pasco科学探究系统在中学物理实验教学中的应用

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Vol.48 No.9 Sep.2019
屮了检理教学参考
教育技术
T Pasco系统，上述问题就会迎刃而解，下面举个实 例具体看一下：
在人教版3—5“动量定理”这一节的教学中，动 量定理的引入是在得到物体的动量和力的冲量概念 后通过牛顿第二定律的变形推出的。教材以碰撞模 型为背景，假设碰撞过程中一个物体的质量为m,受 到另一个物体对它的作用力为恒力F,碰撞前物体的 速度为5,碰撞结束时物体的速度为S，碰撞时间为 t,因此即Ft=m（vt — v0）,进而得出动量定理。
1. 实验目的 Pasco系统探究外力作用下的动量定理。 2. 实验仪器 运动学轨道（一端带有刻度）、小车（250 g）运动 学传感器、力传感器、力传感器支架、软质弹簧、数据 采集器（GLX）、计算机、USB数据线、定位螺丝。 3. 实验步骤 （1） 仪器组装：将软质弹簧与力传感器相连，将力 传感器通过支架固定在轨道一端，运动传感器固定在 轨道另一端。 （2） 将力传感器和运动传感器连接到数据采集 器。装置如图1所示。
(2) 强大的人机交互功能，实现了真正的所见即所得; (3) 强大的数据分析处理能力；
(4) 工程级的测量精度和稳定性；
(5) 便捷的操作方式。 三、探究实验的常见模式
要想精确地利用Pasco系统完成探究实验，少不
了表1所示的三大组件的相互配合。
表1
设备 组件
终端显示设备 (Computer) Pc
的动量定理”为例，运用该系统对定理进行了定量验证，让学生对动量定理有更直观更清晰的认识，解决了传统实验无 法攻克的难题。
关键词：探究式教学(学习)!Pasco系统；定量研究
一、探究式教学(学习)简介 探究式教学最早是由美国芝加哥大学的施瓦布 (J.J. Schwab)教授所倡导的，它改变了传统的“灌输 式”的教育方式，强调学生学习方法与过程，注重学生 在学习过程中的参与体验，探究式过程适合在理科教 学中培养学生的创造力，同时也符合新时代下物理核 心素养中的“科学探究”要求。所谓“科学探究”是基 于观察和实验提出物理问题，形成猜想和假设、设计 实验与制定方案、获取和处理信息、基于论证得出结 论并作出解释，以及对科学探究过程和结果进行交 流、评估、反思的能力。“科学探究”主要包括问题、证 据、解释、交流等要素。 在物理教学过程中，实验教学无疑是实现学生探 究式学习的最好载体，而在传统实验中这样的实例也 不胜枚举，如探究弹簧弹力与伸长量的关系，探究加 速度与合外力及质量的关系，探究合外力做功与物体 速度变化关系等。我们探讨一下Pasco科学探究系 统在物理实验教学中的应用。 -XPasco系统简介 Pasco诞生于美国加利福尼亚的罗斯维尔，是一 家专职理科实验仪器的生产服务商。其产品在86个 国家行销，在全世界建有六大生产基地。其第一件产 品是20世纪60年代生产的密立根油滴实验仪器。 历经近60年的发展,Pasco系统也由过去单一的物理 学科发展到现在涵盖生物、化学、地球与环境、能源、 结构力学等诸多领域。可以说现在的Pasco已经可 以等同于一个小型科学工作室(science work shop)„ Pasco系统的五大优势： (1)设计开发源自老师；
教育技术
屮匚检理教■尝参考
第48卷第9期 2019年9月
Pasco科学探究系统在中学物理实验教学中的应用
董邵然 (山东省济南第一中学山东济南250100)
文章编号:1002-218X(2019)09-0092-02
中图分类号:G632. 411
文献标识码：B
摘要：简要介绍探究式教学(学习)模式，并以此为指导思想引入Pasco物理实验探究系统，以“探究变力作用下
图1
（3）打开DatastudioCPasco数据处理软件）'勾选 速度选项，将运动传感器的采样率设置为40,力传感
器采样率设置为1000 Hz,由于小车运动一段距离后 才与弹簧接触，所以将延时启动设置为运动传感器与 力传感器之间的距离。
（4）设置力随时间变化和速度随时间变化的关系 图表（图2）。点击启动按钮，释放小车，观察小车与 弹簧作用过程中外ห้องสมุดไป่ตู้及小车速度随时间变化的关系。
上述推导过程很好地体现了前后知识的内在逻 辑性，但是两个问题仍没有完美解决：一是动量定理 能否直接通过实验数据来验证，即通过测量合外力的 冲量和动量的变化量来证明二者在数值上相等。二 是自然界中的很多物理过程都是变力作用（碰撞、击 打等），对于变力作用下动量定理是否依然成立？
对于第一个问题我们依然可以采用探究牛顿第 二定律的实验装置去解决，以钩码的重力近似代替小 车受到的合外力，结合打点计时器记录的时间来求得 合外力的冲量，通过计算两点速度来求得小车动量变 化量，进而验证动量定理，但本质上依然是定理的推 导过程；对于第二个问题变力情况在传统实验中是无 法直接测量的，下面我们就来研究一下如何利用Pas­ co 系统探究变力作用下的动量定理。
接口 (Interface) 数据采集器 /USB连接器
传感器
(Sensors)
数据传感器
功能 数据的显示/处理 数据的采集/处理 数据的感应
四、Pasc。系统强大的数据处理能力——物体在 变力作用下的动量定理
Pasco系统的最大优势就在于定量化的数据处理 能力。在传统实验中，实验数据的获得主要通过仪器 的测量。比如测长度用到毫米刻度尺、游标卡尺、螺 旋测微器；测时间用到打点计时器、秒表；测电流电压 用到电流表、电压表、欧姆表等等，然后通过人工计算 利用坐标纸描点连线得到图像，进而得出物理量之间 的函数关系验证结论。实验数据的处理是高中生应 具备的基本能力，也是高考大纲要求的五大能力之 一，在每年的高考试题中，实验数据的测量及处理必 会是考查的重点。但是传统实验也有其弊端，笔者认 为传统实验的定量并不是非常纯粹的定量。其主要 原因是由实验本身的系统误差和偶然误差所造成，比 如探究加速度与合外力和质量关系中钩码重力近似 代替绳子拉力等。甚至有些物理量在传统实验中是 无法定量的，比如怎样测量变力随时间的变化？而有