數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究蚌埠高新教育集團(tuán)實(shí)驗(yàn)中學(xué)蘇永數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用研究蚌埠高新教育集團(tuán)實(shí)驗(yàn)中學(xué)蘇永摘要：隨著國家課程教材改革的深入，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)已在高中教學(xué)普及，最近兩年我市部分初中教師也在嘗試把數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入初中物理教學(xué)中，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)實(shí)驗(yàn)器材，獲得圖像和精密的數(shù)據(jù)，從而揭示物理規(guī)律。結(jié)合初中教學(xué)的特點(diǎn)，本文就數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用效果和值得注意的問題，進(jìn)行了初步的研究。關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對比初中物理教學(xué)《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》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。”作為一名物理教師，應(yīng)該認(rèn)真思考如何在物理教學(xué)中充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢。問題的提出充分利用信息技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)已全面在高中教育教學(xué)中開展，取得了較好的教育教學(xué)效果，最近兩年隨著辦學(xué)條件的改善，部分初中學(xué)校引進(jìn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，使得數(shù)字化實(shí)驗(yàn)走進(jìn)了初中的物理課堂，2010年蚌埠實(shí)驗(yàn)學(xué)校和2011年蚌埠五中的兩位初中老師分別在蚌埠市初中物理教學(xué)研討課中，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入課堂，使得許多初中老師第一次看到數(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，進(jìn)一步激發(fā)了初中教師們利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的熱情。要不了多長時間數(shù)字化實(shí)驗(yàn)將更多的應(yīng)用于初中物理教學(xué)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成的測量、采集、處理設(shè)備和與之配套的相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器組成的實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)過程“可視化”、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)“重點(diǎn)化”、數(shù)據(jù)采集“智能化”、數(shù)據(jù)處理“智能化”的特點(diǎn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)面向高中，提升實(shí)驗(yàn)檔次，加速實(shí)現(xiàn)中學(xué)教學(xué)向國際接軌的一條途徑。以傳感器為主的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)以學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，很好地抓住了信息處理的三個重要環(huán)節(jié)（采集、處理和表達(dá)），從而有效實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與物理學(xué)科的整合。三、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對比(一)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)測伏安法小燈泡的電阻1.實(shí)驗(yàn)原理：R=U/I2．實(shí)驗(yàn)步驟：1）斷開開關(guān)，連接電路,接入電路的R調(diào)到最大

2）閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)R，讀取并記錄三組電流、電壓數(shù)據(jù)（U≤U額）

3）計(jì)算小燈泡阻值

3.分析與評估

觀察電阻實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)有較大的差異，可見電阻隨電壓升高而變化，分析原因是溫度升高，電阻增大。（二）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)測伏安法小燈泡的電阻1.實(shí)驗(yàn)原理：R=U/I。2.實(shí)驗(yàn)過程1）將電壓和電流傳感器各一只分別接入數(shù)據(jù)采集器；2）按安實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路，并將傳感器調(diào)零；3）打開"計(jì)算表格"窗口，閉合開關(guān)調(diào)節(jié)滑動變阻器，待各傳感器的示數(shù)穩(wěn)定后，"點(diǎn)擊記錄"數(shù)據(jù)。不斷調(diào)節(jié)滑動變阻器，記錄多組數(shù)據(jù)；4）點(diǎn)擊"公式"，調(diào)用電學(xué)公式庫中的"伏安法測電阻"公式，正確選擇對應(yīng)的變量，完成公式的設(shè)定，得到計(jì)算結(jié)果；5）點(diǎn)擊"繪圖"，選擇橫坐標(biāo)為I軸縱坐標(biāo)為U軸，得到小燈泡的電流電壓關(guān)系圖像。3.分析與評估：當(dāng)電壓電流較小時，小燈泡沒有發(fā)光，燈絲溫度幾乎不變，電阻不變，電流與電壓成正比，圖像為一過原點(diǎn)的直線；當(dāng)電壓電流較大時，小燈泡發(fā)光，燈絲溫度逐漸升高，電阻變大，電流與電壓不成正比，所以圖像向上彎曲，這些從圖像上都能直觀的體現(xiàn)出來。（三）通過對比發(fā)現(xiàn)兩種實(shí)驗(yàn)主要有以下幾個方面不同：一是電壓表電流表的分辨率不高，讀數(shù)容易產(chǎn)生較大的誤差。既然要求學(xué)生通過探究實(shí)驗(yàn)對科學(xué)知識和規(guī)律進(jìn)行再發(fā)現(xiàn)，那么就必須使探究實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和需要發(fā)現(xiàn)的規(guī)律盡可能的相符合，可是由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的分辨率不高，導(dǎo)致最后得到的結(jié)果和科學(xué)規(guī)律不盡相符；而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中傳感器測量的電壓與電流非常精確，且避免了人為因素造成的讀數(shù)誤差；二是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄只能采用手工記錄，數(shù)據(jù)采樣率不高，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度影響較大，有些實(shí)驗(yàn)記錄一些快速連續(xù)變化的量時，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無法完成，而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以方便快速的記錄大批量的數(shù)據(jù)；三是中學(xué)生處理數(shù)據(jù)的能力不強(qiáng)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只能根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求手動處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，缺少數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中的自動快速分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的功能。學(xué)生雖然在老師的指導(dǎo)下獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，但處理數(shù)據(jù)費(fèi)時且容易出錯，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。四是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)幾乎無法利用圖像來分析物理規(guī)律，許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果由教師直接給出，實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺少科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，使實(shí)驗(yàn)不能真正體現(xiàn)課程改革的理念，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)強(qiáng)大的處理軟件，使圖像的建立快速準(zhǔn)確方便，較好的顯現(xiàn)了物理規(guī)律，極大地擴(kuò)展了教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，提升了物理教學(xué)的廣度和深度，給予學(xué)生更大的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)他們的想象力、創(chuàng)造力。四、如何讓數(shù)字化實(shí)驗(yàn)盡快融入初中物理教學(xué)中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，學(xué)生看不到真實(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，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?，F(xiàn)代技術(shù)的不斷提高，給教師帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)，教師要在新課程中體現(xiàn)自身的價值就必須再學(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。2．深化探究教學(xué)，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”。從測伏安法小燈泡電阻的對比實(shí)驗(yàn)，可以看出引入傳感器會收到事半功倍的作用。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)。圖象的充分利用是強(qiáng)化數(shù)學(xué)在物理教學(xué)中的作用的一個重要體現(xiàn)，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)和圖像”獲得結(jié)論的科學(xué)習(xí)慣。3．突出教師的主導(dǎo)地位，尊重學(xué)生的個體差異，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)，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，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。

課程改革的核心理念，就是要強(qiáng)化學(xué)生的自主探究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生通過自主探究性學(xué)習(xí)，掌握新的知識，獲得新技能，培養(yǎng)科學(xué)探究的能力。許多知識、規(guī)律不再是由教材直接給出后通過教師灌輸給學(xué)生，而是要求讓學(xué)生通過探究性實(shí)驗(yàn)來再發(fā)現(xiàn)。但是傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)存在一些缺陷，部分實(shí)驗(yàn)不能真正體現(xiàn)課程改革的理念，使得實(shí)驗(yàn)意義不大。而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)成功的改善了一些已有的物理實(shí)驗(yàn)、增加了原來不能做或者