基于傳感器的高中物理教学研究.doc

基于传感器的高中物理教学研究 【摘要】计算机辅助教学已经在中学教学中得到了很广泛的应用。尤其在新课程实施过程中，计算机辅助教学已经从多媒体方面的应用，逐渐转向了更为专业的数据搜集、数据统计等方面的应用，从而成为了研究性学习、探究式教学的有李辅助。传感器作为一种新兴教辅器材，在实际教学中逐渐得到了开发。本文就以传感器和计算机共同作为辅助设备，开发了一些中学物理教学中的实例。 【关键字】传感器、实验教学、探究式学习、计算机辅助教学 【作者简介】蒋昊明（1980-），男，天津市人，研究员，物理教师，硕士，学习科学与技术研究、物理学科课程与教学研究、国际教育比较研究、教育管理。作者邮箱：j_hm@ 一、传感器辅助教学的现状 所谓教育技术【1】是运用各种理论及技术，通过对教与学过程及相关资源的设计、开发、利用、管理和评价，实现教育教学优化的理论与实践80年代末，全世界的教育教学迎来了一次巨大的革命，随着计算机多媒体技术的诞生，一种新型教学手段既计算机辅助教学（Computer Assisted Instruction-CAI )逐渐发展壮大。AECT2004定义表明: 　　(1) 界定的概念名称是教育技术(Educational Technology).而不是教学技术(Instructional Technology). 　　(2) 教育技术有两大领域:研究和符合道德规范的实践. 　　(3) 教育技术有双重目的:促进学习和改善绩效. 　　(4) 教育技术有三大范畴:创造使用管理.与AECT94定义比较,相当于将94定义中的五大范畴整合为2004定义中的三大范畴.其对应关系是:将94定义中的设计开发两个范畴合为一个范畴创造;将94定义中的利用范畴改成了一个较简单的词使用;将94定义中的管理与评价两个范畴化为管理一个范畴. 　　(5) 教育技术有两大对象 过程和资源. 与94定义中的学习过程学习资源有一定区别.2004定义中的过程和资源之前有一个限定词适当的技术性的过程与资源. (6)教育技术的主要特征在于其技术性. 早在20世纪70年代，美国PASCO公司就开发与研究了一系列传感器类型的实验仪器，并将这些仪器引入教学当中，非常有效的提高了实验教学效果，并改进了很多实验方法，而后，计算机多媒体的诞生，有将传感器带入了一个更高的境界，从而更进一步促进了教学效果的提高。然而在我国，计算机普及相对较晚，而且由于成本原因，在开始阶段的普及面很小，而传感器在教学中的使用更是从近几年才逐渐出现。可以说，传感器结合计辅实验在我国目前还尚处在起步阶段。因此，对于传感器结合计辅实验的开发在现阶段更显得十分重要。 二、传感器在中学物理教学中的使用开发实例 许多学生学习中学物理学科都会感觉困难，主要原因是由于中学物理知识中有很多内容比较抽象、不直观，因此需要学生的想象与理解。而传感器结合计算机的使用正好可以帮助教师在教学过程中，将不易直接观察的情景进行充分展示，并利用相关软件对数据进行搜集、整理和对比，从而可以帮助学生更好的掌握所学知识。 下面，分别举几个新课程中的物理教学实例来说明传感器结合计辅实验的优势： (一)有传感器参与的计辅实验使某些实验现象更直观更形象 例如：我们在进行牛顿第三定律实验教学时，通常都是进行一些传统的实验演示（如：两弹簧对拉、两手的拇指相互作用等），而引入传感器参与的计辅实验后，我们可以设计两个规格相同的传感器对拉，则通过数据采集器传入电脑，即可以在电脑屏幕上得到作用力和反作用力的时间变化图像（如图1） 图1 由图可知：作用力与反作用力，大小相等、方向相反、瞬时对应，形象直观。 又例如：我们在研究简谐运动时，我们可以设计如图2实验： 图2 弹簧振子的运动可以通过力学传感器和运动学传感器对其运动进行采集数据，最后我们通过DataStudio软件（计算机辅助），在电脑屏幕上可以得到简谐运动物体的F- t、s-t、 a-t、v-t等图象，如图3示： 图3 即作简谐运动的物体回复力F、振子离开平衡位置的位移S、加速度a、速度v、都是关于时间的正余弦函数，并且周期、频率、振幅一目了然。另外我们还可以通过变化横纵坐标的物理量得到如图4、5： 图4 图5 简谐运动的力学特征： F回 = — Kx 运动学特征：速度是关于位置的椭圆规律变化（即动能和势能关系）这样既形象又直观，使得我们的教学大大降低了难度。 （二）有传感器参与的计辅实验使更多的实验能定性研究 高中物理课本中有些实验只能定性演示，不能定量研究，增加了学生的理解难度，例如:在研究动量定理时，我们往往做这样的实验，让鸡蛋从相同的高度落下分别砸在木板和塑料板上看鸡蛋破不破来说明“力的大小其实就是物体的动量的变化率”，只能定性分析。而引入有传感