08－DIS数字实验系统在物理教学中的作用徐锐

DIS数字实验系统在物理教学中的作用南京金陵中学 徐 锐《基础教育课程改革纲要（试行）》要求：课程改革要“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”。《普通高中·物

DIS数字实验系统在物理教学中的作用 南京金陵中学徐锐 《基础教育课程改革纲要（试行）》要求：课程改革要“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”。《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 [1] 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， DIS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。就DIS数字实验系统在课堂教学中发挥的积极作用 谈点个人的思考。 一．形象展示动态过程，利于理解物理概念 理解现象需要一定的情景，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 DIS 的物理概念提供经验基础。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，运用实验创设问题情景，可以为学 生展示事物的本质。 I 例如，在交流电的教学中，有效值概念的理解往往成为空洞的说教，其定义为“如果某直流电流通过一个电阻发出的热量 I 与交流电在相同时间内通过同一电阻所发出的热量相同，我们就说这个交流电的有效值为”。学生对交流电有效值的理解只是 DIS 机械的语言记忆，它的物理意义并不能深刻体会，常规的实验仪器也无法给学生以直观的感受，但利用实验却可以将有效 值的真正意义形象地展示给学生。 —— 1 用两只电流传感器分别与两只完全相同的小灯泡串联，实验电路如图所示。调节两个灯泡达到相同亮度表示相同的 It 2 功率（灯泡亮度较弱时用眼睛即可判定功率是否相同），此时记录下电流随时间变化的－图线，如图所示。实验图线清楚地 0.4A0.275A 记载着两灯泡具有相同热功率时的电流时间图线，曲线表示最大值约为的交流电，直线表示恒为的直流电。通过该 实验的演示，虽然还不能得到交流电的最大值与有效值的定量关系，但可以形象表达交流电有效值的意义，对于后面建立“正 弦交流电的电流最大值是有效值的倍”的关系将留下深刻的印象。 可以看出，充分发挥DIS实验自身的优越性，为学生快速展示事物的本质，可以让他们思考问题更具方向性，抽象的物理概念也就变得更形象，变得更容易理解了。 二．数据处理能力强大，利于分析物理过程 DIS 从教学实践过程来看，学生在学习物理的过程中，往往对物理过程分析不够全面、完整，众所周知分析物理过程是物理学习过程必须形成的能力之一，否则要真正学好物理是不太容易的，因此，帮助学生形成分析物理过程的能力是物理教学过程中一项重要任务。物理过程的分析是建立在对物理过程了解的基础上进行的，所以教学过程中必须向学生展现丰富多彩的物理过程，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。数字实验系统通过实时测量记录数据，用图象来描述瞬间量的变化过程，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。 31 如图所示为研究动量变化与冲量的关系的装置，冲力的作用时间短，而且是变力，用常规的实验仪器无法测定短时间内作用力的冲量。这个实验通过具体的数据与图表展现了碰撞过程的瞬间变化过程，让不易观察的过程形象化，教师可以根据采集的实验数据引导学生分析，从而帮助学生形成碰撞过程中动量变化与冲量的相关规律。从表可以看出，强大的数据处理功能让物理过程中的规律显露，这个规律来自实实在在的原始数据的分析，学生的深有感触也就水到渠成。 三．学生自主时间增多，利于实施探究教学 [2] DISDISDIS30%20%50%DIS(5)924(2)37!452044%67DIS 课程改革倡导探究式教学的根本目的是通过探究形成分析现象、分析问题的能力，从而为进一步“创造”“新知识”打下良好的认识基础与思维习惯。《普通高中·物理课程标准》指出：高中阶段的物理课程要给学生提供必要的科学探究机会，让学生通过自己思维、动手实验、查阅文献等，体验探究过程的曲折和乐趣，发展科学探究的能力，增强对科学探究的理解。教学实验中发现，在实验探究教学过程中，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。但在被引入物理教学以后，这种情况就变了，因为实验为我们赢得了时间。实验证明，用实验一般只需要的时间用于实验准备，的时间用于数据处理，的时间可用于探索研究。因此教师完全有充裕的时间用于引导学生质疑、提问，从而使得探究式教学得以顺利进行。研究电源的输出功率与外电路电阻的关系，传统的处理方法一般是根据全电路欧姆定律与功率公式进行理论证明，当外电路电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大。如果改用实验让学生自主探究，一节课的时间难以完成大量数据的采集、运算、分析，也将影响教学进度，因此一般不会选择探究式教学。而运用数字实验系统进行实验探究，在数据的采集、运算、分析均由电脑完成，可以节省大量时间。在一次教学过程中，学生连接电路如图用分钟，采集组数据如表仅用了秒设计函数计算电源的总功率、电源的输出功率、电源的效率用了分钟，用电脑作图分析数据用了分钟。整个实验在不到分钟完成，仅占一节课的。在剩下的大半教学时间内教师引导学生用来对实验结果的理论证明和讨论，学生可以有充分的时间来进行思考与理论分析，将实验探究与理论探究充分结合起来。我们在教学过程，让学生对图、图的图象进行分析，学生从不同角度来应用这些数据进行科学分析，形成了关于电源输出功率与外电路电阻变化的关系，并对输出效率有了足够的理解，对输出功率与效率关系得出了的结论是辩证的，学生体验了运用辩证观念来分析物理问题，这是教学设计之初难以想象的。这种方法把学生的物理学习过程，变成了探究过程，在探究过程中实施探究策略。教学实践表明，运用实验辅助教学不仅仅是赢得了时间，更重要的是学生能够充分利用实验数据进行科学探讨，在探讨过程进行思维碰撞形成探究能力。这样探究式教学可以高质量地顺利进行，不再成为教学的一种“鸡肋”。 1 图 2 图 4 图 MVVPFt 12 △10.2331.0250.8240.4310.44120.2330.8950.7290.3780.39930.2330.7560.6360.3240.35440.2330.6570.5390.2790.301 1 表 3 图 5 图