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        應(yīng)用DISLab輔助力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

        2019-06-18 10:04:40陳芹花吳志斌
        關(guān)鍵詞:科學(xué)探究物理實(shí)驗(yàn)傳感器

        陳芹花 吳志斌

        【摘 要】隨著全國(guó)大面積實(shí)施新高考改革的推進(jìn),社會(huì)對(duì)物理的重視程度和要求也相應(yīng)提高。本文就應(yīng)用DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在《摩擦力》中的教學(xué)中的應(yīng)用作一簡(jiǎn)單論述,并以此拋磚引玉,以點(diǎn)帶面,希望為傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)注入新的血液,為學(xué)生的學(xué)習(xí)方式帶來(lái)愉悅的改變。

        【關(guān)鍵詞】信息技術(shù);傳感器;科學(xué)探究;物理實(shí)驗(yàn)

        【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1671-8437(2019)10-0159-02

        1 引言

        在魯科版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理1》中指出[1],學(xué)習(xí)高中物理,特別要注意學(xué)習(xí)過(guò)程與方法,注重提高自己提出問(wèn)題并解決問(wèn)題的能力。

        物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科,實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中有著無(wú)可置疑的重要地位。在課堂教學(xué)中,教師的角色是“導(dǎo)學(xué)、助學(xué)”。學(xué)生在教師指導(dǎo)下,經(jīng)過(guò)“自學(xué)自研、互學(xué)互研”而獲取知識(shí),提升能力,學(xué)會(huì)創(chuàng)新。而教師有時(shí)則可以借用DISLab技術(shù)展示質(zhì)疑,討論生成,拓展延伸,嘗試探索適宜新高考的教學(xué)模式。

        2 DISLab簡(jiǎn)介

        DISLab是Digital Information System三個(gè)詞的縮寫,是“數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”的簡(jiǎn)稱,它是一種用于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)。DISLab的基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計(jì)算機(jī)”,以一系列傳感器替代了傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器,能夠完成力、熱、聲、光、電、位移、磁感強(qiáng)度、輻射、等多種物理量數(shù)據(jù)的采集[2]。

        3 DISLab在課堂演示實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

        中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)可分為課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分。在這些教學(xué)中,有些力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較抽象,很多是受限于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器,使一些物理現(xiàn)象在教師做演示時(shí)不能夠直觀呈現(xiàn),阻礙了學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的理解,甚至?xí)虼硕チ藢?duì)物理的興趣,從而造成了教學(xué)中的一個(gè)難點(diǎn)。大量成功的實(shí)驗(yàn)教學(xué)表明,把生活中平常的物理現(xiàn)象展現(xiàn)在學(xué)生的可視化范圍內(nèi),會(huì)讓學(xué)生更容易體驗(yàn)成功。

        本節(jié)課上筆者先用朗威DISLab系統(tǒng)進(jìn)行模擬。利用力傳感器,學(xué)生可以看到當(dāng)物體被迅速往上拉時(shí),物體對(duì)懸線的瞬間拉力的大小可以清晰地顯示出來(lái)。物理實(shí)驗(yàn)課堂應(yīng)是一個(gè)動(dòng)眼觀察、動(dòng)腦思考、動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程。因而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,可以大大提高利用DISLab對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“再挖掘”,開(kāi)發(fā)其教育潛能,提高利用DISLab的實(shí)效性。

        實(shí)例分析:滑動(dòng)摩擦力大小與什么因素有關(guān)?

        本實(shí)驗(yàn)是依據(jù)“二力平衡”來(lái)探究滑動(dòng)摩擦力的大小隨壓力、接觸面的粗糙程度的變化規(guī)律。所以,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前應(yīng)設(shè)制一個(gè)情境,讓學(xué)生學(xué)會(huì)猜想與假設(shè)。我們可以做個(gè)簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn),如圖1,在同一平面上托動(dòng)不同大小的木塊,需要的水平力是不一樣的,引導(dǎo)學(xué)生得出滑動(dòng)摩擦力與正壓力有關(guān);接著在粗糙程度不一樣的平面上拉動(dòng)同一物塊,需要的水平力也是不一樣的,同樣使學(xué)生得出滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度有關(guān)。再根據(jù)這個(gè)假設(shè),與學(xué)生一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程均要體現(xiàn)老師主導(dǎo)、學(xué)生主體的地位。顯然在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中讓木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng)且要控制木塊勻速的時(shí)候還要去讀數(shù)是難以實(shí)現(xiàn)的,假如木塊不是做勻速直線運(yùn)動(dòng),該時(shí)刻彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就與木塊所受滑動(dòng)摩擦力的大小不相等。對(duì)此,課堂上可以引導(dǎo)學(xué)生嘗試改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

        首先,解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的讀數(shù)問(wèn)題,就是利用DISLab中的力的傳感器來(lái)代替彈簧測(cè)力計(jì),結(jié)果發(fā)現(xiàn)電腦里顯示的圖像抖動(dòng)的也很厲害,這說(shuō)明在拉傳感器時(shí)其力量變化不均勻,此時(shí)就不能形象直觀的證明滑動(dòng)摩擦力的大小,特別是由靜止到滑動(dòng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)處還是無(wú)法反映出最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的大小的關(guān)系;當(dāng)學(xué)生陷入思考中時(shí),教師又可以引導(dǎo)他們調(diào)換原先實(shí)驗(yàn)的順序,把拉動(dòng)與木塊連接的力傳感器換成拉動(dòng)與木塊接觸的木板,同時(shí)固定力傳感器(如圖1),通過(guò)分析該過(guò)程的木塊受力情況可知,不管木板在拉動(dòng)過(guò)程中做加速還是減速運(yùn)動(dòng),木塊所受到的摩擦力都是滑動(dòng)摩擦力,且不受木板的運(yùn)動(dòng)情況的影響,由于木塊和力傳感器是固定的,即對(duì)地而言木塊是靜止的。則由“二力平衡”可知,其力的傳感器對(duì)木塊的拉力就等于木塊的摩擦力。

        經(jīng)過(guò)以上的改進(jìn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)圖像基本可以清楚的反映出最大靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力的大小的關(guān)系(如圖2)。學(xué)生在此引導(dǎo)下均能出現(xiàn)該圖像,這大大的增加了他們探究的信心,課堂的氣氛也因此而更加的活躍。

        由上述實(shí)驗(yàn)可見(jiàn),DISLab實(shí)驗(yàn)既注重知識(shí)與技能,又強(qiáng)化了過(guò)程與方法,兼顧情感、態(tài)度、價(jià)值觀的培養(yǎng)。

        4 結(jié)束語(yǔ)

        因此,在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入DISLab實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),不僅有利于提高信息技術(shù)與課程教材的整合,更是教育觀念的重要轉(zhuǎn)變,特別是學(xué)生的角色和學(xué)習(xí)方式的重要轉(zhuǎn)變,他們通過(guò)自學(xué)自研、互學(xué)互研,學(xué)會(huì)應(yīng)用傳感器材獲取知識(shí),提升能力。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]廖伯琴.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理1[M].山東:山東科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

        [2]鄭喆.利用DISLab完善高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)體系的應(yīng)用研究[D].蘇州大學(xué),2009.

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