物理数字化实验中出现的待解决问题

第一篇：物理数字化实验中出现的待解决问题

物理数字化信息系统实验过程中存在的问题

一、教师端和学生端的控制转换操作如何进行？（上次来的专家没给我们演示

一下，我们还是操作出现困难）

主要问题是：

1、教师主机对学生分机控制与交流，2、学生提交作业和批阅

3、教师端给学生反馈的信息回复

4、如何在大屏幕上展示学生提交的作业出现的问题

二、通过几个实验的操作发现的问题：

实验1 静摩擦力研究

【实验装置示意图】

【实验中出现的问题】

1、实验采集的数据图像比较粗糙，是一簇纠缠在一起的“麻绳”状粗线条，如图：

2、实验配套的摩擦块只有2块（各为100g的金属扁盘），这样得到的f-FN图像数据点只有

12个，理论上无法严格证明滑动摩擦力f和正压力FN的线性关系。（我们解决的方案是在扁盘上加放50g的砝码，从1个加到3个，这样可以增加数据点的个数）。

3、根据实验表格中的数据，通过电脑自动拟合得到的f-FN图像虽然符合很好的线性关系，但是直线并没有过原点，这样就无法解释f＝μFN的正比例关系。如图：

实验2 从v-t图求加速度

【实验装置示意图】

【实验中出现的问题】

1、试验采集的数据图像不够平滑，一开始有反向图线，或者有突然“跳动”的图线。跟说明书上示范的图像有很大差距。

实验说明中的示范数据图像

我们实际操作的数据图像

实验3 分压与限流

【实验中出现的问题】

按照说明书上此实验需要两个电压传感器，但是实际只给配了一个电压传感器，所以该实验无法正常操作。

实验4测定小灯泡的伏安特性和测定电源电动势内电阻，实验过程中存在问题：

1、质量不稳定：

2013年9月实验的过程中，有大部分电流传感器和电压传感器质量不稳定，用一下就出问题了，使用过程中发现实验时有时存在一些莫名的错误提示，有时只能用重启电脑来解决，有时重装那个系统实验文件才能解决问题，所以在实验过程中可能会出现一些不确定因素影响实验的进行。

2、用传感器做实验就象用电脑一样偶然因素太多，可能因软件或其他原因导致实验过程中出错或死机。

3、传感器在操作中有时会出现不计数现象，不是接触不良的问题，需要把程序重新启动就计数了，是什么原因？

4、电学实验欧姆定律的实验中，在计数和处理图像拟合时，有时图像会跑到第三象限调不过来？

实验5利用双缝干涉实验测定波长

在双缝干涉实验中，在得到干涉图样后，根据公式计算波长时数据输入不进去，得不到最终数值结果

实验6《平抛运动》的实验

实验质量不稳定：2013年4月实验的过程中，有时数据采集不到 在数据采集和操作上需培训

实验7《运动的合成和分解》的实验

实验装置组装不成功，装置样本图太简单，老师们装不起来

第二篇：数字化实验技术在物理实验中的应用

数字化实验技术在物理实验中的应用

戴儒京（江苏省特级教师）

所谓数字化实验技术，是以数字化设备为实验数据采集处理的工具、配套其它实验器材构建的现代化实验技术。数字化数据采集处理系统，由传感器、数据采集器和计算机组成。

以数字化实验技术为基础的物理实验，就是建立在上述实验仪器、实验技术、实验方法基础上的物理学实验。

数字化实验，是课程标准教科书的要求和需要，也是新高考和中考的要求和需要。也是物理学科发展的要求和需要。

实验是学习和研究物理学的最基本的内容、方法和手段。实验，包括学生实验和演示实验以及小实验等，要把传统实验和数字化实验结合起来。只有实验，才能学到真知识；只有实验，才能培养真人才；只有实验，才能真正提高教学质量。

数字化实验，是计算机辅助实验。课程标准教科书专门安排了一些电子计算机辅助实验，如：借助传感器用计算机测速度（教科书《物理》必修1 P25）、用传感器观察电容器的充电和放电（选修3-1 P31）等等。电子计算机，是现代化的标志和体现，学生通过用计算机做实验，不仅学了物理学，也学了计算机，可谓一举两得。

数字化实验，是新实验，不仅是新仪器，也是新方法。例如霍尔元件、斯密特触发器等实验。一些教师开始接触，不太了解，不太熟悉，往往有把数字化实验室闲置或充当门面。通过做实验，他们熟悉实验、熟悉仪器，并可能在应用的过程中有所创新，使数字化实验室充分发挥作用，以物尽其用。

1.数字化实验：传感器的应用实验

课程标准教科书《物理》不仅把传感器作为单独的一章知识内容，而且把传感器的应用实验（选修3-2 P70）作为学生实验和演示实验，新的高考大纲中也把“传感器的应用”实验作为高考内容。传感器在现代生活和工业、科技中也有广泛的应用，学生在实验中接触和了解传感器，对他们的高考和将来从事科学研究及工农业生产也不无帮助。

实验1.传感器的应用实验——光控开关

简单光控开关 背景资料： 在光敏电阻两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可加直流电压，也可以加交流电压。当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子—空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子—空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。施密特触发器在数字电路及控制领域有广泛的应用，它属于电压触发方式，当输入电压达到某一阈值时，输出电压会发生突变，最重要的一点是，输入电压增加或减少时，电路有不同的阈值电压。以下图1为例 图 1 当输入电压Vi，当输入电压由低电位开始增加，如果ViVp状态开始减小时，当电压减到Vi=Vn时，输出电压Vo突变为高电平。施密特触发器的一大特点是Vp>Vn，Vh=Vp-Vn，以型号HEF40106B施密特触发器为例 图 2 Vp=3.0V，Vn=2.2V，而Vh0.8V。把VDD接上5V稳压电源，VSS接地时，图2是型号HEF40106B触发器的引脚示意图，由图可以看出，在同一块集成片上分别做了6块独立的施密特触发器，如果使用第1块，只需要在i1接输入电压，在o1接输出电压，然后分别把VDD到稳压电源，VSS接地，就可以工作了。

实验原理：

图 3

将电路按图3连接，RG为光敏电阻，R1，R2为电阻箱，LED为发光二极管，A点为施密特触发器的输入端，Y点为施密特触发器的输出端。适当选择R1，R2的阻值后，当外界光线很强时，RG上的电阻相对比较小，A点的电压小于Vp，Y点输出高电位，发光二极管两端的电势差很小，因此不能发光，当外界光线变弱时，RG上的电阻显著增大，A点的电压也显著增大，当增大到Vp=3.0V时，Y点输出低电位，发光二极管两端有大约5V的电势差，发光二极管开始正常发光，如果光线强度又进一步开始回升，RG上的电阻减小，A点的电压也开始减小，当A点的电压小于Vn=2.2V时，Y点又输出高电位，发光二极管熄灭。

为了更直观地了解整个电路工作过程，在分别用两个电压传感器对A点和Y点的电压进行实时测量，光强传感器测量，显示外界光线变化对电路的影响。实验目的：

了解简单光控电路，对自动控制有初步理解。实验装置：

计算机，数据采集器，光强传感器，两个电压传感器，两个电阻箱，施密特触发器，发光二极管，导线若干，学生直流电源。实验步骤：

1．先按电路图连接各个器件，并注意发光二极管的极性，和施密特触发器的引脚，具体情况可以参照前面的示意图，将VDD接到稳压电源的正极，VSS接到稳压电源的负极，i1接输入电压对应电路中A点，o1接输出电压对应电路中Y点。

2．调节R1，R2电阻箱的阻值，选择合适的电阻，将两个电压传感器与数据采集器的1，2通道连接，把光强传感器连接到3或4通道，然后将数据采集器与计算机连接，开启采集器电源，进入实验专用界面。

3．把两个电压传感器的两个信号输入端的分别导线短接，对电压传感器进行较零，然后把连接1通道电压传感器的信号正极接到电路中A点，同时把它的负极接到稳压电源的负极，也就是电路中的地，然后把2通道电压传感器的信号正极接到电路中Y点，同时把它的负极接到稳压电源的负极。

4．把光敏电阻的感应面朝上，将光强传感器与光敏电阻放置在一起，在采集间隔和采集数量窗口输入合适的数值，点击开始按钮。

5．用一块大的挡光物将光敏电阻附近的光线慢慢挡住，观察实验数据曲线，同时注意二极管的发光情况，当它开始发光以后，再慢慢把挡光物撤掉，结束实验。实验数据记录与分析： 1．输出电压与输入电压曲线

2．外界光强与输出电压数据关系

本次实验中R11500，R22000，从图上可以看出当光强为I139lux时，发光二极管发光，而当光强为I244lux时，发光二极管熄灭。

2.数字化实验：探究性实验

课程标准教科书不仅把原教科书的一些验证性实验改为探究性实验，而且新安排了一些探究性实验。这些探究性实验，用数字化实验仪器和方法去做，更为便捷。例如探究加速度与力、质量的关系（必修1 P75）、探究功与物体速度变化的关系（必修2 P17）等实验。通过探究性实验，提高学生研究、探究的能力，为培养创新能力打好基础。

实验2.探究（恒力做）功与物体速度变化的关系动能定理）

（动能定理（恒力）实验原理 牛顿第二定律讲述的是力与加速度之间的瞬时关系，表达式为： F = m a（1）其中，F是作用在物体上的合外力，m是物体的质量，a是物体的加速度——速度的时间变化率，表达式为： avdv 或 a（2）tdt2把（2）式代入（1）式，并将（1）式两边对位移积分（由x1到x2），可以得到： W = ∫Fdx = mv2/2-mv1/2 = Δ(mv2/2)= Δ E k(3)2其中，W为从x1到x2的区间内，合外力F的功，v1 和v2分别为物体在x1和x2处的速度，E k为物体的动能。也就是说，合外力的空间积累效应表现为物体动能的改变。在本实验中，我们探究在恒定拉力的作用下，小车的动能随时间变化的关系。其中，拉力由力传感器测得，速度由固定有挡光滑轮的光电门传感器测得，动能由速度的平方乘以质量的一半得到。实验目的 通过对（恒定）拉力和速度的测量，探究合外力的功与物体动能变化的关系。实验装置 SWRDISLab-100III数据采集器、光电门(Photogate)传感器、力传感器、动力学系统(包括导轨、小车、滑轮和支撑杆等)等。实验步骤 1.按图连接实验装置（注意平衡摩擦力）； 2.测量并记录小车和钩码的质量（第1次：小车402.81g，钩码19.91g）； 3.打开SWRDISLab软件，点击“教学专用软件”，进入“物理实验列表”中的“力学”部分，选择“动能定理（恒力—Photogate）”； 4.点击“校零”按钮，对力传感器进行校零； 5.设置“采集间隔”为5ms，“采集200个暂停”，以及“共采集200条数据”； 6.让小车静止在靠近光电门传感器的一侧（钩码将细绳拉紧），点击“开始”按钮； 7.当“开始”按钮的颜色变“灰”时，释放小车； 8.当小车运动到靠近支撑杆时，使小车停止运动，然后点击“结束”按钮； 9.观察“力—位移”、“速度—位移”和“动能—位移”关系曲线的特点；

6.当“开始”按钮的颜色变“灰”时，释放小车；

7.当小车运动到靠近支撑杆时，使小车停止运动，然后点击“结束”按钮； 8.观察“力—位移”、“速度—位移”和“动能—位移”关系曲线的特点；

9.任选一个位移区间，对力进行积分，并比较积分值和两个区间端点处动能的差； 10.改变钩码和小车的质量，重复步骤6~10（第2次：小车402.81g，钩码30.35g）。

实验数据的记录与分析

a)“力、速度 vs.位移”图表（小车402.81g，钩码19.91g）：

由图可知，从静止释放到制动前（去掉对应制动过程的最后两组读数），随着位移的增加，小车所受的拉力（中间的红色曲线）几乎不变，小车的速度（上方的绿色曲线）和动能（下方的蓝色曲线）不断增加，速度的变化率不断减小，但是动能的变化率几乎恒定。

b)力做的功与动能的变化（小车402.81g，钩码19.91g）： 如图所示，在所选的位移区间内，力做的功为WFS0.0630 J，两个区间端点处动能的差为0.0594 J（= 0.0832－0.0238），力做的功略大于动能的变化，二者近似相等，相对误差为5.71 %。

3．“力、速度 vs.位移”图表（小车402.81g，钩码30.35g）：

由图可知，从静止释放到制动前（去掉对应制动过程的最后4组读数），随着位移的增加，小车所受的拉力（中间的红色曲线）几乎不变，小车的速度（上方的绿色曲线）和动能（下方的蓝色曲线）不断增加，速度的变化率不断减小，动能的变化率几乎恒定。4． 力做的功与动能的变化（小车402.81g，钩码30.35g）：

如图所示，在所选的位移区间内，力做的功为WFS0.0911 J，两个区间端点处动能的差为0.0870 J（= 0.1269－0.0399），力做的功略大于动能的变化，二者近似相等，相对误差为4.50 %。

误差分析

1． 滑轮与力传感器挂钩之间存在摩擦力，使得力传感器测得的读数大于小车拉力的二倍；

2． 随着速度的增加，小车受到的（滚动）摩擦力略有增加； 3． 拉力做功的一部分转化为两个滑轮的转动能。

关键点

1． 抵消摩擦力。

注意事项

1． 采集间隔取默认值5ms，如果使用更大的采集间隔，那么当小车的运动速度很快时，位移的测量有可能出错；使用5ms作为采集间隔时，钩码与小车的质量比必须小于3/10。

3.数字化实验：应用传感器做实验，有些传统实验，用数字化方法即用传感器和计算机去做，也比传统的方法更方便，数据处理更快、更准确，图象更清晰、更迅速。

例如可以用位移传感器或光电门代替打点计时器做探究小车速度随时间变化的规律（必修1 P34）等实验。用电流传感器和电压传感器代替电流表和电压表，做测定小灯泡的伏安特性曲线（选修3-1 P48）、测定电池的电动势和内电阻（选修3-1 P72）等实验。除“传感器的应用”实验外，还有许多用传感器作为实验仪器的实验，例如用传感器和计算机描绘简谐运动的图象（选修3-4P5）等等，我们统计有十几个。可以说：几乎所有的实验都可以用数字化方法做。实验3.测定电池的电动势和内电阻

测定电池的电动势和内电阻 背景资料：

通常的金属导体都是以金属键结合的晶体，处于晶格结点上的原子很容易失去外层的价电子，而成为正离子。脱离原子核束缚的价电子可以在整个金属中自由运动，称为自由电子，在不受外电场作用时，自由电子只做热运动，没有宏观的电量迁移，因而金属中各个部分都呈现电中性。当金属中存在静电场E时，金属中的自由电子在外电场的作用下，相对于晶格离子作定向运动，电子运动中必然与晶格相碰撞，达到某种平衡后，金属中电子有一个整体上的平均速度，导体中有稳定的电流，前面的分析都建立在导体中的静电场E是相对比较稳定的前提上。

如果将一个已经充好电的电容器的两个极板用导线连接起来，构成闭合回路，电路中就有电流通过，不过随着极板上带电量的减少，它们之间的电势差也在减少，电流很快就消失了。在电池的两个正极和负极上，分别带有正电荷和负电荷，当接入电路回路后，导线中的电子在电极电荷产生的静电场中开始运动，形成电流，如果两极上的电荷量得不到补充，那就不可能形成稳定的电流输出，电源的作用，不管是化学的电池，还是像范德格拉夫起电机之类的电源，都是将电荷从负电极搬运到正电极，这种搬运工作只能靠某种非静电力来完成，假设非静电力在搬运过程中做功qu，那u就是电源电动势，q为载流子的电荷量。实验原理：

图1 如图1所示的闭合电路中，电源的电动势为，内电阻为r，负载电阻为R，电路中的电流为IRr，可以看出，当负载电阻R足够大时，因为它和内电阻是串联在一起的，它两端的电压将非常接近于电源电动势，当R，即所谓开路或断路时，I0，U；当R0，即短路时，IImax

负载电阻两端的电压为Ur，这时候的电流最大。

RrR，也可以写为URrr，而电流为IRr，因此有UIr，这个关系在伏安曲线上表现为Umax，I0，也就是R时。如果R0，U0，Imaxr。在实验中用滑动变阻器做负载电阻，改变它的电阻，以同时改变电流和电压，在软件中作伏安曲线图后，取拟合线，线的斜率的绝对值就是r，曲线与纵轴的交点就是Umax，I0点，可以测出电动势。实验目的：

简单测量电池电动势和内阻。实验装置：

计算机，数据采集器，电池，滑动变阻器，电流传感器，电压传感器，导线等。实验步骤：

1．将数据采集器与电流传感器，电压传感器连接，然后将数据采集器与计算机连接，开启采集器电源，进入实验专用界面。

2．把电流传感器，电压传感器的两个信号输入端的导线分别短接，对电流传感器、电压传感器进行校零。3．按实验电路连接电路图，在专用界面的底部输入合适的采集间隔和采集数量，闭合开关，点击开始按钮，进行实验测量。

4．将滑动变阻器从最大滑为最小，或者从最小滑到最大，得到伏安曲线，然后对伏安曲线进行线性拟合。实验数据记录与分析：

1．电压变化：

2．电流变化：

3． 伏安曲线：

从图象可以得出，电池的电动势为E7.003V，内阻为r27.407。

数字化实验仪器，包括传感器、数据采集器和实验软件，是新仪器、新器材、新设备。南京师范大学苏威尔科技有限公司研发、生产的传感器、数据采集器和实验软件，以及配套使用的实验器材如动力学系统（包括滑轮、小车、滑轨、支架等），电磁学系统（如逻辑门电路、施密特触发器、霍尔元件实验等）等，是国内具有先进水平的数字化实验仪器，可以满足新课程对物理实验的要求和需要，可以促进物理实验教学质量的提高，可以促进物理实验的数字化、现代化。

第三篇：物理数字化实验讲稿(许显红)

DIS数字化实验系统在物理教学中的应用

讲稿

（ALT+TAB进行PPT和软件之间的切换）

各位领导、各位专家、各位同行，下午好！很荣幸为大家介绍我校DIS数字化实验在物理教学中的应用，借此抛砖引玉，如有不当之处，还请多多指教！

一、介绍PPT第1页——第7页

二、介绍DIS的特点 1．实验过程“可视化”

实验过程可视化包括实验过程空间可视性和实验过程时间可视性。

物理实验中，空间上细微过程人眼难以观察，一般借助于显微镜可以实现细致的观察。时间上细微过程难以捕捉，难以记录，是物理实验的一个难点，瞬间变化的可视化尤其是难点。例如初中的路程和时间的关系，响度、频率、音色不同的声波图象特点；高中阶段的碰撞与缓冲、弹簧振子的运动，电容充、放电电流i-t关系等等，这类实验以往一般只能定性讲述，或者用多媒体软件进行模拟演示。

怎样突破这个难点呢？传统的实验仪器由于人眼观察与手工记录的断续性，确实难解决这个问题。数字化实验通过与计算机连接的传感器实时采集数据，记录数据，实现了时间上细微过程的实验过程数据自动记录，相当于用传感器和计算机代替人眼、手、纸和笔记录数据，实现了数据记录的时间连续性，实现了瞬间变化“可视化”。例如将传感器技术引入声波图象教学，就可以在很短的时间内清晰地记 录下各种响度、频率和音色的图像，同时组合到一张图片中，便于让学生直观地看到它们的特点。当然用传统的示波器也能研究声波的特点，实际教学中，往往有很多老师嫌麻烦，而用课件来展示，失去了物理实验的可信度。

（教师演示操作过程，注意“保存图象”是指在同一个图中重合多个对比图，“保存为”是将每一次的图保存为图

1、图

2、图3等，自动组合到实验报告中。）

2．数据采集“智能化”（1）表现之一是“自动化”

系统配置的软件可以设置采集器的各种参数，实现数据采集的自动化。功能强大的数据采集器可以自动把整个实验过程中物理量的变化完整的记录下来，存储在数据文件中。

（2）表现之二是“实时化”

由于采用计算机自动控制，系统能够在很短的时间内采集和处理大量的数据，同时将数据反映成图象，使实验结果更加直观。

（3）表现之三是“并行化”

数据采集器能同时接入四只相同的传感器或四个不同的传感器，能同时采集多个相同或不同种类的物理量，实现数据的同步并行采集。

实例：海波与石蜡的熔化实验：本实验极不容易成功，对管内外温度的控制要求较高；另外很难同时让两个实验共同进行；用常用温度计测出的数据误差也较大。所以我采用了数字化实验，使实验得到了很好的控制。（展示：海波实验的图片）3．数据处理“智能化”（1）“智能化”地进行实验重演

软件提供了回放功能，只要调用相应的实验模板和数据文件，就能够实现实验的重演，学生可以随意定格展示、随意缩放DIS实验图线。

（软件界面操作演示文件的保存、坐标的缩放）（2）“智能化”地进行数据拟合

软件不但提供了对数据求平均值、求最大值、求最小值的功能，而且提供了数据拟合功能，图线面积求法──积分运算功能，和自定义运算功能。

（软件演示）

（3）“智能化”地创建实验报告

软件可以创建各种文档，如实验指导文档、实验报告文档、数据处理结果文档等。

（软件演示）

三、DIS反思：

（一）优点： 1．教学内容广泛．

物理学中的力、热、声、光、电、磁等方面均有相应的探头进行相关实验，甚至化学、生物等学科均有相应的探头和软件。

（点击软件中的“初中物理”、“初中化学”等按钮，展示各个实验名称。）2．教学方式创新：增添了一种现代化实验教学手段。数据采集器已在实际的现代生产、生活中得到了广泛的应用。数据采集器在中学物理实验的应用，使学生能提早接触和熟悉数据采集器，适应时代要求。

3．教学效果显著

数字化实验设备的使用使原来不容易实现的实验或者无法定量分析的实验均能顺利完成，大大激发了学生的兴趣，活跃了课堂气氛，提高了教学效率。

4．教学真实性强

以传感器为主的数字化实验室仍以学生的真实实验为基础，很好地抓住了信息处理的三个重要环节（采集、处理和表达），从而有效实现了信息技术与理科学科实验的整合。

（二）缺点：

1．设计数据采集和处理软件时，没能完全了解中学理科教学实验的要求。系统只一味地突出现代化特点和数据处理的智能化。

2．传感器的精确度、采样率问题。

如距离传感器，它的原理都是基于测量超声波脉冲传播的时间，然后根据声速算出距离．据我所知，这里所用的超声波，波长都是厘米级的，那么分辨率应该不可能比厘米还小很多。曾设想用它来反映物体表面的微小形变，结果失败。

再比如：不少产品的最高采样率（每秒采集的数据个数）是1000个/s，以这样的采样率用声音传感器来记录一支频率384Hz的A调音叉的声音振动图线，就完全不可能了。

四、结束语

现在的数字化实验系统有这样强大的数据采集和处理能力，几乎可以完成中学理科教学中的大部分实验。但我个人认为，对一种新的技术，应该既看到它的长处，也看到它的不足；既要弄清楚它适合做什么，也要弄清楚它不适合做什么．例如做力的合成分解实验，力的大小用弹簧秤来测量就比用力的传感器来测量要方便且直观得多

又如稳恒电路中电流、电压的分布，而且只是采集少量的数据，也没有必要用电流、电压传感器来代替普通的指针式电表。

再如在中学这样一个基础教育的阶段，传统实验方法的训练对学生实验能力、科学素质的培养是必不可少的．尽管数字化实验系统有强大的数据处理功能，学生仍应首先学会设计实验图表，在图表中手工标定数据点，正确地作出实验图线。

总之，数字化实验室对转变学生的学习方式、提高实践能力、培养创新精神等方面是值得肯定的。数字化实验设备的在中学物理教学中的运用，无疑是一场新的革命，对于教学理念、教学过程、教学内容、教学方式、教学效果等都会产生深刻的影响。

第四篇：物理教学中注入数字化元素

物理教学中注入数字化元素

广东肇庆市德庆县斌山中学 陈健玲

摘要：数字化物理教学，就是通过计算机技术、网络技术、信息技术等各种现代教育手段，把现代数字技术全面深入地应用到教学中去。通过数字化教学情境的创设，突破教与学的模式构造，使教学与信息技术相整合，在激发学生的实验探究欲、推进DIY的学习理念的同时，达到提升信息技术水平和信息素养的目的。

关键词：物理数字化 数字化实验 DIS 与传统的教育资源相比，数字化具有工具性、多样性、扩展性以及共享性等多种性质特点，可使教育实现备课数字化、教学数字化、实验数字化等集多媒体、网络、智能与可操作性于一体的现代化教育教学。

一、数字化备课

教学数字化备课是数字化资源多样化、共享性的突出体现，其主要作用在于使教科书中的静态信息转化为可以在课堂教学中有序应用的动态信息设计，并有计划地突出重点或难点，力求最大限度地调动各层次学生的学习积极性，发挥师生间的信息互动与交流，达到教和学的和谐统一。一节优质的备课不但要对教材内容进行仔细的分析研究，尽可能达到融会贯通，了然于胸；还要考虑学生对教材的可接受性，在此基础上选择学生易于接受的方式方法，对教材内容作必要的加工和再组织，这样，教师备课和教学任务就更加艰巨，单靠手写教案、翻各种资料、设置教学问题，需要花费大量的时间和精力。而数字化网络丰富多彩的信息世界可充分利用多媒体、网络技术等为数字化备课提供所需要 1 的信息资源，并实现数字化的信息管理方式和沟通传播方式，为信息化备课与教学提供了极大的方便，彻底减轻教师备课和教学压力。的确，在教学过程中，教科书并不是备课唯一的信息源。在教学中除了教科书，还有各类的教学媒体，如图片、幻灯、影视、课堂小实验、教师演示实验等，甚至生活小实践都可以成为非常时尚而有用的信息设计，即数字化备课设计。如在备《杠杠》一课时，为让物理知识更贴近学生，使学生从生活中辨认杠杆，笔者特意准备了许多杠杆原理的图片，如跷跷板、剪刀、开瓶器„„以及DVD视频，学生通过了解杠杆的应用，进一步认识物理是很有用的，从而提高对物理的学习兴趣；又如《滑轮组》一课备课中，教师可利用PPT和FLASH制作各种类型练习为学生巩固知识，既直观、形象便于理解，又节省时间和精力。而为保证数字化备课设计的创新性和可操作性，我县、市的教学研究网、教育资源网、及学校内部教研网络等，都共享着数量庞大、质量上优的信息化教学资源和教研成果，包括教案教研、多媒体课件、博客驿站、教学心得交流等等。在我市教育资源网中还设置了“理化生3D素材库”和“网上教研互动平台”，切实加强了中学教师的信息化水平，使教学与信息化相整合，为数字化备课提供了重要的信息环境保障。

二、数字化教学

数字化时代，对教师的角色观念有新了的认识和定位。教学，应是一种互动，这种互动能协助孩子成长，培育其开发本身的价值。但在传统教学模式中的教学结构是线性的，以教师的单向传播为主，多数情况下学生是被动的接收者，学习的自主性难以体现，还极可能会扼杀学生 的求学兴趣及创新思维。因而，为贯切实施新课标理念，教师授课时，应针对学生基础层次的不同，激发学习兴趣。这就要重视从生活中的事物引入新课，使学生体验到生活中无处不在的科学知识，引起学生对物理的重视和求知欲，还要体现出“从生活走向科学学习”并“从科学学习回到生活”的基本理念。那么，如何做才能达到教学目的呢？数字化多媒体中多元化素材的应用便可为其提供便捷的帮助。如笔者在教授《杠杆》一课时，利用多媒体图片和视频为学生介绍古埃及人建立金字塔时利用了杠杆，指出早在古代就有了使用各种机械的先例，虽然当时的生产力水平低下，但勤劳的人民用自己的聪明才智制造的各种简单工具，改善了生产条件，方便了生活，让学生理解物理的实用性和重要性，再通过现代生活的一些小型杠杆的介绍：如扳手、夹子、剪刀等，进一步提升学生自发式创新的信心。另外，还可使用数字化信息展示生产中常见的机械(如吊车、推土机、汽车、飞机、轮船等)，利用感官视觉的冲击来辅助学生分析讨论出杠杆的共同特征，切实地得出杠杆的概念，更有助于学生的理解和加深学生对所学知识的记忆，准确地从常见的工具中辨认出杠杆；还可以培养学生的观察能力和增强学生们对问题分析和总结能力。可见，教学资源的呈现方式，可为教师提供丰富的课堂教学手段，帮助教师轻松创建教学情境，烘托课堂教学氛围，提升教与学的趣味性；从而有效促进课堂教学资源生成性和师生交互性，提高课堂教学效率。此外，学生通过对数字化教学资源的真正利用，激发学生的学习与发现的兴趣，也是培养自主学习能力和创业能力的重要保障。

三、数字化实验（即DIS）目前数字化实验设备主要包括传感器、采集器和计算机。实验是物理学的基础，每一个物理概念和规律都是建立在相应的实验基础上，实验成功与否，直接影响着教学的成败。传统的物理实验教学由于受到仪器的落后和环境条件的限制，存在着实验仪器分辨率较低、实验数据的记录的手工记录烦琐而缓慢、数据采样率不高、分析处理数据的能力不足等多种短处。不但让学生难以看清实验的真实，还会导致教师手动能力和创新能力的下降，并直接威胁学生的科学发展和综合素质构成。而作为新崛起的数字化实验即以传感器和计算机为基础，可结合传统的实验仪器，将实验数据采集之后用计算机进行分析处理，通过数据图表和图象展示现象、揭示规律。简单的说就是以其强大的数据采集系统和处理软件成功地改善实验操作，引导学生自主设计操作，再根据数据图表等分析处理，全面地推进DIY学习理念，提升学生的自主设计能力以及实践操作能力。如笔者在广州高校学习培训时曾指导学生进行《自由落体运动》实验，在结合传统的实验仪器的前提下，学生使用采集器对实验数据进行分析采集，再通过计算机制作数数值12108g/(m﹒s-2)64201234567时间段 v/(ms-1)纸带在几段时间内的平均速度和加速度据图表和图像（如下图）进行展示结果现象，揭示自由落体加速运动的基本规律，结果现象一目了然，规律简单明了。另，数字化实验设备“传

感器”在力学中也能得到充分的应用。如在《力的相互作用》和《气体压强》知识点的实验中，力传感器的双向性测力功能可以将两个物体相互作用中力的动态变化都显示得非常清楚，学生操作起来即简单便捷又科学合理。这样不但可以轻松突破实验教学重难点，还能更有效地激发学生实验探究欲，为开展探究式教学提供便捷和优势。

不过，虽然目前数字化实验在教学中凭借着自己独有的优势在新课程物理实验中得到了充分的应用，给予学生更大的学习空间，但并不代表数字化实验可以完全取代传统实验。笔者在实践过程中发现数字化实验同样也存在着一些困难和不足之处，如传感器内部测量的原理比较难于理解、传感器的敏感性否会影响测量数据的准确度等。另外，数字化实验其强大的数据处理能力适合用于过程比较复杂、要采集的数据量比较多、数据处理中计算量比较大的实验。而一些小巧简单的实验还是传统实验比较有优势，如在《液体压强》演示实验引入时笔者随手拈来两只矿水瓶子上下扎三个小洞，然后灌上水，让学生们根据水流不同的速度和远近距离分析判断不同深度其压强的不同，此外在《小孔成像》、《漂浮的鸡蛋》、《小孔明灯》等多种简单的小实验等也同样可利用传统实验，既形象直观又简单明了。总之，传统实验始终有着它的实用价值和实验优势。数字化实验和传统实各有长短，在实验课题的选择上，二者应该是互补关系，不能互相取代。

四、数字化环境的保障

为保障数字化教学的贯切实施与质优的服务，首先就要为数字化教学提供必不可缺的环境设施，这就需从数字化环境建设做起。目前我校 的数字化环境建设可以概括为“三通三室”一体化，即通讯、通网、通群、以及信息技术备课室、多媒体教室和数字化实验室。“通讯”为校讯通的的办理，此项目早已成为我校数字化环境建设的重点项目。现阶段我校全体师生千余人（包括学生家长）全部加入校讯通，成为了师生间互动沟通重要渠道。“通网”是指我市、县及我校的教育教研网、教育培训网、教育资源网、教育文化网络等的建设，其网络教学资源的共享为数字化教学注入丰富而创新的元素提供辽阔的平台。“通群”指的是教研博客群、QQ群，成为学校办公以及教师交流探讨的最快捷的工具之一。而“三室”中的“信息技术备课室”是集计算机网络教育信息和科组教研平台于一体的多功能化备课室，为教师进行数字化备课和科组科研交流学习创造了丰富而便捷的环境条件； “多媒体教室”和“数字化实验室”设备先进齐全，为数字化教育教学和实验提供了多样性、可靠性的环境保障。另外，为保障数字化教学的贯切实施，我校还特别为教师增设了各种数字化技术培训，如电子白板技术的专题培训、电子备课专题培训、教师博客的专题培训、以及教学案例撰写专题培训等多种培训项目，相当于在传统校园基础上构建一个数字空间，实现教育过程的全面信息化，贯切实施集多媒体、网络、智能与可操作性于一体的现代化教育教学。

总之，在（物理）教学中注入数字化元素，使资源充分地得到共享和扩展，有效地整合中学物理与信息技术开展多媒体教学；通过数字化情景的创设，突破教育学的模式结构，提供发展自主式探究学习理念的平台，可激发学生的实验探究欲，全面推进DIY的学习理念。这样不但

能提升师生的信息技术和信息文化素养，把创新的方法和理念溶于教学过程，还能有效达到知识与技能、情感态度和价值观双赢的教学目的。

第五篇：朗威数字化实验设备在物理教学中的应用

朗威数字化教学设备在物理教学中的应用

胶州市第十五中学

在物理教学过程中应用朗威数字化实验室可以精准的测得数据并且可以用数据画出曲线，化抽象为具体，将复杂的问题简单化、直观化。

在初中物理实验教学中我们经常用来探究的几个实验课题有：

机械运动一章中测平均速度，利用位移传感器测小车从斜面滑下的速度，计算机把不同时间测出的物体的速度显示在屏幕上，学生可以直观看出速度的增大还是减小。

声现象一章中研究声音的特性，利用声音传感器，用计算机显示出波形，通过波形分析声音的特性。

内能一章中用温度传感器研究不同物质的比热容等。

现以研究不同物质的比热容为例简单介绍一下朗威数字化设备的使用过程。

实验原理：相同质量的不同物质，在吸收相同的热量时，升高的温度不同。

实验器材：朗威数字化设备、计算机、温度传感器两个、烧杯一个、试管两个、三脚架、石棉网、酒精灯、铁架台等。

实验步骤：

1.将两个温度传感器接入数据采集器。

2.用天平测量20g的食用油和水，分别倒入试管中。

3.将两个试管放入盛有水的烧杯中，用水浴加热，并将温度传感器的金属探头分别深入到试管中的相同深度。

4.打开计算表格，将两个传感器，记录时间设置为5s

5.点燃酒精灯开始加热，加热时间相同，点击结束，得出两组数据。

6.利用绘图工具，设置X轴为时间，Y轴为温度，将两组实验数据绘制在同一坐标中。

朗威数字化设备在实验教学中便捷高效，直观明了，有助于根据实验数据拓展学生的分析能力和创新实验能力，今后教学中将进一步加以推广应用，以此完成更多的实验探究。