物理数字化实验教学课例

第一篇：物理数字化实验教学课例

教学课例

——数字实验室在《摩擦力》教学中的应用

教学课题 滑动摩擦力和正压力

教学内容 探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，用什么办法可以测定它们的大小 教学重点、难点 探究滑动摩擦力大小跟物体表面受到的压力以及接触面的粗糙程度的关系 实验器材

数据采集器、力传感器、计算机、长木板、细绳、摩擦力实验器、毛玻璃、包装纸、铁架台等 数字化实验设备简介（如图1）

1．传感器：数字化实验的核心部件。“感”将物理量转化成电信号；“传”将电信号传递到数据采集器装置和计算机平台。教学中常用的传感器包括力传感器、位移传感器、热传感器、电流电压传感器、光传感器、声传感器等等，图中是一个位移传感器。

2．数据采集器：采集传感器感知的数据，并传给计算机，可以说是传感器与计算机连接的转换器。

3．实验仪器：完成某一物理实验需要的仪器，如小车、导轨、灯泡、电源、开关、线圈、磁铁等。

4．计算机及其内部处理由传感器传递的数据的软件。

5．实验结果：实验中采集的数据用计算机进行分析处理，通过计算机显示器直接显示以数学方式展现的图表和图象，物理现象和规律通过数学的图象和图表呈现。

由此可知，数字化实验是将传感器、计算机与传统的实验仪器结合，是传统实验方法的发展和数据处理的科学化，呈现的是真实的实验，数据处理上更严谨，规范。

对传统实验的改进方案及结果分析：

《摩擦力》是初中物理最重要的概念之一，新课程标准对本节的要求之一是通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的现象，探究滑动摩擦力跟哪些因素有关系；实验原理是让木块匀速运动，应用二力平衡的知识用拉力来反映摩擦力。

传统教学中采用图2的装置，用弹簧秤水平拉一个放在水平长木板上的木块，学生通过观察木块从不动到运动的过程中弹簧秤示数的变化，来认识摩擦力。但由于仪器较粗糙，数据的变化不易看得很清楚，本实验大多情况下作为了一种模糊的定性研究。

用传感器参与本实验，实验原理不变。但图2中的弹簧秤换为力传感器效果也不好。于是我们想到用图3的装置，将力传感器固定，感知力的一端通过一段弹性不大的细绳与木块连接做本实验，这样木块始终与地保持相对静止。拉动木板，在刚加拉力时木块与木板有相对运动趋势，木块与木板间有静摩擦力，木板运动起来，木块与木板有滑动摩擦力，由于木块始终相对静止，因此各个时刻的拉力就反映了对应的摩擦力。实验数据传入计算机，木块抽动过程中拉力的变化以图4中的红线形式展示。这样木块由不动到运动中摩擦力的变化就通过拉力变化的图线清楚的呈现给学生。

对图象做进一步分析看出图中的①表明木块还未受到拉力时完全静止的一个过程，木块受拉力为零，因此摩擦力为零。图中②体现木块与木板相对静止时在不动到滑动的过程中静摩擦力随拉力的增大而增大，图中③是物体动与不动的分界点，此时的摩擦力是最大静摩擦力，图中④体现的是物体的运动过程，图中清楚显示滑动摩擦力小于最大静摩擦力，且在运动中保持一个定值。所以通过图4的完整图线很好的反映了学生认识摩擦力的第一个层次──感知摩擦力。

第二层次是在此基础上继续研究正压力和接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响。图5对应的是木块放在毛玻璃表面，图6是木块放在包装纸的表面。两图表格中的“平均”显示的是在毛玻璃表面分别施加三个压力和在包装纸表面分别施加同样的三个压力实验时滑动中对应的拉力大小，也就反映了各次滑动摩擦力的大小。测量木块重1．5N，在木块上依次加250 g砝码，使正压力依次为1．5 N，4 N，6．5 N。再将得到的数据用Excel处理得到的如图7的图、表，这样处理本实验既分析出滑动摩擦力与正压力间的正比例关系，又知道这个比例系数由接触面的粗糙程度决定，更可以算出相应的动摩擦因数，且控制变量法也一目了然。

教学反思：

由以上分析可以看出，传感器的介入提升了实验数据分析的层次。图象的展示进一步培养了学生的观察能力和分析能力，让教师无须语言的赘述，学生对摩擦力的认识通过理性的数学分析得出，使学生认知水平得到提升，将教学内容由过去的粗糙丰富为严谨、科学。

第二篇：初中物理DIS数字化实验教学的实践与思考

初中物理是一门以实验为基础的科学，需要初步建立物质结构、力与能量等观点.按照从生活到物理，从物理到社会的新课程理念，初中物理应注重培养学生的应用和思考能力，让学生可以在熟悉、亲切和愉悦的环境下学习.初中物理dis数字化实验教学则是建立在由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件和与之配套的相应的实验仪器、实验技术、实验方法基础上的数字化实验开展初中物理教学.我校于2012年暑期配备了初中物理标准数字化实验室，为初中物理数字化实验教学的系统研究提供了技术平台保障.笔者结合《初中物理课程标准（2011）》及苏科版初中物理八、九年级教材，经过一线的实践进行了初步的研究与思考.1dis数字化实验对初中物理教学的促进作用

1.1利用dis数字化实验化解实验操作难点

传统实验培养学生的动手能力，对实验仪器使用的规范，关注学生处理实验数据的能力和观察能力等，但学生在观察水的沸腾、探究冰熔化和凝固、探究不同物质的吸热升温现象等实验时，需要要求学生把铁架台、石棉网、酒精灯、烧杯、温度计等器材按要求装配起来，还要在加热的同时进行搅拌，定时读出温度计示数，然后根据数据描点作图，通过图像分析得出结论，整个实验过程太复杂，对初中生而言难度太大，而且偶然因素多，实验误差大，得不到正确的图像，在一节课的有限时间里可操作性不强，往往会冲淡教学重点，达不到应有的教学目标.由于dis数字化实验室采用了传感器+数据采集器+计算机的体系结构，使得其具备了实时实验的功能，即可以对实验的过程进行实时的跟踪与数据的采集，同时还完成了数据处理.这就将教师与学生从以前那种数据读取、记录、运算以及图线描绘等繁琐的劳动中解放出来，为学生的自主探究、小组协作与充分的体验提供了足够的时间和空间.案例1dis探究不同物质的吸热升温现象

利用温度传感器代替温度计进行测量，可以达到的效果：（1）实时直观的图像展示了水和沙子温度随时间变化的情况，通过投影屏幕展示，可视性强;（2）因为这节课的重点并不在于培养学生读数和描点作图的能力，使用传感器后可以大大省去学生读数的环节和描点作图的环节，缩短实验的时间，也能避免由于读数错误或描点错误造成的实验失误.实验器材：温度传感器和数据采集器、数字化信息系统软件、200 g的水和煤油、电炉.收集数据展示：利用trie ilab v8.0数字化信息系统软件可以展示水和沙子的温度的实时数据，也能同步绘出水和煤油温度随时间变化的图像，如图1所示.1.2利用dis数字化实验增强实验可视性

使用dis数字化实验室，计算机在采集、计算、分析实验数据后会按照实验者要求自动绘制函数图像，使得实验结果以图像方式直观地呈现出来，可以极大地扩展实验的可视性和可重复性.例如，利用声音传感器可以采集声音振动图像，从视觉上可以直观地比较振动频率和振幅;利用磁场传感器可以直接探测磁体周围磁场的强弱;利用力传感器可以描绘力随时间变化的图像，在比较一对相互作用力大小时，学生看到完全对称的两个力的图形时是多么激动，印象深刻.案例2dis探究影响滑动摩擦力的因素（图2）

用传统实验探究影响滑动摩擦力的因素时，学生在水平面上拉动木块时很难保证木块作匀速直线运动，而且在弹簧测力计运动过程中读数也很困难，可视性很差，当研究滑动摩擦力与物体运动速度是否有关时，需要用不同的速度匀速拉动木块，更给实验增加了难度，也难以得到正确的实验结论.而采用教师演示的方式，除了实验者能看到，其他学生的可视性也很差.而借助dis数字化实验可以很好地解决这个问题：（1）用力传感器代替弹簧测力计，利用配套软件把力的大小变化实时在计算机中以图像的形式表现出来（图3）;（2）利用电动机代替人工拉动物体做匀速直线运动，使得实验过程更加严谨，避免人为造成的错误;（3）从图像中不仅可以分析出影响滑动摩擦力大小的因素，而且还可以反映出静摩擦力的大小变化，对学生深入理解摩擦力的知识起到了很好的辅助作用.1.3利用dis数字化实验拓展思维，激发探索热情

数字化实验室凭借传感器技术弥补了传统实验中的多个空白，解决了物理实验中精确采集数据的难题，同时系统辅以相对完善的软件系统，可以进行很多利用传统实验装置想做而又做不到的实验.例如，利用两个声音传感器可以在实验室里测出声速;利用位移传感器、光电门可以完美地展现出电动机拉动下的小车匀速直线运动的位移-时间图线和速度-时间图线;利用压强传感器可以研究一定质量的气体压强与体积的关系等;利用电流传感器和电压传感器可以展示定制电阻和小灯泡的伏安特性图线.这些课本上涉及到的，但传统实验器材无能为力的实验，数字化实验室的先进科技手段为学生打开了一扇窗，使他们看到了更加有趣、更加新奇、更加需要去探索的物理世界，同时也感受到科技进步所带来的震撼.案例3dis测量声波在空气中的传播速度（图4）

2dis数字化实验教学的现状思考

dis数字化实验是教育技术发展的最新成果，从根本上改变了以前几十年不变的实验教学模式，为教学改革的创新提供了舞台，促进常规教学的创新、传统的实验改进和科学探究的深入，也是时代发展的需要.但是，初中阶段的dis数字化实验教学的开展还存在不少困难和局限.2.1初中学生的认知层次和动手操作能力的局限性

数字化实验室采用了传感器+数据采集器+计算机的体系结构，在数字化实验室的软件系统中提供了曲线拟合功能.计算机在采集、计算、分析实验数据后会按照实验者的要求自动绘制函数图像，使得实验结果以图像方式直观地呈现出来.初中学生是初二刚接触物理学习，观察图像、分析图像及根据图像得出结论的认知水平还不具备，只有在 观察水的沸腾等实验时才对图像初步接触，然后随着学习知识的加深对图像的认知才逐步深入，所以数字化实验教学的开展是不能一蹴而就的，必须根据学生的认知水平发展进行展开.同时，数字化实验室应配备相应的实验器材，有些实验器材的安装比较复杂，比如探究小车运动、探究滑动摩擦力的大小等，超出了初中生课堂动手能力的要求.2.2受数字化实验室的软件系统的局限性

数字化实验室都有相配套的软件系统，开发公司会根据教学需要事先做成一部分常用实验模版供师生使用.但在实际教学中这些现成的实验模版往往不能满足教学需求，这就需要教师自己进行创建，而创建新模版要求教师具有较高的计算机操作能力、公式编辑能力、函数处理能力以及对配套软件的使用经验，这也给数字化实验教学的开展带来不便.2.3受数字化实验室教学开发现状的局限

目前，基础教育中的高中阶段数字化实验的开发已经历多年且成果显著，但初中的数字化实验教学才刚刚起步.因此，大部分的教学软件及实验器材还是基于高中的教学要求和高中生的学习能力进行配套，大多数不适合初中教学，造成很大的资源浪费，真正能用到初中一线课堂的少之又少.开发公司的技术人员基本没有初中一线的教学经历，开发的实验不足，经常不能满足初中的教学要求，初中教师也为不能把数字化实验充分运用到课堂为学生服务感到苦恼.所以，要能在初中把数字化实验教学进行到底，就需要我们进行认真的实践与思索，积极参与初中数字化教学的研究.

第三篇：一对一数字化学习综合课例

一对一数字化学习综合课例：是指在每位学生均拥有一台数字化终端设备的一对一数字化学习环境下，应用信息技术开展自主学习和主动学习，培养学生分析问题和解决问题能力的新型教学方式。参赛作品应是完整反映一节优秀课的教学设计与课堂教学效果的信息资源包。

在一对一数字化教学环境下，教师可以在课前设计评价量规，并将其传给同学。比如在讲述时，针对小组学习提出了“有非常强的团队合作精神，每位成员都承担一定的责任，与他人高效地合作，并在合作中体现解决问题的能力。”的评价指标。师生根据量规评分时，一对一数字化教学环境又提供了高效快捷的评分平台。“问卷星”网站的在线测试界面大大提高了信息的反馈速度，学生在平台上提交评价后，教师可以在几秒钟内获得统计结果，了解学生的得分情况。而这在过去，需要消耗大量的时间精力去人工批阅和统计。学生通过测试的反馈了解自己的优缺点，教师则可以通过测试的结果及时调整教学方式。

一对一数字化学习是以学生为中心，在数字化设备达到生机比1:1的基础上，开展个性化学习的教与学模式

借鉴上海一对一数字化学习项目组对一对一数字化学习的论述，及《美国2010国家教育技术计划》提出的技术支持的学习模型，我们认为，一对一数字化环境是由教师创设的以学生为中心的学习环境，其目的在于促进学生的个性化学习。这一环境具有以下主要的特点：

第一，每位学生拥有一部数字化学习终端，如笔记本电脑、平白电脑、智能手机。

第二，提供能够支持学生个性化学习的网络教学平台、数字化课程。

第三，不仅包括教师、同伴、家长、导师和教练，也包括个人学习网络、学习社区、有共同兴趣和爱好的伙伴，还包括知识建构工具、信息管理和传播工具及信息、数据、资源等。

第四篇：物理实验教学创新

物理实验教学创新

1.物理实验课程按照层次的高低可以分为不同类型: 科学小实践、设计性实验、综合性实验、基本实验。其中基本实验是最低层次,主要是接受知识的过程,属于一级基础物理实验体系。综合性实验和设计性实验属于二、三级的物理实验等级,从接受知识发展到运用知识创设实验。最高级的是科学小实践,指在实际中运用所学知识解决生活和学习中的问题。新型物理实验课程体系更加注重培养学生的综合能力,而非只是简单的重复和验证。不同级别的物理实验代表着实验技能发展水平是由低到高不断进步的。每一级的物理实验都需要一定的时间来学习和掌握,最终走向科学的高峰。

(1)基本实验是普及实验,能够满足理、工、文、商等各专业学生学习物理基础知识的需求。它主要包括物理基础知识和技能的训练,基本测量方法以及对生活常见的物理现象的认识,如力、热、电、光等。一级物理实验是进行更高级物理实验的基础和前提,絮叨得到彻底的贯彻和全面的掌握。

(2)

二、三级物理实验的难度和复杂程度都大于基本物理实验,但它们也更具趣味性,更能激发学生的学习兴趣。同时,综合性实验和设计性实验强调培养学生自主学习的能力。传统物理实验是由教师提前摆好实验设备,准备好实验所需的材料,学生只是单纯的做实验,往往对实验原理却不求甚解,背离了物理实验的初衷。新型的物理实验体系强调教师要以学生为主体,引导学生根据所学知识,自己设计和操作实验。在摸索和失败中吸取经验教训,加深对物理原理的理解和掌握。

二、三级物理实验课程适于理工科学生对物理学的进一步学习。

(3)四级物理实验以科学小实践为主,重点培养学生科学研究和开发运用物理知识的能力。学生需要自己开发课程来进行深入研究,难度比较大。因此,四级物理实验课程一般作为物理类专业学生的必修课,而对非物理类专业的理科学生来说则可作为选修课。

2.改革实验教学内容

创新教学环境物理实验教学内容要体现时代性和先进性。随着物理学的不断更新发展,在各级物理实验课程中,都应该采用新的现代科技,与社会接轨,做到学以致用。

例如,在对全校工、商、文科学生一、二年级所开设的物理实验中,已涉及光谱技术、真空技术、磁共振技术、核物理技术、X光衍射的技术、光纤技术、传感器技术、光学信息处理技术等。这些实验的开设,可以让学生实际、直观了解物理新科技的原理,拓展学生知识面,提升物理思维高度。目前,中国科技大学开设多元化的实验类型,以满足不同层次学生的需求,包括公共必修实验、选修实验、仿真实验、远程网络实验、开放实验等。首先,学校开设“大学物理实验远程教学”,利用现代高科技的信息技术,让学生能够不受场地和时间的限制,通过互联网来对实验教学内容进行预习和复习。学生可以更合理的安排自己的时间,甚至随时随地地展开物理实验学习。

教师在这里只是对学生进行一些辅助和启发,让学生有足够的空间去探索和总结,并找出自己的创新点,加以论证。最后,学校为学生开设各类仿真实验室,充分运用虚拟实验技术,把计算机应用软件和实际试验结合起来。这样不仅能够让学生有更多的机会进行试验操作,而且能够提高那些复杂程度和困难程度高的物理实验的成功率。实验室设备的使用、管理和维护的工作中,改变了通常学生与实验室设备单纯的使用与被使用关系,使我们在自主进行实验的同时,也是参与到实验设备的管理和维护中,这不仅实现了实验设备维护的常态化管理、减轻了实验室工作人员劳动强度,也提高了学生自觉维护实验室设备的责任感和自觉性,培养了学生良好的工作习惯和职业素养。

创新的实践教学管理模式,实现了实验准备、网上实验预约、现场实际操作、设备自动管理、过程全程监控。我们以自主式、合作式、研究式等方式完成各种实践训练,有效锻炼了我们的自主实践能力,增强了团队合作意识及工作责任心。

2.1充分利用教学资源,提高实验教学质量由于开放实验室允许同学们根据各自所需自主地选择时间和方式进行科学实验,这样显然可以最大限度地发挥实验室资源效益,实现资源共享,提高仪器设备的使用效率。开放实验室的内容形式多样,我们既可以做实验,也可以讨论问题;既可以对上次实验进行再做或者选做一些新实验,也可以根据自己的兴趣做一些课外实验,这样学生自主实验,不仅可以消除传统学习中因实验时间不足而引发的问题,补充了课堂实验教学的不足,也有利于培养我们的专业兴趣,提升学生的专业知识能力,使同学们对知识的掌握更为深入更为系统。通过开放实验室让部分实验放入学生自由时间中完成,不仅可以弥补理论课和实验课时的限制,也可以更合理地分配教学资源。同时,还可以理论联系实际,消除理论授课过程中的枯燥乏味感,从而更好的提高实验教学质量。

2.2依托科技竞赛和大学生实践创新训练计划全方位培养学生的科技创新能力

2.3创新型实验计划、卓越工程师人才培养体系建筑电气与智能化创新型实验计划以学生为主体,以创新项目实施为主线,在导师的指导下以学生特长、兴趣为出发点,注重过程训练和自主设计,激发我们的科学研究兴趣,着重培养我们自主学习、团队协作以及提出问题、分析问题、解决问题的能力。建筑电气与智能化卓越工程师人才培养体系以提高我们的工程实践能力和创新能力为目标,从创新型高级工程应用人才培养体系整体出发,在对各教学环节整体优化与提高的基础上,以建筑智能化工程设计、工程开发、工程实施及工程管理四大主线,分层式、模块化、构建实验教学人才培养新体系。

2.4大学生实践创新计划对培养大学生创新团队增益良多大学生实践创新计划的实施,有利于培养大学生自主学习、团队协作以及提出问题、分析问题、解决问题的能力。创新型实践计划,可以锻炼团队成员的默契度,以及团队的组织能力、协调能力和沟通能力。同时,对提高大学生智能建筑工程实践技能大赛水平,培养工科学生科技创新能力和工程适应能力具有重要作用。

2.5大学生科技竞赛着眼于工程化项目训练成效创新型实验教学科技创新平台的搭建,可以使我们在课余时间进行拓展练习。根据大学生科技竞赛的要求,我们可以模拟出基于特定工程场景的个性化训练项目,从材料准备、节奏控制、战术策略、时间把握、心态调整五个方面进行训练,模拟比赛和工程实践中可能出现的场景,对培养我们的应变能力,提高我们的科技创新能力以及在大学生科技竞赛中的成绩有着重要意义。

3.结语

我们应该进一步开展创新实践技能训练,开发、设计出代表楼控领域先进技术的、具有实用意义和价值的工程化训练项目。该创新型实验教学科技创新平台的搭建,打破了传统封闭的实验教学模式,顺应了现代教育、教学的发展要求,对培养我们的创新能力,全面提高综合素质水平起到了积极的作用

第五篇：物理实验教学心得体会

物理实验教学心得体会

陈文全

物理是以观察、实验为基础的自然科学，物理实验作为一种探索性的实践活动，为培养学生的实践能力提供了广阔的空间。在物理课堂教学中，学生实验的主要途径是分小组活动，令我们教师满意的小组实验是小组成员情绪高涨，群策群力，有不同的意见通过小组合作，讨论、交流得到一致，实验中人人参与，有序进行，对现象深入分析，得出正确结论，通过小组自主、合作、探究实验使学生收获很多，也给本人积累了一些教学经验。

如在探究串联电路电流的规律时，我要求学生按课本上的要求在串联电路不同三处测出电流后去寻找规律，这时有个探究小组提出：“老师，你要再给我们提供不同规格的小灯泡，让我们多做几组实验数据呀。”此时，我突然想到虽然课本上只设计了一个实验表格，实验只做了一次，作为教师的我在备课时怎么没有注意这个问题呢，在以后的这节实验探究教学中，我每组多配了几个规格不同的小灯泡供学生们去选择，类似的探究实验有好几个，如探究并联电路电流的规律、探究串联电路电压的规律、探究并联电路电压的规律时我都多配了规格不同的小灯泡供学生们去选择；再例如在探究电阻不变时，研究电流与电阻的关系时，我按课本上的要求每小组配一个学生电源、开关、定值电阻、滑动变阻器、电压表、电流表、若干导线后，在实验过程中有一小组滑动变阻器滑片接触不良，这组有一个学生要我换一个滑动变阻器，突然另一个学生说：“老师没有滑动变阻器，改变电压大小，在保证定值电阻和电流表、电压表安全的情况下这个实验也能做呀！”此时我突然想到这个问题应该先由我提出问他们才对呀，在以后这节实验探究教学中有几组我故意不放滑动变阻器，让学生自己去动脑完成，有的小组用滑动变阻器做完后让他们把滑动变阻器给没有滑动变阻器的小组，改变电源电压大小把这个实验再做一遍，这样每个小组用两种不同的方法完成了这个实验，从而激发了学生的学习兴趣，取得非常好的教学效果。

由此可见，把学生自主、合作、探究实验过程中发生的一些事情当做日志记录下来，能给我的教学带来很大的帮助。在每次试验之前，我们都要做预习报告，通过实验手册和自己参阅资料，得知本次实验的目的、原理、所需仪器、实验步骤、实验中的要求及注意事项等问题。经过一个学期的实验课我们可以知道预习报告是非常重要的，只有在实验前认真做好预习，才能在实验课上更快、更好地完成试验，同时也能收获更多知识。

初中学生由于受其身心及心理发展的限制，容易受经验及表象影响，只注重表面的物理现象，抽象思维能力较差。我认为做好演示实验教学，应注意以下两个方面的工作。

1．确保演示成功

实验前首先清楚原理及实验方法，熟悉演示器材的性能，课前先反复做几遍，并不断地改进，使实验规范、熟练、成功，以取得预期的效果。

2．引导学生观察实验装置的安装及操作过程

引导学生观察实验装置的安装及操作过程，让学生通过观察实验的操作，理解器材的用途，实验装置的用途，使用了哪些器材、仪器所选的量程，连接顺序、方法等。