数字化实验讨论3讲述.ppt

物理数字化实验若干问题讨论 叶建柱 yjz@wzu.edu.cn 2008对上海市静安区DIS（digital information system）实验使用情况 调查中有 60.9%的学生接触过 DIS 实验，其中有 30.2% 的学生对传统实验和 DIS 实验都喜欢。教师中已熟练掌握 DIS 技术的为 28.4%，而能经常用这种实验方 式教学的教师是 6.0%。 三、传统实验和数字化实验优化整合 再比如地磁的演示 计算机和传感器等数字手段应用于数据采集环节上，可以更快更准确地得到实验数据，从而节省宝贵的课堂时间，使得我们把更多的精力集中在对物理过程的分析和研究上。在数据分析环节上，利用计算机的强大数据处理能力，可将学生从简单、机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来，让他们的时间和精力用在更有创造力的方面。利用计算机的即时绘图软件，可以在采集数据的同时把我们所需要的物理图线绘制出来，极大的提高了物理实验的效率。现代物理实验室中已基本采取这样的数据处理手段，科技在发展，研究手段也应该与时俱进。 在借助传感器用计算机测速度的实验中，用“运动传感器”把物体导轨上运动的位移、时间转换成电信号，经过计算机运算，可以在荧光屏上显示物体运动的速度，甚至能在几秒内自动绘出运动 v-t 图象。这样，同学们可以减少重复性操作，用更多的时间和精力对物理过程进行分析。 其次、教学时间的重新分配 随着数字化实验系统的功能全面增强，为物理实验教学在实验内容上更多情景的展示带来了机遇。拓展了物理实验的功能。 比如，在传统中学物理实验中，光的干涉和衍射现象很难演示。利用光传感器，可以很容易演示光的干涉现象。 再比如，传统的物理实验测量仪器无法测量电场强度和磁感应强度，现在有了电场强度和磁感应强度测量模块，可以很方便的测量两个物理量。 再次、实验内容的拓展 数字化实验系统对传统的物理实验教学观点产生了强大的冲击。从总体上讲，数字化实验系统是以计算机及传感器为核心器件的实验体系，而与传统的实验系统相区别。数字化实验系统结构将使实验教学的设计思想、学生的操作过程和实验中间环节发生很大变化。实验教学的重心不再是解释各个实验器材的功能和组装。我们不能也不必过分关心系统是如何实现测量、输入功能的（如力学传感器如何测量力，如何将数据输入计算机，其内部构造如何）。我们的注意力是根据实验要求选择适合的传感器，以及如何正确的设计实验等。如测量类型、测量范围、测量精度是否合乎要求，软件支持的情况等。在这种情况下，实验教学使一些层面相对简化，而使另一些层面更深入。如在数据处理上，有明确的处理形式的机械性工作，可以交给计算机来自动完成，使处理数据层面上工作简单化。而对于实验原理和功能的研究则需要更深入。这样的特点其实体现了物理教学的初衷。 第四、教学观念的转变 数字化实验包含着一个特别重要的实验思想，就是变量转换，它更符合现代科学研究的实验思想3。现代化的科学实验不是单靠直接测量观察研究的，一般都要变成另一种物理信号或者其它，然后进行转换测量和转换处理。但是传统实验过于强调直接观察，久而久之，这就会让孩子有一种错觉：认为真正的科学实验也是这样的，如果不能直接观察好像就不能做实验研究了，这是多年来的一个教学误区。 从发展教育的角度来看，引入数字化实验技术更看中的是这种实验思想价值，让学生感觉到科学研究不只是靠直接观测得来，而是需要进行变量转换，借用别的学科工具和手段建立模型，把我们看不到的、无法研究的东西变成可以研究的东西，这个思想非常重要。 第五、符合现代科学研究的实验思想 数字化实验与传统实验应该同时并重，长期共存，互为补充，相辅相成，既无主次之分，更不能完全替换，它们不是推倒与重建，破和立的关系而是继承与发展的关系。 在物理教学过程中既要提倡运用数字化实验，又不能偏废传统实验原理、实验手段和实验方法的学习。把传统实验和数字化实验割裂和对立，在理论上是错误的，在实践中也是有害的。 要扬长避短，视实验目的而定取舍传统实验还是数字化实验。 即针对不同的章节、实验类型采取不同的实验方式，或同一个实验穿插使用不同实验方式。下面以教学大纲要求，选择比较典型的四个实验作为范例，探讨如何在保留传统实验方式的精华的前提下，发挥数字化实验方式的特点。 传统实验方法 1．实验设计 (1)启发学生按如下思路得出实验方法：对于一个物体(使 m 不变)，不受力时加速度为零→受力后加速度不为零→受力越大则加速度越大。 用同样的力(使F不变)作用于不同物体→质量小的易被拉动→质量越小加速度越大。 就是说，在研究三个变量的关系时，要使其中一个量不变，即控制变量的方法。