中学物理教学论文初中物理实验教学实践研究

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中学物理教学论文初中物理实验教学实践研究
海南中学  杜攀
摘要：现代科学技术的快速发展也必定促使现代教育技术的变革，教育技术的现代化也必定推动教学策略和方法的转变。将初中物理教学和现代信息技术的融合是近年来研究的热点问题之一，数字化信息实验系统(DISLAB)走进初中物理课堂是其具体的表现。本文通过实验案例和图文的形式介绍了DIS lab系统在初中物理实验教学中的具体应用和对DIS lab系统应用的反思，力求对DISlab系统这门新兴的技术有更深入的认识。
关键字：DISlab系统    初中物理实验教学    实践反思
   1、DIS lab系统的初步认识
    DISlab（Digital Information System laboratory数字化信息系统实验室)
它是一种将传感器、数据采集器和计算机组合起来，共同完成对物理量测量的装置。在DIS实验过程中，可以直接在电脑上得到实验数据，并通过图表、图线等具体分析出实验结果，十分直观与简便，大大简化了以往实验课上繁琐的计算过程，既节约了时间又让学生感到直观易懂。
本文所选择的DISlab系统是基于江苏艾迪生教育发展有限公司所研发的“艾迪生”数字化实验平台。此平台主要由各种型号的传感器、高频数据采集器、“艾迪生”电脑应用程序等三部分构成。传感器是进行物理量测定的主要的载体，它具有采集速度快、精度高、数据收集和转化方便等特点。高频数据采集器是传感器和电脑进行交互中枢，二者主要以串行方式进行通讯，其主要重要是把传感器产生的模拟信号转化为电脑接收的数字信号。而最终的应用程序是面向用户的主要界面，在应用程序中涵盖了初中物理的绝大部分的演示实验和学生实验，简洁、易用、更贴近学生的课堂。
2、  DIS LAB系统在初中物理教学中的实践
  2.1利用DIS LAB系统将抽象的物理问题具体化
     根据皮亚杰心理认知理论，初中生学生的认知水平正处于形式运算阶段，在这个阶段中学生的认知具有从直观思维到逻辑思维的转换，对于问题的思考和理解离不开具体的事物和经验的支撑。所以可以利用DIS实验系统将抽象的规律和结论转化为具体而直观的图像和数据，这样正好符合初中生的心理认知规律，提高学生学习的效率。
例如在讲授初中物理九年级第20章研究磁铁磁性强弱时，对于磁性强弱的研究我们常常借助磁铁不同部位吸引铁钉的个数来进行判断，进而得出磁铁两极磁性最强，中间磁性最弱。而利用DIS lab系统我们则可以直接利用磁感应强度传感器，直接测出磁铁不同部位磁场的强度，并记录数据，通过数据分析则可得到结论。
实验目的：探究磁铁不同部位磁性的强弱？
实验原理：通过磁感应强度传感器检测磁铁不同部位磁场强弱，将磁信号转化为电信号，再通过高频数据采集器将电信号转化为数字信号，再通过计算机进行显示不同位置的磁场强弱大小。
实验器材：磁感应强度传感器，计算器，条形磁铁

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实验操作：①将磁感应强度实验模块系统与计算机进行连接。②将磁感应强度传感器，置于条形磁铁的两端，以及中间各个部位。③利用计算机得出各点的磁场强度并记录数据。④进行数据的分析，得出结论。
实验结论：磁体两端磁性最强，中间磁性最弱。

2.2利用DIS lab实验系统对微小数据的采集，实现实验现象的放大化
在初中物理实验教学中，基于传统实验器材灵敏度低，实验误差大的现实，导致许多物理实验现象是不易观察，物理实验数据是难以采集和进行数据分析的。但利用DIS lab系统可以把微小数据进行收集和处理，利用计算机把数据结果放大化。
例如在九年级物理第22章对于电磁感应现象研究时，我们常规的方法是通过线圈做切割磁感线运动产生感应电流，再通过灵敏电流计进行检测。利用DIS lab系统不仅能够验证感应电流的产生,还能通过计算机所绘制的I-t图像认识感应电流的方向以及大小，使学生对于微小的感应电流的认识更直观，更准确，更全面。
实验目的：研究电磁感应现象
实验原理：通过微电流传感器将线圈做切割磁感线产生的微小感应电流进行收集，再通过高频数据采集器把电信号转化为数字信号，最后通过计算机绘制出I-t图像。
实验器材：微电流传感器模块，计算机，线圈，蹄形磁铁
实验装置图：

实验操作：将微电流传感器与电脑和线圈连接在一起。用线圈在蹄形磁铁中间进行向左，向右，向下，向上等各个方向的运动。利用计算机绘制出各个方向运动的I-t图像，结合图像进行数据分析，得出结论。
实验结论：闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动会产生感应电流。

    2.3利用DISlab系统突破物理教学的重难点
在初中物理实验中部分实验现象和数据采集时间较短，在实验过程中无法得到准确和丰富的数据支持，导致学生分析时无法进行准确的理解分析，达不到重难点的突破。而DIS lab系统是一个动态的记录过程，它可以收集每一时刻的数据，记录完整的实验过程，从而帮助学生对物理重难点知识的突破。
例如在初中物理八年级第3章物态变化研究晶体的熔化特点时，由于海波的熔点为48℃，学生在使用温度计时，由于海波温度变化较快，测得的数据较少。使整个实验过程无法得到科学的数据支持，图像无法完整反映海波的熔化过程，导致学生在理解“熔化时温度保持不变化”的重点时出现理解的偏差。而我们在使用DIS lab实验系统时，可以通过温度传感器，实时把实验数据绘制成数据图像。在大量数据和图像的支持下，学生对于重难点的突破，也就游刃有余了。

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实验目的；探究海波熔化过程中的特点？
实验原理：通过温度传感器收集海波温度的变化，利用高频数据采集器将电信号转化为数字信号，最后通过电脑绘制出，温度随时间变化的图像，从而进行问题的研究。
实验器材：热学DIS模块，计算机，酒精灯，加热装置，海波
实验装置图：

实验操作：将海波装入试管中，将其夹在铁架台上，并组装好加热装置。将温度传感器置于海波中，并与高频数据采集器和计算机相连接。对装有海波的试管进行持续加热，并通过计算机绘制出温度随时间的变化图像。④结合T-t图总结海波熔化的特点。
实验数据图：

实验结论：海波在熔化的过程中吸热，但温度保持不变。

2.4利用DISlab系统的开放性、多元性，激发学生的学习兴趣和自主参与
DISlab系统是一个开放、多元的系统，它不仅能够完成常规的课本实验，还可以通过依托学生自主实验设计方案，进行自主的实验传感器的选择。让学生打破常规的惯性思维，培养学生的逻辑和创新思维。同时由于传感器的应用是属物理学科与信息技术的融合，而这一点正是学生物理学习的兴趣激发点。教师应大力尝试在讲授传统物理知识的同时充分利用前沿科技，实现物理课堂的开放化和多元化。
例如在研究大气压强和高度关系时，由于楼层高度问题，使常规的实验器材无法准确完成实验，而利用DIS系统的高灵敏读的特点，则很容易实现这一实验。同时此实验可以由学生自主设计，自主参与，充分让学生体验物理实验探究的乐趣，并通过学生对数据和图像的分析，实现形式运算思维到具体运算思维的过渡。
实验目的：探究大气压强与高度的关系？
实验原理：通过传感器测量不同高度下大气压强的数值，并通过计算机显示。高度越高，大气压强就越小。
实验器材：气体压强传感器，计算机
实验操作：①将气体压强传感与手持式相连接。②将气体压强传感器置于1楼楼底，观察电脑显示数据。再逐层增加高度，观察不同高度下的大气压强值。③对实验数据进行分析得出结论。
实验结论：大气压强随高度的增加而减小，高度每升高10m，大气压约下降100pa

3、在初中物理实践教学中DIS lab系统应用的思考

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DIS lab系统相对于传统的物理实验有着形象、直观的特点，在处理一些较
为抽象的概念时，我们可以依托它直观的图像数据显示，完成学生对这些概念的认知，实现重难点的突破。例如在研究音叉振动效果，传统实验是通过敲击音叉的发声随着声音逐渐消逝来认识，整个思维的过程是空洞的。利用DIS lab系统直观的把波形展示于屏幕上，通过研究屏幕中波形的变化，实现对音叉振动的研究。
DIS lab系统有着独特的优点，那么是不是初中物理实验我们全都应该选择DIS lab系统而完全放弃传统的实验？答案肯定是否定的。在初中物理实验教学中很多知识的教学更适用于直观的实验现象而不是直观的数据图像，例如光学、热学的教学，利用DIS转化为数据图像对学生而言，其实是增加了学生学习的负担。其次是DIS lab系统虽然极大的丰富了和学生自主探究的实验的空间，促进了学生对于逻辑思维和物理分析问题的提高。但由于实验的过程被边缘化和简单化后，也造成了学生对于实验技能的淡化，特别是实验数据的记录和实验数据的处理完全依靠计算机，学生在实验过程数据的处理和分析能力无法得到锻炼，致使物理实验有形式化和游戏化的发展方向。只有选择在合适的课题和课型上使用DIS lab系统才会对学生的学习发展起到正促进的作用。