楊 倩，張 軍，廖 峻，李松權(quán)

(嶺南師范學(xué)院，廣東 湛江 524048)

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DISlab實驗系統(tǒng)在師范生技能訓(xùn)練中的應(yīng)用

楊 倩，張 軍，廖 峻，李松權(quán)*

(嶺南師范學(xué)院，廣東 湛江 524048)

數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室(Digital Information System Laboratory)(簡稱DISLab)的引入可以簡化物理實驗的操作、加快數(shù)據(jù)采集與處理的速度并提高精度，因此，將DISLab用于課堂演示和微課制作，可以使抽象的理論更加形象化、實驗過程動態(tài)化，更易于學(xué)生對知識的理解和接受。本文以向心力研究實驗為例，說明了通過DISLab實驗的微課的設(shè)計和錄制，可以訓(xùn)練物理師范生從學(xué)生視角出發(fā)，設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)思想、引導(dǎo)學(xué)生跟隨實驗過程進(jìn)行思考，提高物理師范生的教學(xué)技能。

DISlab；微課；物理師范生；技能訓(xùn)練

自從2010年國內(nèi)正式出現(xiàn)“微課”這一概念以來[1]，一系列圍繞微課的研究與實踐也迅速展開，在教學(xué)手段日趨多樣化、個性化的時代背景下，微課也成為了高等師范院校師范生所必須要掌握的一項教學(xué)技能。

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)，科學(xué)理論和實驗緊密結(jié)合的一門學(xué)科，但在實際教學(xué)過程中往往是將理論課與實驗課分開進(jìn)行，由于物理學(xué)的理論抽象和推導(dǎo)過程枯燥的這一特點，所以，僅僅在微課中講解理論和推導(dǎo)，不能很好的發(fā)揮微課在物理理論課堂上的優(yōu)勢。因此，我們將DISlab演示實驗引入到微課當(dāng)中，把輕松趣味的物理小實驗引入到枯燥抽象的理論課堂當(dāng)中，讓理論變得更加生動具體，更易于學(xué)生對知識的理解。同時，錄制微課的過程也是對師范生教學(xué)能力的綜合訓(xùn)練過程。

1 DISlab實驗系統(tǒng)在微課中應(yīng)用的優(yōu)勢

微課是指教師在課堂內(nèi)外教育教學(xué)過程中圍繞某個知識點(重點難點疑點)或技能等單一教學(xué)任務(wù)進(jìn)行教學(xué)的一種教學(xué)方式，具有明確、針對性強(qiáng)和教學(xué)時間短的特點，教學(xué)內(nèi)容方面由于突出重點，也便于學(xué)生的理解掌握。可以說微課為提高物理教學(xué)效率提供了物理現(xiàn)象可直接演示、教學(xué)內(nèi)容可反復(fù)演示、操作過程可直接演示的新模式[2-3]。

物理實驗一直以來都是物理教學(xué)過程中的一個重要手段，能讓學(xué)生更好的理解抽象的定理和公式，但在傳統(tǒng)的物理理論課堂上很難實現(xiàn)理論講解和實驗演示同步進(jìn)行，所以我們選擇將物理實驗的演示作為物理學(xué)微課的核心，引入DISlab實驗系統(tǒng)，將物理知識和數(shù)字化實驗結(jié)合起來[4-5]，讓師范生具有數(shù)字化實驗教學(xué)的技能，提高師范生的綜合教學(xué)能力。

數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室(Digital Information System Laboratory)簡稱DISLab，由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、實驗軟件包、計算機(jī)構(gòu)成。DISLab實驗系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)快捷、精確，由電腦直接處理采集到的實驗數(shù)據(jù)，可快速直觀地觀察到實驗過程中數(shù)據(jù)的變化趨勢和最終實驗結(jié)果。師范生在以DISlab實驗系統(tǒng)為核心的微課制作訓(xùn)練當(dāng)中，不僅可以提高師范生常規(guī)的實驗?zāi)芰?，同時可以鍛煉師范生的教學(xué)綜合技能[6]。

2 DISlab實驗系統(tǒng)與微課的結(jié)合訓(xùn)練

DISlab實驗系統(tǒng)與微課的結(jié)合訓(xùn)練主要針對中學(xué)物理教育專業(yè)的師范生，由于中學(xué)生具有抽象理解能力弱、但對信息化新設(shè)備充滿新鮮感和好奇心的特點，因此，將DISlab實驗系統(tǒng)與微課的結(jié)合，會更加有助于教師講授吸引學(xué)生的注意力，同時培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、分析問題的能力。

物理師范生的實驗微課的制作過程，實際是對師范生的教學(xué)技能與教育技術(shù)技能的綜合訓(xùn)練。作為對單一知識點的一個完整教學(xué)過程，微課的制作不僅涉及一些通常的教學(xué)技能，同時也要求師范生利用現(xiàn)代的教學(xué)技術(shù)營造一個與具體教學(xué)活動緊密結(jié)合、真實情景化的教學(xué)環(huán)境[7]。教案設(shè)計不僅要做到清晰明確地講解實驗主題、目的、原理，還要包含正確規(guī)范地演示實驗過程，并簡單扼要地分析經(jīng)電腦處理后的實驗結(jié)果。因此，對師范生課程設(shè)計方面的訓(xùn)練作用不亞于一般試講訓(xùn)練。

經(jīng)過一系列實驗微課的制作訓(xùn)練，師范生可以熟練運用DISlab實驗系統(tǒng)，將系統(tǒng)引入到更多中學(xué)物理課堂中，并在實際課程應(yīng)用中進(jìn)一步利用DISlab實驗系統(tǒng)設(shè)計新實驗，培養(yǎng)中學(xué)生創(chuàng)新能力以及發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力[8]。

2.1 實踐案例

下面以向心力研究實驗為例說明。

2.1.1 實驗設(shè)計

① 教學(xué)策略設(shè)計

從設(shè)計問題開始，讓學(xué)生帶著問題觀察實驗，并給出一定提示，把握學(xué)生思路。

問題設(shè)計：向心力F的大小與砝碼質(zhì)量m、角速度ω、轉(zhuǎn)動半徑r之間有怎樣的關(guān)系？以上物理量如何測量？用什么方法比較？

提示：由向心力公式F=mω2出發(fā)。

② 實驗方案

實驗器材：DISlab向心力實驗器、砝碼、光電門傳感器、力傳感器、數(shù)據(jù)采集器，如圖1所示。

圖1 實驗器材

實驗原理：物體做圓周運動時，沿半徑指向圓心方向的外力(或外力沿半徑指向圓心方向的分力)稱作向心力。向心力的大小與物體質(zhì)量、角速度平方、半徑成正比，即F=mω2r。

利用砝碼的圓周運動進(jìn)行向心力的研究，分析質(zhì)量m、角速度ω、轉(zhuǎn)動半徑r之間的關(guān)系。如圖1所示，將砝碼固定在懸臂中的水平連桿上，通過懸臂上的刻度讀出半徑r。當(dāng)懸臂施受力旋轉(zhuǎn)時，砝碼在水平面內(nèi)做圓周運動，此時，水平連桿牽拉等臂杠桿，將其所受向心力傳遞至懸臂上方的垂直連桿，再通過與垂直連桿相連的力傳感器可直接測量向心力的大小。懸臂旋轉(zhuǎn)時，光電門傳感器測量擋光桿的擋光時間，從而求出角速度ω。最終結(jié)合控制變量法和作圖法，研究各物理量之間的關(guān)系。

2.1.2 實驗數(shù)據(jù)采集與分析

向心力F與砝碼質(zhì)量m、角速度ω、轉(zhuǎn)動半徑r的測量數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖2 實驗數(shù)據(jù)

問題設(shè)計：如何可以快速直觀地看出幾個變量之間的關(guān)系？

提示：使用作圖和控制變量相結(jié)合的方法，繪制在不同條件下的F-曲線圖。

實驗過程：保持砝碼質(zhì)量和轉(zhuǎn)動半徑不變，撥動懸臂做使之做圓周運動，選擇記錄向心力F和角速度平方ω2的數(shù)據(jù)點，如圖3所示。保持砝碼質(zhì)量m不變，改變其轉(zhuǎn)動半徑r，重復(fù)實驗，得到兩組F-數(shù)據(jù)點，如圖4所示。保持轉(zhuǎn)動半徑r不變，改變砝碼質(zhì)量m，重復(fù)實驗，得到兩組F-ω數(shù)據(jù)點，如圖5所示。

圖3 向心力與角速度的平方關(guān)系

圖4 半徑不同的向心力曲線

圖5 質(zhì)量不同的向心力曲線

問題設(shè)計：請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到的曲線圖，總結(jié)向心力F與砝碼質(zhì)量m、角速度ω、轉(zhuǎn)動半徑r之間的關(guān)系。

2.1.3 總結(jié)

向心力大小取決于多個變量，設(shè)計時注意控制變量，只有在其他兩個變量確定的情況下，才僅隨一個變量的變化而變化。同樣，在做實驗或科學(xué)研究時，為使驗證過程嚴(yán)謹(jǐn)、結(jié)果準(zhǔn)確，對于各種情況條件，一定要全面考慮。

2.2 案例分析

以微課形式演示DISlab實驗，視頻演示方式更易于吸引學(xué)生注意力，在演示過程中不斷提出問題，使學(xué)生思路可以緊隨實驗的進(jìn)行過程，使抽象的理論變得形象生動，最后讓學(xué)生通過觀察實驗總結(jié)回答實驗開始前提出的問題。

3 結(jié) 論

物理師范生通過進(jìn)行DISlab實驗的設(shè)計以及微課視頻的設(shè)計拍攝，會更多的從學(xué)生視角出發(fā)，練習(xí)選擇更適合學(xué)生理解的實驗內(nèi)容和方式、設(shè)計不同的問題[9]，讓微課更加生動，讓其區(qū)別于枯燥的理論課堂，提高物理師范生對教學(xué)設(shè)計、整體結(jié)構(gòu)把握的要求，達(dá)到進(jìn)一步鍛煉物理師范生教學(xué)技能的目的。

[1] 胡鐵生. “微課”:區(qū)域教育信息資源發(fā)展的新趨勢[J].電化教育研究，2011(10)：63-67.

[2] 宋金璠，郭新峰，王生釗，等.微課在大學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].物理實驗，2015，35(2)：12-16.

[3] 蘇青燕，高譚華，葉靖瑩，等.新建本科院校工科專業(yè)基礎(chǔ)實驗教學(xué)模式改革——以大學(xué)物理實驗為例[J].大學(xué)物理實驗，2016，29(1)：137-139.

[4] 王燕紅.利用傳感器突破教學(xué)難點[J].實驗教學(xué)與儀器，2015(1)：56-59.

[5] 李穎.大學(xué)物理實驗數(shù)字化教學(xué)改革的探索[J].大學(xué)物理實驗，2016，29(4).

[6] 周燁森.利用DISlab提高物理教學(xué)質(zhì)量[J].實驗教學(xué)與儀器，2014(12)：38-40.

[7] 白然.微課理念下高校師范生教育技術(shù)技能實訓(xùn)課程建設(shè)探析[J].教育探索，2016(3)：113-116.

[8] 徐晶，王國余.大學(xué)物理實驗分層次教學(xué)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].大學(xué)物理實驗，2013，26(2)：94-96.

[9] 崔連敏.淺談大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題和方法[J].大學(xué)物理實驗，2015，28(6)：124-126.

Application of DISlab in the Normal Students’ Techniques Training

YANG Qian，ZHANG Jun，LIAO Jun，LI Song-quan

(Lingnan Normal University,Guangdong Zhanjiang 524048)

The introduction of the Digital Information System Laboratory is capable of simplifying the procedure of physical experiment,also is beneficial to improving the speed and precision of data acquisition and processing.As a result,DISlab is suitable for class demonstration and design of microlecture,which can make abstract knowledge more visualized and experimental process more dynamic,so that the students could understand and accept knowledge more easily.In this paper,we take the experiment of centripetal force for instance and demonstrated that the design and record of DISLab microlecture can train physics normal students to design the course content and methods of instruction from the perspective of students,and then make the students to think with the process of experiment,improving teaching skills of physics normal students.

DISlab；microlecture；physics normal students；techniques training

2016-06-03

1007-2934(2016)05-0148-03

G 642

A DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.005.038

*通訊聯(lián)系人