浅谈利用朗威数字化实验系统对高中物理实验的拓展

浅谈利用朗威数字化实验系统对高中物理实验的拓展

简阳市阳安中学课题组周浦良

摘要从实验仪器、实验原理、实验目的三个角度论述运用朗威数字化实验系统对物理实验进行拓展，提出从多个角度对物理实验进行拓展研究是探索数字化实验系统与物理课程整合的有效途径之一。

关键词数字信息化实验系统物理实验物理实验拓展

物理实验教学是物理教学的主要内容和手段，是培养学生科学素质和提高学生分析物理问题能力的有效途径。信息化、数字化是二十一世纪的重要标志，是当今世界经济和社会发展的大趋势，以网络技术和多媒体技术为核心的数字化信息技术已成为拓展人类思维的创造性工具。在基础物理教学领域，数字化数字化信息技术与物理课程的整合日益成为人们关注的焦点，并获得了丰富的理论与实践的成果。

一、问题提出的背景

1、数字化数字化信息技术与物理课程的整合的意义

数字化数字化信息技术与课程整合的内涵要求运用数字化信息技术作为工具，使课程内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生的互动方式实现全新的变革，促进教学过程中的各个要素和环节实现全面优化。目前，数字化信息技术与物理课程整合的方式主要有三种：以传感器的方式进入物理教学的实验领域；以仿真模拟的方式进入物理教学的思维领域；以网络通信的方式进入物理教学的交流沟通领域。将数字化信息技术有效融合于物理教学过程来营造一种新型的教学环境，实现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以“自主、探究、合作”为特征的教与学的方式，从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分地发挥出来，使学生的创新精神和实践能力的培养真正落到实处。

2、数字化实验系统与物理课程整合的优势

数字化实验系统是一种全新的软硬件一体化的实验系统，它具有多类型的传感器、多通道的数据采集器、多样化的自主操控平台以及强大的函数图像处理系统，实现了实验手段数字化、测量呈现实时化、现象规律可视化、操作测量简单化，在真实实验的基础上实现了数字化信息技术与物理实验教学的整合，在延续传统的同时超越传统。

3、新课程对数字化实验的要求

我国新一轮中学理科课程改革对数字化信息技术尤其是基于传感器的数字化实验室与课程整合提出了明确要求。2003 年新公布的《普通高中物理课程标准( 实验) 》对数字化信息技术与物理课程整合提出: 数字化信息技术要进入物理实验室, 即重视将数字化信息技术应用到物理实验室, 加快中学物理实验软件的开发和应用, 诸如通过计算机实时测量、处理实验数据, 分析实验结果等。高中物理新教材中的一些演示实验和“做一做”等栏目也出现了数字化实验系统应用的案例。基于传感器和计算机技术的数字化实验系统为实现学习方式的多样化，引导学生的自主探索研究，进行广泛的体验、合作和交流提供了时间和空间，DISLab曾被乔际平教授誉为“科学分配教育时空的新探索”。

二、利用数字化实验系统对高中物理实验的拓展

数字化实验系统提供了一个新的实验探究平台，使学生能从数据读取、记录，公式运算和图线描绘等繁琐的简单劳动中解脱出来，从而有足够的时间对物理现象进行多角度的感知和多视角的探究。同时，我们要认识到数字化实验系统与物理课程的有效整合需要先进的教育思想，它的合理应用本身就要求同时变革传统教育观念、教育思想与教育模式，代之以

尊重人的主动性、首创性、反思性、合作性的全新的教育观念、教育思想与教育模式。笔者认为，数字化实验系统的优越性的充分发挥应基于新的实验教学理念，物理课堂是物理教学的主阵地，任何教学方式的改进都应该首先能够服务于课堂教学。从多个角度对原有实验进行拓展研究，是一个重要的研究方向。

1、实验仪器的拓展

实验仪器是物理实验的物质载体，实验仪器的有无、数量的多少、性能的优劣直接影响实验效果，影响课堂教学质量。数字化实验系统将实验数据数字化，在真实实验的基础上实现了数字化信息技术与物理实验教学的整合。尽管用传感器代替了部分测量仪表，但并没有脱离传统的实验装置，而是借助其实验优势填补了传统实验中诸如微小量测量、暂态量测量等多个测量空白，这预示着它具有很强的拓展性。

⑴数字化实验系统与传统仪器的整合

传统的物理实验是学生获取物理知识最直接的手段、最真实的经验和最好的感性材料，是培养学生基本实验技能的途径。数字化实验在延续传统的同时超越传统，是传统实验的拓展和延伸。数字化实验与传统实验的整合应能够服务于学科教学，适应学生的认知水平，以发挥最优化的教学效果。

教学活动中，我们可以使传统实验仪器与DIS 实验系统相互配合，发挥各自优势。例如在“自感现象”的教学中，几十年来都在使用一种成品教板，由实验电路图1和图2分别演示通电自感和断电自感。用灯泡演示自感现象不能确切反映电流和电压变化的过程，电流较小时灯泡不能发光。灯泡无极性，不能显示电流的方向。另外，实验器材规格匹配性不好，实验现象的可见度低等缺点也会使实验效果不理想。数字化实验系统用传感器采集电流、电压，能实时保持实验数据并显示稳定的图像，有效克服了上述缺憾。笔者根据图3所示的电路，用两个电压传感器分别测量两个支路的电压，获得了图4所示的图像，图像清晰显示了通电自感和断电自感过程中两支路电压的变化。我们还可以在支路中接入电流传感器，分析电流的变化情况。这样，我们在教学活动中可以先通过传统实验仪器引导学生观察现象，获得感性认识，激发探究欲望，然后借助数字化实验系统深入探究自感现象的特点和规律。

另外，我们可以将传感器与传统实验装置进行组合，借助原有实验装置的结构原理，发挥数字化实验的优势。例如在探究弹簧振子的运动规律时，可引导学生对弹簧振子的物理模型进行拓展，分析水平方向单弹簧振子、水平方向双弹簧振子及竖直方向的弹簧振子等。研究水平方向弹簧振子的运动可用气垫导轨（或轨道小车），将气垫导轨的滑块（或小车）上固定位移传感器的发射器作为振子，振动过程中轨道小车的阻尼振动较气垫导轨的滑块更加明显。研究竖直方向弹簧振子的运动时，可直接将位移传感器的发射器作为振子。这样的实验数据依然来自传统的实验装置，只是数据采集和分析处理的手段借助数字化实验系统得到显著改观。

⑵数字化实验系统与“非常规”物理实验的整合

“ 非常规” 物理实验, 是指选择利用环境中“非专门化”的物质手段, 不按固定方法或形式,人为控制条件、有目的实施的观察与探索物理规律的实验教学活动。在资源利用上, 图 1

通电自感电路图 图

2 断电自感电路图 图

3 实验电路 图

4 V-t 图像