淺議中學(xué)物理DISLab實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)

劉璐

摘 要：本文先對(duì)DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，分析現(xiàn)行人教版高中物理教材必修一中的“力的合成”傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足，基于DISLab實(shí)驗(yàn)手段對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出更高效的實(shí)驗(yàn)。把DISLab實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有機(jī)地結(jié)合，使其各自發(fā)揮自己的教育教學(xué)優(yōu)勢(shì)，克服彼此的弊端，使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：DISLab實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā);力的合成

1 DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

DISLab是數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是現(xiàn)代信息技術(shù)的一種。DISLab可以運(yùn)用到教學(xué)的各個(gè)方面，當(dāng)DISLab運(yùn)用到物理實(shí)驗(yàn)中時(shí)，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)便有了新的性質(zhì)和名稱(chēng)，我們將這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ浇凶鰯?shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為DISLab實(shí)驗(yàn)。

1.1 DISLab實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比

1）硬件方面的比較。DISLab實(shí)驗(yàn)中的設(shè)備大多以現(xiàn)代科技理論為支撐建立起來(lái)的，是具有科學(xué)性和技術(shù)性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)運(yùn)行速度快、實(shí)驗(yàn)結(jié)果精確、數(shù)字化信息顯示、直觀(guān)性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理專(zhuān)業(yè)化等。但也有缺點(diǎn)，如傳感器使用壽命短、軟件更新?lián)Q代快、價(jià)格昂貴、攜帶不便、維護(hù)成本高等。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器就是我們一般課堂上常用的實(shí)驗(yàn)儀器，它的優(yōu)點(diǎn)有使用壽命長(zhǎng)、價(jià)格便宜、取材簡(jiǎn)便、維護(hù)成本低等。它的缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，如實(shí)驗(yàn)連接復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)誤差過(guò)大、對(duì)人工依賴(lài)性過(guò)大、直觀(guān)性較弱、實(shí)驗(yàn)規(guī)范的要求過(guò)高等。

2）軟件方面的比較。（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器多，操作時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)故障，因此傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)可培養(yǎng)學(xué)生清晰有序的思維能力，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的操作主要在模仿，對(duì)學(xué)生能力的提升不大。DISLab實(shí)驗(yàn)的在數(shù)據(jù)采集和處理方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)儀器的簡(jiǎn)化，因此DISLab實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)便，實(shí)驗(yàn)操作也較為簡(jiǎn)單。DIS實(shí)驗(yàn)要求精細(xì)的操作，對(duì)計(jì)算機(jī)水平也有一定的要求。因此DIS實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生掌握利用現(xiàn)代信息技術(shù)學(xué)習(xí)、拓展知識(shí)的能力。（2）對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和探究能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器較為固定，學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究均采用不變的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶蛯?shí)驗(yàn)儀器。這些固定的外在條件制約了學(xué)生創(chuàng)新能力與探究能力的提升。

DISLab實(shí)驗(yàn)中傳感器可拆卸，也可作為其他實(shí)驗(yàn)的測(cè)量?jī)x器。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)僅提供數(shù)據(jù)處理和呈現(xiàn)的功能。因此DISLab實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性很大，約束性很小，DISLab實(shí)驗(yàn)更利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探究能力。

1.2 DISLab實(shí)驗(yàn)應(yīng)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合

在人教版的教材中，一些較難理解和操作的物理實(shí)驗(yàn)仍然采用傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的儀器與方法。但這些傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)存在很多不足，例如操作要求過(guò)多、變量不易控制、誤差大、直觀(guān)性不強(qiáng)等等，顯然這已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求。而DISLab數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)過(guò)程‘可視性、數(shù)據(jù)采集‘智能化、數(shù)據(jù)處理‘智能化等特點(diǎn)。因此傳統(tǒng)的物理教學(xué)儀器應(yīng)該與DISLab實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，利用DISLab實(shí)驗(yàn)自身的優(yōu)勢(shì)對(duì)傳統(tǒng)物理疑難實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

2 結(jié)合DISLab的“力的合成”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1）“力的合成”傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)分析。《力的合成》中，運(yùn)用“力F對(duì)橡皮條作用的效果與F1、F2共同作用的效果相同，所以力F看作是F1和F2的合力”，用這一裝置探究力的合成規(guī)律，這一原理也叫做“平行四邊形定則”。（如圖1）

從傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)可以看出，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了方便分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，做力的圖示，在分力與合力的數(shù)據(jù)上會(huì)有選擇，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不具有普遍性。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)的精確度除了會(huì)受到人為因素的影響之外，還會(huì)受實(shí)驗(yàn)器材的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成誤差。

2）結(jié)合DISLab的“力的合成”改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。（1）創(chuàng)新之處。利用現(xiàn)有的“力的合成與分解”實(shí)驗(yàn)儀器，結(jié)合DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，很大程度上避免了讀數(shù)誤差。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是利用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)互成一定角度拉砝碼，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，測(cè)力計(jì)的示數(shù)不是很穩(wěn)定，這樣會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)出現(xiàn)誤差;彈簧測(cè)力計(jì)本身在使用過(guò)程中由于彈簧自身的因素也會(huì)導(dǎo)致示數(shù)不準(zhǔn)確，使得畫(huà)出來(lái)的力的圖示不符合“平行四邊形法則”，最終影響實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。而DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的力傳感器測(cè)力較為穩(wěn)定，用力傳感器代替彈簧測(cè)力計(jì)則可以有效的減少讀數(shù)誤差，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)整個(gè)裝置穩(wěn)定時(shí)，兩個(gè)力傳感器的讀數(shù)就可以很精確地被記錄下來(lái)。（2）利用改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1.將表盤(pán)固定到支架臺(tái)上面，將小圓環(huán)用三段棉線(xiàn)連接好，將鉤碼用其中一段棉線(xiàn)懸掛在圓環(huán)下方，將兩個(gè)力傳感器像圖中那樣用另兩段棉線(xiàn)連接起來(lái)，將兩個(gè)力傳感器通過(guò)數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連。2.打開(kāi)專(zhuān)用軟件，點(diǎn)擊“力的合成與分解”按鈕，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)界面，輸入預(yù)設(shè)角度ɑ1、ɑ2，輸入鉤碼重力G，準(zhǔn)備好以后點(diǎn)擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”，在沒(méi)有受力時(shí)，對(duì)兩個(gè)力傳感器進(jìn)行“傳感器調(diào)零”。3.把兩個(gè)力傳感器分別沿著預(yù)設(shè)角度拉，觀(guān)察棉線(xiàn)結(jié)點(diǎn)處的圓環(huán)，使得圓環(huán)對(duì)齊表盤(pán)中心，待穩(wěn)定時(shí)點(diǎn)擊“停止記錄”，測(cè)出了F1、F2兩個(gè)分力。4.點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)分析”，計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出合力F，以及顯示出F1、F2的圖示和合力的圖示。（如圖2）5.改變重力不同的鉤碼和大小不同的預(yù)設(shè)角度，重復(fù)上述步驟（2、3、4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖像。

3 總結(jié)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)并不是對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的完全替代，他們各有特色，對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)各有不同的側(cè)重點(diǎn)。因此教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同的教學(xué)需求選擇不同的實(shí)驗(yàn)方式，對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)造性的優(yōu)化改進(jìn)。本文為教師利用DISLab實(shí)驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)“力的合成”進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一些幫助。

參考文獻(xiàn)

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