高中物理實驗教學(xué)中數(shù)字化實驗的應(yīng)用

王榮輝+羅春春

摘 要： 高中物理以實驗教學(xué)模式為基礎(chǔ)，將日常生活現(xiàn)象引入到物理實驗中，鼓勵學(xué)生觀察與思想，通過猜想，驗證一些可能存在的物理性質(zhì)，采用先進的數(shù)字化實驗方法即DIS進行發(fā)現(xiàn)、探究、驗證、推理以及拓展實驗，將實驗理念與現(xiàn)代化先進技術(shù)有效結(jié)合，最終用數(shù)字圖形將物理規(guī)律直觀地呈現(xiàn)出來。實驗操作中提升學(xué)生的實際操作能力以及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 高中物理；實驗教學(xué)；數(shù)字化實驗；應(yīng)用

新課標(biāo)背景下高中物理數(shù)字化實驗的推廣與應(yīng)用，有助于為學(xué)生與教師解決問題與疑惑，并且能在教學(xué)過程中找到理論教學(xué)課堂與數(shù)字化實驗教學(xué)中的銜接點。本文提供了在物理電學(xué)實驗教學(xué)的方案設(shè)計，為物理教師在理論知識教學(xué)基礎(chǔ)上深度開展物理數(shù)字化實驗教學(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，從而推動物理實驗教學(xué)發(fā)展。

一、 高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)現(xiàn)狀

數(shù)字化教學(xué)實驗的英文縮寫為“DIS”。數(shù)字化實驗課堂的開展主要需要準(zhǔn)備傳感器、計算機、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。

物理實驗課開展之前，準(zhǔn)備物理實驗器材是一項繁瑣復(fù)雜的工作，這樣增大了物理教師的教學(xué)負擔(dān)，進而使得一些物理實驗教師放棄數(shù)字化實驗，盡量開展傳統(tǒng)實驗教學(xué)或者是不開展實驗教學(xué)。

數(shù)字化實驗的開展需要相應(yīng)的數(shù)字化實驗配套設(shè)施。相關(guān)的配套設(shè)施由于采購成本較高，對于一些經(jīng)濟基礎(chǔ)較差的學(xué)校而言，限制了數(shù)字設(shè)備配置，數(shù)字化實驗教學(xué)就無法順利開展。如果增加數(shù)字化實驗教學(xué)，就會使得在反復(fù)的使用中造成零件損壞，且維修費用高，導(dǎo)致部分學(xué)校數(shù)字化實驗室成為了擺設(shè)。

教育理念不同也會影響到數(shù)字化實驗教學(xué)情況，近幾年來高中物理試題中數(shù)字化內(nèi)容比例逐漸加重，但物 理實驗問題依舊是通過物理理論知識教學(xué)開展，教師通過理論教學(xué)仍然可以提高學(xué)生的考試分數(shù)，數(shù)字化實驗教學(xué)模式是否開展對物理分數(shù)的影響不大，這也是物理教師忽略數(shù)字化實驗教學(xué)的關(guān)鍵性原因。

二、 數(shù)字化實驗教學(xué)模式的積極作用

數(shù)字化實驗教學(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)實驗教學(xué)相比較，其彌補了傳統(tǒng)實驗操作的不足，采集到的數(shù)據(jù)信息也更加具有精準(zhǔn)性。數(shù)字化實驗系統(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，更加有利于優(yōu)化課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)，拓展課堂知識內(nèi)容，提升學(xué)生的實踐操作能力以及探究能力。另外，還為物理實驗教學(xué)注入了新的活力，使抽象的物理知識具象化，使物理課堂變得簡單輕松，為學(xué)生打下堅實的物理知識基礎(chǔ)。

三、 數(shù)字化實驗教學(xué)模式在電學(xué)中的設(shè)計應(yīng)用

依據(jù)魯教版教材與高考考試大綱，結(jié)合物理實驗設(shè)備與具體的實驗操作要求，下面針對測量金屬電阻率教材內(nèi)容展開數(shù)字化實驗教學(xué)設(shè)計。

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

第二，具體的實驗設(shè)計步驟為：①使用螺旋測微器在導(dǎo)線不同位置分別測量，得出直徑d平均值，計算導(dǎo)線橫截面積S。②將金屬絲兩端拉直且固定在接線柱上，測出接線路長度L，重復(fù)進行測量，求出平均值。③按電路圖連接電路，開關(guān)處于斷開狀態(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點擊開始按鈕，撥動變阻器滑片使其進行數(shù)據(jù)信息采集工作，采集完畢后點擊分析按鈕，設(shè)定X軸為電流變化曲線，Y軸為電壓變化曲線，呈現(xiàn)函數(shù)圖像。將圖片進行存儲或者輸出，對伏安特曲線進行分析，計算金屬電阻值。⑤切斷電源，將設(shè)備儀器數(shù)值歸零。經(jīng)同學(xué)測量以及計算后得出以下數(shù)據(jù)。

第三，在實驗中需要注意的問題有以下三點。其一，在使用數(shù)字化實驗探究系統(tǒng)中，采用電流傳感器與電壓傳感器取代電流表和電壓表，并將其與計算機緊密相連。注意在實驗操作前一定要清零，這樣能夠保證實驗結(jié)果數(shù)值的精準(zhǔn)度，同時要做好計數(shù)準(zhǔn)備。其二，將滑動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，點擊計算機上的停止按鈕。檢查實驗數(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)進行以上操作，直到的得出理想數(shù)據(jù)結(jié)果。

第四，進行曲線描繪。通過計算機分析函數(shù)得到圖像，將圖像導(dǎo)出。

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

第六，要求學(xué)生撰寫實驗報告，包括實驗?zāi)康摹嶒炂鞑摹嶒灳唧w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，做好標(biāo)記記錄，在坐標(biāo)紙上按照坐標(biāo)形狀畫出圖像，將畫出的圖像與計算機分析處理的圖像作對比，也可以在計算機中直接導(dǎo)出函數(shù)圖像。

結(jié)束語：

在新課改形式下，物理實驗教學(xué)的開展愈來愈凸顯其重要性，數(shù)字化實驗教學(xué)在實驗教學(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代發(fā)展中不斷探索創(chuàng)新，樹立終生學(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，為社會培養(yǎng)出更多的物理應(yīng)用型人才，為我國社會經(jīng)濟文化的蓬勃發(fā)展貢獻力量。

參考文獻：

[1] 潘洪濤.數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室（DISLab）應(yīng)用研究——以高中物理實驗教學(xué)為例[D].上海：上海師范大學(xué)，2016.

[2] 顧培琳.DIS實驗在高中物理教學(xué)中的優(yōu)化應(yīng)用及有效性研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2012.