數(shù)字化信息系統(tǒng)下學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ嵘姆椒ㄅc策略研究

吳建平

摘 要： 文章主要研究應(yīng)用數(shù)字化信息提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ牟呗?，對?shù)字化信息系統(tǒng)的優(yōu)勢及其在高中物理教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，從應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)更好地捕捉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、更全面地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)兩方面，對應(yīng)用數(shù)字化信息系統(tǒng)提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ拇胧┻M(jìn)行討論。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字化信息系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?提高方法

新課標(biāo)重視對學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，鼓勵在教學(xué)中應(yīng)用各種先進(jìn)的技術(shù)手段，配合先進(jìn)的教育思想，提高課堂教學(xué)有效性，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動手能力。DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用，需要遵循科學(xué)性、可接受性、針對性和教學(xué)方法手段最優(yōu)的基本原則，規(guī)避傳統(tǒng)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的不足，最終提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，增?qiáng)物理教學(xué)的綜合效果。

一、DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

（一）數(shù)字化信息系統(tǒng)

數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）是基于真實(shí)實(shí)驗(yàn)的，使用傳感器、數(shù)據(jù)采集器和實(shí)驗(yàn)軟件形成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的數(shù)字化和自動化，借助計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算能力進(jìn)行數(shù)據(jù)和自動分析處理。數(shù)字化信息系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)器材存在的問題，應(yīng)用信息技術(shù)改變了物理實(shí)驗(yàn)的形式，對學(xué)生實(shí)驗(yàn)動手能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的提高都有促進(jìn)作用。

（二）DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一種新型物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，不同地區(qū)的教育水平存在差別，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用情況存在較大不同，現(xiàn)階段，DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要在一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校得到了應(yīng)用，但是基本都在探索試驗(yàn)階段，關(guān)注DIS實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理、與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式之間的異同、對新課標(biāo)實(shí)施的現(xiàn)實(shí)意義等問題，對DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的專項(xiàng)研究較少。

（三）DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)勢

DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)充分應(yīng)用了現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在數(shù)據(jù)處理方面有絕對優(yōu)勢，有實(shí)時、迅速、準(zhǔn)確的優(yōu)勢，能夠?qū)?shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀地展現(xiàn)給學(xué)生，便于學(xué)生及時調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，是一種創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。使用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，因?yàn)镈IS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集精度高，操作簡單，可視性和可重復(fù)性強(qiáng)，安全性進(jìn)一步提高，使學(xué)生能夠?qū)⒏嗑性趯?shí)驗(yàn)創(chuàng)新環(huán)節(jié)，而無需局限于實(shí)驗(yàn)操作過程。

二、數(shù)字化信息系統(tǒng)下學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰μ岣卟呗?/p>

（一）更全面詳細(xì)地捕捉變化量

高中物理演示實(shí)驗(yàn)中有很大一部分都是驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生自己檢驗(yàn)課本中的物理規(guī)律和理論語預(yù)言是否存在和正確，并對導(dǎo)致變化的原因進(jìn)行分析。但是很多驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)都是瞬間實(shí)驗(yàn)，常規(guī)的物理實(shí)驗(yàn)方法影響了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的全面觀察，學(xué)生難以捕捉實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵現(xiàn)象，而應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則能夠幫助學(xué)生更全面地記錄實(shí)驗(yàn)變化過程，實(shí)驗(yàn)過程更加直觀。

如基于DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的“用位移傳感器研究自由落體運(yùn)動的加速度”實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用了DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中提供的高精度位移傳感器和計(jì)算設(shè)備。教師要求學(xué)生首先練習(xí)DIS操作系統(tǒng)和常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材之間的相互配合，之后按照設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)充分應(yīng)用了DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的優(yōu)勢，使用位移傳感發(fā)射器作為自由落體運(yùn)動的研究對象，在鐵架臺上安裝接收器，發(fā)射器自由落體之后，傳感器接受信號，實(shí)驗(yàn)數(shù)字分析系統(tǒng)直接記錄并繪制s-t2曲線，截取一段用于計(jì)算物理下落加速度。數(shù)字分析軟件能夠自動繪制有效區(qū)域內(nèi)的圖像斜率，即1/2的重力加速度。

應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠在傳感器下落的一瞬間完成速度變化曲線的繪制，捕捉到更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)信息，實(shí)驗(yàn)精度明顯高于傳統(tǒng)的頻閃照相法和重錘-打點(diǎn)計(jì)時器法，獲得更準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（二）改變數(shù)據(jù)記錄方式

傳統(tǒng)的經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)往往需要采用學(xué)生人工讀數(shù)計(jì)數(shù)的方式，學(xué)生不能集中精力觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場，而是忙于進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理，忽略了關(guān)鍵的物理變化過程，失去了實(shí)驗(yàn)的意義。由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力有限，記錄的數(shù)據(jù)精度往往不十分理想，因此影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由于DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)實(shí)時記錄的形式，而且可以按照要求調(diào)整數(shù)據(jù)記錄頻率最高可達(dá)1000Hz，這是人力所達(dá)不到的處理強(qiáng)度，這樣龐大的數(shù)據(jù)記錄和強(qiáng)大的實(shí)時處理能夠真實(shí)反映物理量變化的過程，并且可以通過變化圖、表格等方式十分直觀地呈現(xiàn)出來。

如基于DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的“彈簧伸長長度與彈力關(guān)系”實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供的力學(xué)傳感器采集橡皮筋自由拉升過程中的力學(xué)參數(shù)，就能夠以1000Hz/s的頻率記錄橡皮筋上彈力的變化，從而繪制出精度十分高的彈力與伸長量之間的關(guān)系圖，重復(fù)幾次并進(jìn)行點(diǎn)擬合，最終能夠得到彈力和彈簧伸長量成正比的結(jié)論。

數(shù)字化信息系統(tǒng)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用能夠明顯提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，先進(jìn)信息技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)極大地提高了學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)過程的控制能力，學(xué)生借助先進(jìn)的設(shè)備能夠更加清晰直觀地了解到物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵性變化，從而獲得更高質(zhì)量的物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。

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