高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用

王榮輝+羅春春

摘 要： 高中物理以實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為基礎(chǔ)，將日常生活現(xiàn)象引入到物理實(shí)驗(yàn)中，鼓勵(lì)學(xué)生觀(guān)察與思想，通過(guò)猜想，驗(yàn)證一些可能存在的物理性質(zhì)，采用先進(jìn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方法即DIS進(jìn)行發(fā)現(xiàn)、探究、驗(yàn)證、推理以及拓展實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)理念與現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)有效結(jié)合，最終用數(shù)字圖形將物理規(guī)律直觀(guān)地呈現(xiàn)出來(lái)。實(shí)驗(yàn)操作中提升學(xué)生的實(shí)際操作能力以及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 高中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；應(yīng)用

新課標(biāo)背景下高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的推廣與應(yīng)用，有助于為學(xué)生與教師解決問(wèn)題與疑惑，并且能在教學(xué)過(guò)程中找到理論教學(xué)課堂與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的銜接點(diǎn)。本文提供了在物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方案設(shè)計(jì)，為物理教師在理論知識(shí)教學(xué)基礎(chǔ)上深度開(kāi)展物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的物理應(yīng)用能力，從而推動(dòng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展。

一、 高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字化教學(xué)實(shí)驗(yàn)的英文縮寫(xiě)為“DIS”。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)課堂的開(kāi)展主要需要準(zhǔn)備傳感器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器等一些與之相關(guān)的采集處理設(shè)備，另外還要準(zhǔn)備配套儀器設(shè)備。

物理實(shí)驗(yàn)課開(kāi)展之前，準(zhǔn)備物理實(shí)驗(yàn)器材是一項(xiàng)繁瑣復(fù)雜的工作，這樣增大了物理教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，進(jìn)而使得一些物理實(shí)驗(yàn)教師放棄數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，盡量開(kāi)展傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)或者是不開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展需要相應(yīng)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)配套設(shè)施。相關(guān)的配套設(shè)施由于采購(gòu)成本較高，對(duì)于一些經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較差的學(xué)校而言，限制了數(shù)字設(shè)備配置，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)就無(wú)法順利開(kāi)展。如果增加數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就會(huì)使得在反復(fù)的使用中造成零件損壞，且維修費(fèi)用高，導(dǎo)致部分學(xué)校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室成為了擺設(shè)。

教育理念不同也會(huì)影響到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，近幾年來(lái)高中物理試題中數(shù)字化內(nèi)容比例逐漸加重，但物 理實(shí)驗(yàn)問(wèn)題依舊是通過(guò)物理理論知識(shí)教學(xué)開(kāi)展，教師通過(guò)理論教學(xué)仍然可以提高學(xué)生的考試分?jǐn)?shù)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是否開(kāi)展對(duì)物理分?jǐn)?shù)的影響不大，這也是物理教師忽略數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵性原因。

二、 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的積極作用

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是現(xiàn)代教學(xué)中逐漸興起的新型教學(xué)手段，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比較，其彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作的不足，采集到的數(shù)據(jù)信息也更加具有精準(zhǔn)性。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠充分地利用現(xiàn)有設(shè)備資源，踐行新課改的改革措施。教師在引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成正確學(xué)習(xí)習(xí)慣以及培養(yǎng)探究能力的同時(shí)，更加有利于優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，拓展課堂知識(shí)內(nèi)容，提升學(xué)生的實(shí)踐操作能力以及探究能力。另外，還為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入了新的活力，使抽象的物理知識(shí)具象化，使物理課堂變得簡(jiǎn)單輕松，為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的物理知識(shí)基礎(chǔ)。

三、 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在電學(xué)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

依據(jù)魯教版教材與高考考試大綱，結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備與具體的實(shí)驗(yàn)操作要求，下面針對(duì)測(cè)量金屬電阻率教材內(nèi)容展開(kāi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。

第一，明確課程目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生正確使用螺旋測(cè)微器和正確讀法；要求學(xué)生掌握伏安法測(cè)量金屬電阻值并且借助歐姆定律測(cè)量金屬電阻率。

第二，具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟為：①使用螺旋測(cè)微器在導(dǎo)線(xiàn)不同位置分別測(cè)量，得出直徑d平均值，計(jì)算導(dǎo)線(xiàn)橫截面積S。②將金屬絲兩端拉直且固定在接線(xiàn)柱上，測(cè)出接線(xiàn)路長(zhǎng)度L，重復(fù)進(jìn)行測(cè)量，求出平均值。③按電路圖連接電路，開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài)且將變阻器調(diào)到最大阻值，用電流感器與電壓傳感器取代電流表與電壓表與電路相連接，調(diào)試傳感器與采集器。④點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，撥動(dòng)變阻器滑片使其進(jìn)行數(shù)據(jù)信息采集工作，采集完畢后點(diǎn)擊分析按鈕，設(shè)定X軸為電流變化曲線(xiàn)，Y軸為電壓變化曲線(xiàn)，呈現(xiàn)函數(shù)圖像。將圖片進(jìn)行存儲(chǔ)或者輸出，對(duì)伏安特曲線(xiàn)進(jìn)行分析，計(jì)算金屬電阻值。⑤切斷電源，將設(shè)備儀器數(shù)值歸零。經(jīng)同學(xué)測(cè)量以及計(jì)算后得出以下數(shù)據(jù)。

第三，在實(shí)驗(yàn)中需要注意的問(wèn)題有以下三點(diǎn)。其一，在使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究系統(tǒng)中，采用電流傳感器與電壓傳感器取代電流表和電壓表，并將其與計(jì)算機(jī)緊密相連。注意在實(shí)驗(yàn)操作前一定要清零，這樣能夠保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)值的精準(zhǔn)度，同時(shí)要做好計(jì)數(shù)準(zhǔn)備。其二，將滑動(dòng)變阻器滑片緩慢地由一端移向另一端，讀取電流表與電壓表數(shù)值；其三，在讀取完數(shù)值后，點(diǎn)擊計(jì)算機(jī)上的停止按鈕。檢查實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，若得出的數(shù)據(jù)效果不太理想，分析存在誤差原因，并且重復(fù)進(jìn)行以上操作，直到的得出理想數(shù)據(jù)結(jié)果。

第四，進(jìn)行曲線(xiàn)描繪。通過(guò)計(jì)算機(jī)分析函數(shù)得到圖像，將圖像導(dǎo)出。

第五，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)使用電流表外界的原因，圖線(xiàn)變化中的直線(xiàn)斜率的物理含義，以及導(dǎo)體電阻率值能否通過(guò)伏安特性曲線(xiàn)準(zhǔn)確表現(xiàn)出來(lái)。

第六，要求學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)具體操作流程。

第七，向?qū)W生講解常規(guī)數(shù)據(jù)信息的處理方式：在數(shù)據(jù)采集器中選取相應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)，做好標(biāo)記記錄，在坐標(biāo)紙上按照坐標(biāo)形狀畫(huà)出圖像，將畫(huà)出的圖像與計(jì)算機(jī)分析處理的圖像作對(duì)比，也可以在計(jì)算機(jī)中直接導(dǎo)出函數(shù)圖像。

結(jié)束語(yǔ)：

在新課改形式下，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)展愈來(lái)愈凸顯其重要性，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中受到了廣泛的應(yīng)用。因此，就要求高中物理教師在跟隨時(shí)代發(fā)展中不斷探索創(chuàng)新，樹(shù)立終生學(xué)習(xí)的理念，將提升學(xué)生的綜合能力作為物理教學(xué)課堂的重要目標(biāo)之一，為社會(huì)培養(yǎng)出更多的物理應(yīng)用型人才，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)文化的蓬勃發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

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