[從勻變速直線運動的位移公式談物理教學與傳感信息技術(shù)的整合]勻加速直線運動位移公式

1、 從勻變速直線運動的位移公式談物理教學與傳感信息技術(shù)的整合 勻加速直線運動位移公式現(xiàn)代信息技術(shù)給教育改革帶來了勃勃生機，其中利用傳感器技術(shù)實現(xiàn)的非物理量的測試與控制技術(shù)， 已越來越廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)，而且也正逐步引入到中學物理教學中。 下面以學習勻變速直線運動的位移公式為例， 談?wù)勎覍ξ锢斫虒W與傳感信息技術(shù)的整合的思考和認識。勻變速直線運動教學的現(xiàn)實困難勻變速直線運動是機械運動中的重要運動，其中對位移公式的推導和理解是教學的難點。 常規(guī)教學中對這一公式的推導方法要么不利于新課程所提倡的探究論、過程論的實施，要么難理解、誤差大、繁瑣效率低。雖然信息技術(shù)手段引入后， 教師可使用現(xiàn)代的計算機輔助教

2、學軟件和多媒體素材庫來輔助教學，或采用可視化的模擬實驗，或由課件直接給出圖像， 或從靜態(tài)的圖表發(fā)展到動態(tài)模型， 幫助學生理解所學的知識。但由于模擬實驗畢竟不是真實實驗， 其可信度不高，如果長時間采用這種方式教學，學生的實驗操作能力，設(shè)計、創(chuàng)新的能力都得不到應(yīng)有的訓練。 而且課件還存在無法應(yīng)對突發(fā)的錯誤、 交互技術(shù)不完善等缺陷， 所以這些課件并沒有在方法、 手段上實現(xiàn)實質(zhì)性的突破，仍不能解決常規(guī)教學中的難題。 它沒有實現(xiàn)真正意義上的整合，信息技術(shù)與物理教學仍然是兩張皮。與傳感信息技術(shù)的整合在這部分知識的教學中， 我們的目標是想尋找位移(s) 隨時間 (t)變化的規(guī)律，而常規(guī)實驗儀器的困難在于無法

3、完成對運動物體的位移及其相應(yīng)時間的動態(tài)即時測量。如果引入位移傳感器進行該實驗，展開教學，就出現(xiàn)了完全不同于以往的教學思路和效果。我們采用的是 DIS 數(shù)字實驗室系統(tǒng)進行實驗，其位移傳感器分為發(fā)射模塊與接收模塊兩部分（如圖 1 所示），能不斷向外發(fā)射紅外線和超聲波的發(fā)射模塊隨小車在傾斜軌道上加速運動， 接收模塊將接收到的信息通過數(shù)據(jù)采集器輸入計算機， 相應(yīng)的軟件通過紅外線和超聲波的時間差來確定兩個模塊之間的距離， 依此確定各個時刻發(fā)射模塊（小車）發(fā)生的位移，測量的原始數(shù)據(jù)可以用表格進行呈現(xiàn)，也可以將這些數(shù)據(jù)直接呈現(xiàn)在 s-t 圖像中。當學生通過實驗獲得數(shù)據(jù)后，計算機完成了機械的繪圖工作，學生可對

4、選定的區(qū)域自由地進行擬合， 配套軟件提供了一系列數(shù)學函數(shù)圖線去擬合選定區(qū)域內(nèi)圖形的功能（如圖 2 左下側(cè)所示），幫助學生驗證自己的猜想。如圖 3 所示，學生進行線性擬合后發(fā)現(xiàn)線性擬合函數(shù)與原始數(shù)據(jù)偏差較大，說明位移不是時間的一次函數(shù)。 經(jīng)探究后學生會發(fā)現(xiàn)二次擬合線與選取區(qū)域的原始數(shù)據(jù)比較吻合， 說明位移是時間的二次函數(shù)。計算機和配套軟件還提供了與這些擬合線相對照的數(shù)學函數(shù)方程供學生參考。由于所進行的是一個真實的實驗，教師可以有意識地暴露實驗中的矛盾，引導學生發(fā)現(xiàn)問題。如：此實驗中的三次擬合線與選定區(qū)域的原始數(shù)據(jù)重合得相當好， 是偶然的實驗誤差還是位移是時間的三次函數(shù)？學生不斷地改變實驗條件，

5、結(jié)果發(fā)現(xiàn)每次重合得都很好， 這就排除了偶然誤差。 最后學生通過計算機提供的三次擬合函數(shù)方程找到了問題的癥結(jié)：其三次項系數(shù)趨近于零， 也就是三次項幾乎不成立，更說明了位移是時間的二次函數(shù)。學生經(jīng)多次探究后發(fā)現(xiàn)位移是時間的二次函數(shù)，即s=at+bt2 ，基本上完成了本節(jié)課的教學任務(wù)。 至于“系數(shù) a 和 b 各與哪些物理知識有關(guān)”的教學， 教師可根據(jù)教學時間和學生情況靈活地調(diào)整，既可直接進行傳遞式教學， 也可組織學生展開討論、 提出猜想并利用手邊的實驗器材方便地改變實驗條件，如斜面高度、初速度大小、在小車上加砝碼等，進一步地探究 a 和 b 的本質(zhì)。運用傳感技術(shù)進行實驗的優(yōu)勢1. 用位移傳感器研究

6、勻變速直線運動，實現(xiàn)了位移這一過程量的測量，填補了高中實驗的空白。2. 采用傳感器進行教學，將以往教師為主的“教”轉(zhuǎn)變成了以學生活動為主的“探”， 學生真正經(jīng)歷完整的科學研究過程，發(fā)展了學生的探究能力。3. 借助信息技術(shù)每秒鐘數(shù)萬次的數(shù)據(jù)采集和處理量是傳統(tǒng)實驗根本無法相比的； 提高了實驗效率， 拉近了學生與現(xiàn)代高新科技之間的距離；也將數(shù)學函數(shù)與圖形相結(jié)合的數(shù)形思想和物理情景及其物理意義交融在一起，有助于培養(yǎng)學生理性思維和建立數(shù)理統(tǒng)一的觀念。4. 在實驗過程中，同一組學生必須分工合作才能完成實驗，發(fā)現(xiàn)問題時相互討論， 共同尋找解決問題的方案。 這種協(xié)作式學習有利于培養(yǎng)學生的合作精神， 使各層次的學生都有所發(fā)展， 為更多學生提供了一個施展才能的舞臺。5. 由于所有的數(shù)據(jù)都基于