數(shù)字化處理系統(tǒng)在我組物理實驗教學(xué)中實踐研究報告

個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用個人資料整理僅限學(xué)習(xí)使用數(shù)字化處理系統(tǒng)在我組物理試驗教案中的實踐爭論北京十二中岳玉平內(nèi)容提要：在信息化社會的背景下，傳統(tǒng)的試驗?zāi)Ｊ揭呀?jīng)不能適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)需要了，傳方面的作用。關(guān)鍵詞：傳感器和數(shù)字處理系統(tǒng)物理試驗教案實踐爭論的理念下，就我組學(xué)科課堂教案而言，教師認真學(xué)習(xí)，樂觀探究，提高生疏，大膽實踐?，F(xiàn)對我們試驗一、數(shù)字化處理系統(tǒng)在高中物理試驗教案中的特點傳感器和數(shù)字化處理系統(tǒng)已在我組物理課堂教案中應(yīng)用，它涉及教案理念、試驗設(shè)備、器材功能等多方面的問題?？偟膩碇v，中學(xué)進展數(shù)字處理系統(tǒng)試驗特點如下：直觀、明顯。數(shù)字化處理系統(tǒng)試驗可以快速連續(xù)采集數(shù)據(jù)，這是常規(guī)試驗辦不到的。例如摩擦力試驗用測力計演示存在最大靜摩擦很不簡潔把握，而用數(shù)字化處理系統(tǒng)可以畫出連續(xù)圖像。如下左圖中的峰值是最大靜摩擦，以后是滑動摩擦。下右圖中是用數(shù)字化處理系統(tǒng)進展牛頓第三定律的圖像，有很好的對稱性。數(shù)字化處理系統(tǒng)試驗特別適合于需要采集高速<瞬時〕試驗的數(shù)據(jù)。以對瞬時速度的測量為例，傳統(tǒng)的方法是將對速度的測量轉(zhuǎn)化成對與速度有關(guān)的物理量的測量。例如，在《驗證機械能守恒定律》的試驗中，教材是利用前后小球瞬時速度的測量轉(zhuǎn)化成對小球落地時在水平方向上所走過的位移的測量。我們必需成認，上述的處理方法對于學(xué)生來講是有意的，在試驗的過程當中把已有的理論學(xué)問在實踐中得到了應(yīng)用。但與法來處理？是否全部的與速度測量有關(guān)的試驗都必需用這種用光電門測量自由落體運動的加速度；利用光電門驗證單擺運動過程中的機械能守恒等等。智能處理數(shù)據(jù)。他不僅能自動采集資料，而且可自動處理，包括繪制物理量關(guān)系圖線。當用于一些計算工作量較大的試驗<例如氣軌上的試驗〕時，可以代替煩瑣的人工計算，能顯著提高效率。例如，在《描繪小燈泡的伏安特性曲線》的試驗中、爭論電源的路端與電阻的關(guān)系、爭論電源的輸出功率和電阻、輸出功率和電流的關(guān)系<以以下圖為計算機直接處理得到的有關(guān)曲線〕。對于《測定單擺周期》以及《探究彈簧振子的運動規(guī)律》這兩個學(xué)生探究試驗來說，大規(guī)模數(shù)據(jù)采集以及采集后的數(shù)據(jù)處理力氣則顯得尤為重要。要想到達上述兩個目的，那么在試驗中除了要裝配我們的傳統(tǒng)物理試驗器材以外，傳感器<將各種不同的物理信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號〕、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)<PC〕的裝配也是必不行少的。數(shù)字化處理系統(tǒng)試驗為中學(xué)試驗教案增加了一種的手段，一種的工具，有可能實現(xiàn)依據(jù)的試驗原理和方案，設(shè)計的試驗。長期以來，我們在物理試驗教案中遵循這樣一個規(guī)律，那就是依據(jù)教案進度，學(xué)生該做什么試驗，試驗教師就會在試驗室預(yù)備相應(yīng)的試驗器材?？雌饋砭袟l的教案安排其實在無形當中扼殺了學(xué)生的制造性。假設(shè)能夠給每組學(xué)生配備一套數(shù)字化試驗系統(tǒng)，那么教師就可以大大超出教材的范圍，或者讓學(xué)生探究一些教材上提到了，但是無法用傳統(tǒng)方法完成的試驗：例如聲波的振動圖像；電容的充放電；以及用磁傳感器爭論地球磁場等試驗?；蛘咦寣W(xué)生嘗試利用不同的試驗器材，承受不同的測量方法和手段來到達同樣的試驗?zāi)康模豪鐚W(xué)生可以用力傳感器和加速度傳感器的組合來爭論牛頓其次定律；學(xué)生還可以利用光電門傳感器來完成該試驗；學(xué)生甚至還可以利用位移傳感器來完成該試驗。總之，就我們目前所想到的利用電流、電壓、位移、力、光電門、磁、壓強、溫度、光傳感器可以進展一百多項教材上沒有的物理試驗。固然，是否每一個試驗都適合學(xué)生作探究，還有待于不斷的實踐和探究。二、實踐爭論過程課例以下是我組青年教師孫德峰、趙海燕教師的公開課課里例“電容器電容”傳統(tǒng)的解決方法：對電容器帶電量與兩極間電壓成正比這一結(jié)論，教材是直接灌給學(xué)生的，不宜于學(xué)生承受，從網(wǎng)上下載了充放電模擬演示試驗，彌補了教材的缺乏，讓學(xué)生通過描點，畫線，親自探索出電量與電壓的關(guān)系，順其自然引入電容的概念，從而把握比值法定義物理量的方法，不僅易于消化，而且調(diào)動了學(xué)生的樂觀性，穩(wěn)固了重點突破了難點。對電容器的充放電過程教材說的過于簡潔，加上內(nèi)容抽象，微而這局部內(nèi)容又是后面學(xué)習(xí)電磁振蕩的根底，為突破難點，不僅用實物演示，還承受了計算機模擬，觀運動又無法演示，學(xué)生承受困難；讓學(xué)生親眼看到了電子的運動過程為后面教案鋪平了道路。但是，模擬演示試驗到底不是真實的試驗，難于讓學(xué)生信服。利用數(shù)字化處理系統(tǒng)的解決方法是：整節(jié)課始終以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)、試驗為主線，用數(shù)字化處理系統(tǒng)使動態(tài)的微觀世界真的動了起來，與傳統(tǒng)的教案方式形成了鮮亮的比照。<1〕試驗原理、裝置及器材試驗原理：用電流傳感器實時采集充電電流隨時間變化的關(guān)系，通過積分可以計算得出平行板電容器極板上的電壓。試驗裝置：如圖為測電容器充電電流或放電電流的試驗裝置圖。試驗器材：干電池多節(jié)、不同規(guī)格的電容器、單刀雙擲開關(guān)、電流傳感器、小燈泡。<2〕試驗操作試驗一：電路中接4700微法的電容，閉合開關(guān)1采集充電電流如以以下圖所示試驗二：電路中接2300微法的電容，轉(zhuǎn)變電源電壓，閉合開關(guān)1，分別采集E=7.5 V 、6 V、4.5 V、 3V時的電流。用積分工具求出不同電壓下電容器的帶電量，用數(shù)字電壓表測出電容器兩極板間的電壓。試驗資料和圖線如下表表示：1LoggerPro欄數(shù)據(jù):時間電流時間電流時間電流時間電流50.0003043831.40.000609632.6-0.000306123.30.0003043835.10.0003043831.5-0.00061142.70.0003043833.40.0009148845.20.004883141.60.1016472.80.07997473.50.04059745.30.002135891.70.005493642.90.003967393.60.003662145.40.0006096341.80.0030516430.002135893.70.001830635.50.001220231.90.002135893.10.001830633.80.001525385.60.00030438320.000914883.20.0003043833.90.0009148845.70.001220232.10.001220233.30.0012202340.0009148845.80.0006096342.20.001830633.40.001220234.10.0003043835.90.0009148842.30.001220233.5-8.67E-074.20.00030438360.0003043832.4-8.67E-073.60.0009148844.30.000609634電壓電量電壓電量電壓電量電壓電量7.50.0185160.011194.50.0106530.006471以以下圖為電容器1的電流---下表為電容器1的電量---2LoggerPro欄數(shù)據(jù):試驗三：電路中接3400微法的電容，轉(zhuǎn)變電源電壓，閉合開關(guān)1，分別采集E=7.5V、6V、4.5V、3V2LoggerPro欄數(shù)據(jù):時間電流時間電流時間電流時間電流1.10.001220232.200.0003043832.7-0.000306123.50.0003043831.2-3.06E-042.30.0009148842.80.0003043833.6-0.0006113681.30.1807072.4-8.67E-072.9-8.67E-073.70.0006096341.40.01098812.50.10958430.05463893.80.05463891.50.004272642.60.009156643.10.007325143.90.001525381.60.003051642.70.003662143.20.0033568940.001830631.70.001830632.80.002746393.30.002441144.10.0006096341.81.83E-032.90.002135893.40.002441144.20.0009148841.90.0018306330.001525383.50.001830634.30.00060963420.001220233.10.001830633.60.001830634.40.0009148842.10.001830633.20.001525383.70.001525384.50.000914884電壓電量電壓電量電壓電量電壓電量7.50.0251560.02014.50.0142930.01007以以下圖為電容器2的電流---下表為電容器2的電量---試驗結(jié)果及資料分析由試驗一，閉合開關(guān)實時采集充電電流的同時，引導(dǎo)學(xué)生觀看，雖然我們不能用肉眼看到充電電流，但是它是客觀存在的，充電電流具有什么特點呢？明顯是瞬間增大<大約用0.25秒〕，接著又在瞬間減為零<大約用0.25秒〕，共持續(xù)時間大約0.5秒左右。由試驗二，在電路中接入的電容，首先，電源用五節(jié)干電池，閉合開關(guān)，采集充電電流，并通過大屏幕顯示電流----時間圖像，用積分工具得到電容器的帶電量為0.01851C,同時用電壓表測出電容器兩極板間的電壓為7.5V0.01119C6.0V；電源三節(jié)干電池，電容器的帶電量為0.01065C,兩極板間的電壓為4.5V；電源兩節(jié)干電池，電容器的帶電量為0.006471C,兩極板間的電壓為3.0V。接著，引導(dǎo)學(xué)生觀看、分析，充電電壓越大，電容器的帶電量越大；電容器的帶電量和充電電壓有什么定量的關(guān)系呢？用比的方法查找這種關(guān)系，計算兩者的比值是一個常數(shù)，或用直線擬合工具畫出電量----電壓圖線；明顯在誤差允許范圍內(nèi)比值是一個常數(shù)。提出換用一個不同的電容器重重復(fù)以上的試驗又怎么樣呢？進展試驗三的操作，電源用五節(jié)干電池，電容器的帶電量為0.02515C,同時用電壓表測出電容器兩極板間的電壓為7.5V；電源用四節(jié)干電池，電容器的帶電量為0.02023C,兩極板間的電壓為6.0V；電源三節(jié)干電池，電容器的帶電量為0.01429C,兩極板間的電壓為4.5V；電源兩節(jié)干電池，電容器的帶電量為0.01007C,兩極板間的電壓為3.0V，電容器的帶電量與兩極板間的電壓的比值為000335。最終，引導(dǎo)學(xué)生分析這個常數(shù)反映的物理含義是什么？引導(dǎo)得出電容的公式。三、教案分析課標格外強調(diào)科學(xué)探究在科學(xué)課程中的作用，可以說科學(xué)探究是這次課程改革的核心。與規(guī)律課不同，這節(jié)是概念課，所以我覺得課上讓學(xué)生純粹地通過試驗進展探究是不太適宜的。應(yīng)當說科學(xué)探究是一種科學(xué)精神，學(xué)生只有通過探究變未知為，這樣的教案活動就是科學(xué)探究，這節(jié)課的教案設(shè)計就是基于這樣的動身點。在物理試驗中運用傳感器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為培育學(xué)生的制造性思維力氣增加了一種的手段，一種的工具。它激發(fā)了學(xué)生的生疏興趣和制造欲望傳感器直觀、明顯地將一些傳統(tǒng)試驗測不出的物理量呈現(xiàn)在教師和學(xué)生的面前，數(shù)字化處理系統(tǒng)試驗可以快速連續(xù)采集數(shù)據(jù)，這是常規(guī)試驗辦不到的。高科技的使用有利于激發(fā)學(xué)生的奇異心和求知欲?？梢耘嘤龑W(xué)生思維的深刻性，使學(xué)生把握制造性思維的根本方法對于一般高中的學(xué)生，共性心理特征已經(jīng)根本定型。經(jīng)受了初中的學(xué)習(xí)，大局部學(xué)生的思維從形象思維漸漸向抽象思維進展，處于抽象思維和形象思維相結(jié)合的狀態(tài)，并以形象思維為主導(dǎo)。高中生相對初中生來說，學(xué)習(xí)興趣更加的集中，直接興趣與間接興趣相互起作用，其最大的特點是興趣與目標開頭有了聯(lián)系，相比而言間接興趣起著更大的作用。既然高中生的抽象思維的力氣已經(jīng)進展到確定的狀態(tài)，傳感器應(yīng)用與演示試驗處理試驗中的問題遵循學(xué)生的思維特點便是一個必定要考慮的因素。它不僅能自動采集資料，而且可自動處理，包括繪制物理量關(guān)系圖線，代替煩瑣的人工計算，能顯著提高效率。學(xué)生更能養(yǎng)成勇于創(chuàng)、實事求是的科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神，讓學(xué)生領(lǐng)悟到自然界的奇異與和諧。鼓舞學(xué)生學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程學(xué)習(xí)和把握一些科學(xué)的探究方法