)與體積的關系實驗方法：通過單點輸入，作出一定量氣體“壓強體積”曲線通過對“壓強體積”曲線的擬合，驗證波義耳定律共二十七頁認識(rn shi)無線傳感器共二十七頁內(nèi)容摘要數(shù)字化實驗系統(tǒng)在中學物理教學中的應用。同時，既然要用數(shù)字化手段來進行某一實驗，選擇實驗課題時就應該能夠回答采用數(shù)字化手段來進行這個實驗的必要性，并且在設計實驗時充分發(fā)揮數(shù)字化技術的特長。數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實各有長處和短處，二