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        例談數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

        2019-09-10 07:34:13邱樹(shù)青
        安徽教育科研 2019年11期
        關(guān)鍵詞:初中物理教學(xué)計(jì)算機(jī)

        邱樹(shù)青

        摘要:數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室作為一種新型課程資源和新的教學(xué)方式,以學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),用傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與初中物理教育教學(xué)的有效整合。初中物理教育教學(xué)在常規(guī)教學(xué)創(chuàng)新、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、科學(xué)探究深入等方面與數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室相結(jié)合產(chǎn)生了良好的效果。本文以“摩擦力”教學(xué)為例,探索在初中物理教學(xué)中如何利用數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室。

        關(guān)鍵詞:數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室?計(jì)算機(jī)?初中物理教學(xué)

        2019年3月,我縣教育第一集團(tuán)聯(lián)盟建成了全縣第一個(gè)數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室,實(shí)驗(yàn)室配備了一套VR、部分?jǐn)?shù)字化演示實(shí)驗(yàn)器材以及多套數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),可以進(jìn)行很多數(shù)字化實(shí)驗(yàn),例如:測(cè)量小車速度、水凝固與冰熔化、測(cè)滑動(dòng)摩擦力大小、伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)等。這將大大地改善了學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件,是提高學(xué)校的教學(xué)質(zhì)量的途徑之一,也豐富了教師的教學(xué)手段。

        一、數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

        數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成

        1.硬件:傳感器、采集器、計(jì)算機(jī)

        2.軟件:數(shù)據(jù)采集控制軟件、數(shù)據(jù)處理軟件

        二、數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)的特征

        1.數(shù)據(jù)采集的功能強(qiáng)大

        通過(guò)計(jì)算機(jī),可以采集到從傳感器瞬間變化過(guò)程中獲得的大量數(shù)據(jù),也可以采集緩慢過(guò)程中的不同實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

        2.數(shù)據(jù)處理的能力更加靈活

        利用計(jì)算機(jī),可以來(lái)控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,也可以對(duì)很多數(shù)據(jù)進(jìn)行煩瑣的、迅速的處理,例如數(shù)據(jù)間的相互轉(zhuǎn)換、圖像的合成、實(shí)驗(yàn)誤差的計(jì)算等。

        3.為互動(dòng)式課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)了條件

        通過(guò)計(jì)算機(jī)的聯(lián)機(jī),很好地實(shí)現(xiàn)了各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的共享,在此基礎(chǔ)上可以對(duì)各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論、比較,為互動(dòng)式的課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)了有利條件。

        三、教學(xué)實(shí)例——“摩擦力”

        “摩擦力”是初中物理最重要的概念之一,也是教學(xué)難點(diǎn)之一。“探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”是讓學(xué)生了解有關(guān)摩擦力的基本知識(shí)、掌握測(cè)量滑動(dòng)摩擦力的基本方法的實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)是使木塊在長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng),然后再根據(jù)二力平衡的原理間接測(cè)出了摩擦力的大小。

        如圖1所示的裝置是以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中經(jīng)常采用的,用彈簧測(cè)力計(jì)拉著木塊在水平長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)來(lái)間接測(cè)量摩擦力的大小。但由于人的拉力很難穩(wěn)定,很難使木塊做勻速直線運(yùn)動(dòng),彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不穩(wěn)定,且不易讀數(shù),摩擦力很難測(cè)量,本實(shí)驗(yàn)大多情況下作為一種模糊的定性研究。

        利用數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室中的裝置和器材,即可解決上述問(wèn)題。

        實(shí)驗(yàn)方案:用拉力傳感器測(cè)量滑動(dòng)摩擦力

        1.實(shí)驗(yàn)裝置及器材:拉力傳感器、智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)、計(jì)算機(jī)、SenseDisc iLab實(shí)驗(yàn)軟件、表面粗糙程度不同的木板、木塊、重物等。如圖2所示,為已經(jīng)連接的智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)和拉力傳感器,拉力傳感器可測(cè)拉力大小,利用智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī),再由專門(mén)實(shí)驗(yàn)軟件自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,繪制圖像。

        2.實(shí)驗(yàn)操作:用數(shù)據(jù)線連接好計(jì)算機(jī)、智能數(shù)字實(shí)驗(yàn)盤(pán)、拉力傳感器,將拉力傳感器固定,將木塊放在木板上,用細(xì)線與拉力傳感器相連,如圖3所示,拉動(dòng)木板,這樣木塊始終與桌面保持相對(duì)靜止,即可測(cè)出木塊受到的摩擦力。

        在緩慢拉動(dòng)木板的過(guò)程中,開(kāi)始時(shí),木塊在木板上并沒(méi)有運(yùn)動(dòng),但是它們之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì),那么它們之間也就存在著靜摩擦力;當(dāng)木板被拉動(dòng)時(shí),那么木板和木塊之間就產(chǎn)生了滑動(dòng)摩擦力。由于木塊始終保持相對(duì)靜止,所以各個(gè)時(shí)間段的滑動(dòng)摩擦力的大小也就等于相應(yīng)的拉力大小了。當(dāng)把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)時(shí),計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)繪畫(huà)成圖像,如圖4所示。這樣通過(guò)圖像清晰地給學(xué)生呈現(xiàn)了摩擦力的變化情況。

        然后,再改變接觸面的粗糙程度和木塊上的重物,進(jìn)一步探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度和壓力的關(guān)系,最后得出結(jié)論:壓力越大,接觸面越粗糙,滑動(dòng)摩擦力越大。

        3.實(shí)驗(yàn)分析:由圖像可知,圖中的①體現(xiàn)了木塊受到的拉力為零時(shí)處于靜止的狀態(tài),因此沒(méi)有受到摩擦力的作用。圖中②表明了木塊與木板之間保持相對(duì)靜止時(shí),靜摩擦力隨著拉力的增大而增大,圖中③是顯示的是木板剛好被拉動(dòng)時(shí),受到的摩擦力即為最大靜摩擦力,圖中④表明的是物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程,由圖中可以清晰地看出滑動(dòng)摩擦力的大小是小于最大靜摩擦力的大小,并且是始終保持不變的。

        4.實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì):由以上分析可知,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析層次的提升歸功于數(shù)字傳感器的介入。圖像的顯示能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析和歸納等能力,讓他們對(duì)摩擦力的認(rèn)知有了進(jìn)一步的提高,將教學(xué)內(nèi)容變得更加嚴(yán)謹(jǐn)、更加科學(xué)。圖4的完整圖線不僅讓學(xué)生了解了最大靜摩擦力,還加深了對(duì)摩擦力的理解,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)高中物理知識(shí)打下了基礎(chǔ)。

        四、結(jié)束語(yǔ)

        在初中物理教學(xué)過(guò)程中利用了數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室,肯定會(huì)深受學(xué)生喜愛(ài)和歡迎,其強(qiáng)大的教學(xué)功能, 將有助于傳統(tǒng)的教學(xué)手段與計(jì)算機(jī)教學(xué)技術(shù)相結(jié)合 ,也有助于初中物理新課改的順利推進(jìn)。在初中物理傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)、科學(xué)探究的深入和創(chuàng)新等應(yīng)用層次上,利用數(shù)字化探究實(shí)驗(yàn)室必將帶來(lái)質(zhì)的飛躍。學(xué)習(xí)新技術(shù),運(yùn)用新技術(shù),也給我們教師提出了新的要求、新的使命、新的挑戰(zhàn)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:人民教育出版社,2011.

        [2]任偉德.中學(xué)使用數(shù)字信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器的探討和思考[J],教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn),2007(1).

        責(zé)任編輯:黃大燦

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