數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用

1、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)(shyn)系統(tǒng)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用共二十七頁內(nèi)容提要(ni rn t yo)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)(shyn)的基本概念數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例共二十七頁作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)一種(y zhn)類型的數(shù)字化實(shí)驗(yàn) 作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種類型，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)必須滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)一般的要求教學(xué)實(shí)驗(yàn)是為教學(xué)活動(dòng)服務(wù)的，它的主要功能是教學(xué)功能作為教學(xué)過程(guchng)中的實(shí)驗(yàn)，最重要的不在于得到某一項(xiàng)具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而在于整個(gè)實(shí)驗(yàn)和其它各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的過程(guchng)同時(shí)，既然要用數(shù)字化手段來進(jìn)行某一實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)課題時(shí)就應(yīng)該能夠回答采用數(shù)字化手段來進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的必要性

2、，并且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的特長 共二十七頁1教學(xué)實(shí)驗(yàn)必須有鮮明的物理思想 教學(xué)實(shí)驗(yàn)必須含有豐富的物理思想實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要突出所研究的問題(wnt)的背景，實(shí)驗(yàn)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(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)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(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)還必須(bx)給學(xué)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)(xtng)的構(gòu)成 硬件: 傳感器 采集器 計(jì)算機(jī) 軟件: 對數(shù)據(jù)(shj)的采集進(jìn)行控制 對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理共二十七頁數(shù)字化實(shí)驗(yàn)(shyn)的特點(diǎn)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力利用計(jì)算機(jī)，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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，也可以長時(shí)間地跟蹤收集極緩慢過程的各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化技術(shù)為理科教學(xué)中改造傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)或開發(fā)(kif)以前無法進(jìn)行的新實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)，可以對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行控制，對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種復(fù)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(jì)算等這就允許在實(shí)驗(yàn)中嘗試改變各種條件，比較實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，為學(xué)生創(chuàng)造了一個(gè)科學(xué)探究和自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约皩?shí)事求是、勇于探究的科學(xué)態(tài)度 共二十七頁為互動(dòng)式教學(xué)創(chuàng)造了條件 在實(shí)驗(yàn)室中將(zhngjing)計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)，可以方 便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在教師的指導(dǎo)下對各組實(shí)驗(yàn)

4、結(jié)果進(jìn)行比較、探討，為開放、互動(dòng)性的課堂教學(xué)創(chuàng)造了條件 共二十七頁 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與 傳統(tǒng)(chuntng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系中學(xué)作為基礎(chǔ)教育階段，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法的訓(xùn)練對學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒖茖W(xué)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(fù)雜，要采集或處理的數(shù)據(jù)量很多，或要通過多次改變實(shí)驗(yàn)條件，對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行深入的分析，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段就有強(qiáng)大的優(yōu)勢和廣闊的空間數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)各有長處(chng chu)和短處，二者應(yīng)該是互補(bǔ)關(guān)系，不能互相取代 共二十七頁數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)(shj)原則首先(shuxin)，它必須滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)一般的要求既然要用數(shù)字化手段來進(jìn)行某一實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)課題時(shí)就應(yīng)該能夠回答采用數(shù)字化手段

5、來進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的必要性，并且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的特長 共二十七頁在實(shí)驗(yàn)課題的選擇上，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)比較適合用在那些(nxi)過程比較復(fù)雜的，要采集的數(shù)據(jù)量比較多的，數(shù)據(jù)處理中計(jì)算量比較大的實(shí)驗(yàn)其次，在制定實(shí)驗(yàn)的要求，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程和方法時(shí)也要盡量體現(xiàn)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn) 共二十七頁用數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(jì)算、擬合等）都是在幕后進(jìn)行的這在實(shí)際工作中可能帶來很多便利，而在教學(xué)中卻是一個(gè)缺陷因此在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要盡可能把這些幕后的操作移到前臺(tái)來比方說需要進(jìn)行物理量轉(zhuǎn)換的時(shí)候，最好由實(shí)驗(yàn)者自己輸入公式；需要顯示物理圖線的時(shí)候，最好由實(shí)驗(yàn)者自己選

6、擇坐標(biāo)和標(biāo)度；需要進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合的時(shí)候，最好由實(shí)驗(yàn)者根據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線的形狀，自己選擇擬合公式等總之，那些只要點(diǎn)擊鼠標(biāo)，立刻就自動(dòng)地得到“理想”結(jié)果的最便捷的實(shí)驗(yàn)，從教學(xué)角度看，效果(xiogu)是并不好的共二十七頁數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例(shl)作用力與反作用力關(guān)系的研究碰撞與緩沖的研究彈簧振子運(yùn)動(dòng)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(yīng)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(rèn)識(shí)無線傳感器共二十七頁作用力與反作用力實(shí)驗(yàn)(shyn)目的：說明物體間發(fā)生相互作用時(shí)，作用力反作用力方向相反，大小相等實(shí)驗(yàn)方法：用兩個(gè)力傳感器互相對拉或?qū)海容^兩條“力時(shí)間

7、”函數(shù)圖線共二十七頁碰撞與緩沖(hunchng)的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模罕容^緩沖物軟硬程度對沖力大小的影響驗(yàn)證動(dòng)量定理實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)間積分，說明琺碼從同一高度下落，自接觸緩沖墊到停止運(yùn)動(dòng)，所受合力的沖量相等共二十七頁彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程(guchng)的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩椈烧褡舆\(yùn)動(dòng)(yndng)過程從多個(gè)角度進(jìn)行深入研究彈簧振子的運(yùn)動(dòng)方程彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中力、位移、速度、加速度的相位關(guān)系彈簧振子運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)換用彈簧振子運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證牛頓第二定律共二十七頁實(shí)驗(yàn)(shyn)方法：通過對

8、彈簧振子的“位移時(shí)間”圖線進(jìn)行擬合求彈簧振子的運(yùn)動(dòng)方程通過作彈簧振子的“力、位移時(shí)間”、“力、速度時(shí)間”、“力、加速度時(shí)間”圖線，比較它們之間的相位關(guān)系通過“動(dòng)能、勢能、總機(jī)械能時(shí)間”圖線，研究彈簧振子運(yùn)動(dòng)中能量的轉(zhuǎn)換關(guān)系通過作彈簧振子的“加速度力”圖線驗(yàn)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(shí)驗(yàn)(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(gòu)有關(guān)的常量，說明物理量“電容”的概念共二十七頁實(shí)驗(yàn)方法：觀察電容器充、放電過程的“電壓時(shí)間”、“電流時(shí)間”函數(shù)圖線將電容器充、放電過程的“電流時(shí)間”圖線對時(shí)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(gè)常量共二十七頁定值電阻(dinz)伏安特性的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯慷ㄖ惦娮璧姆蔡匦匝芯慷ㄖ惦娮枭舷牡碾姽β逝c電壓的關(guān)系實(shí)驗(yàn)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(guān)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(guān)系共二十七頁電磁感應(yīng)現(xiàn)象(xinxing)的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證電磁感應(yīng)定律實(shí)驗(yàn)方法：比較“磁感強(qiáng)度、感應(yīng)電壓時(shí)間”、“磁感強(qiáng)度變化率、感應(yīng)電壓時(shí)間”圖線，說明在電磁感應(yīng)現(xiàn)象(xinxing)中電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小只與

10、磁通量的變化率有關(guān)共二十七頁研究(ynji)交流電的有效值實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯空医涣麟娪行е蹬c峰值間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方法：通過用“正弦函數(shù)”對“交流電壓時(shí)間”圖線進(jìn)行擬合，確認(rèn)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(shí)間”圖線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯俊癓C”振蕩電路產(chǎn)生振蕩電流的過程研究產(chǎn)生振蕩電流時(shí)電路中電壓、電流間的相位關(guān)系實(shí)驗(yàn)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(shí)電路中電壓和電流間的相位關(guān)系共二十七頁氣體(qt)等溫過程的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證一定量氣體等溫過程中壓強(qiáng)(yqing)與體積的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方法：通過單點(diǎn)輸入，作出一定量氣體“壓強(qiáng)體積”曲線通過對“壓強(qiáng)體積”曲線的擬合，驗(yàn)證波義耳定律共二十七頁認(rèn)識(shí)(rn shi)無線傳感器共二十七頁內(nèi)容摘要數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在中學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用。同時(shí)，既然要用數(shù)字化手段來進(jìn)行某一實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)課題時(shí)就應(yīng)該能夠回答采用數(shù)字化手段來進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)的必要性，并且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的特長。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)各有長處和短處，二