將DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)引入《歐姆定律》的教學(xué)

1、 將dis數(shù)字化信息系統(tǒng)引入歐姆定律的教學(xué) 摘 要：dis實驗在真實實驗的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)的整合，從而表現(xiàn)出了強大的教育功能。本文以歐姆定律一課為例，主要給出利用dis數(shù)字化信息系統(tǒng)拓展實驗教學(xué)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：dis 實驗教學(xué)dis（digital information system）實驗技術(shù)，又稱“數(shù)字化信息系統(tǒng)”，是由“傳感器、數(shù)據(jù)采集器、實驗軟件包、計算機”構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)。它可以方便、迅速地采集現(xiàn)實生活或?qū)嶒炛懈黝愇锢砹啃畔?，并通過計算機接口技術(shù)，將采集到的各類物理信息傳輸給計算機進行多元化的分析處理。dis實驗在真實實驗的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)的整合

2、，從而表現(xiàn)出了強大的教育功能。筆者利用dis數(shù)字化信息系統(tǒng)拓展歐姆定律一節(jié)課的實驗，取得了良好教學(xué)效果。1. 引入dis的原因就本節(jié)歐姆定律而言，傳統(tǒng)的實驗方法一般分為兩種情況：一是由教師在課前連接好實驗電路，在課上只是簡單的演示為主的實驗方法。這一方法雖操作簡單，但由于演示實驗可見度不高，學(xué)生動手操作能力不強，從而不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性，沒有充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。第一種實驗方法存在著一些不可避免的缺點，且應(yīng)教育改革和學(xué)生發(fā)展的需求，第二種方法便應(yīng)運而生。這一方法主要以教師引導(dǎo)，學(xué)生明晰實驗原理、實驗方法，親自選擇實驗器材、連接實驗電路、收集實驗數(shù)據(jù)、得出實驗結(jié)論的較為開放、靈活的探究式的

3、實驗方法。這一實驗方法充分發(fā)揮了物理實驗的教育功能，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計，而非包辦學(xué)生的探究活動，用自主探究實驗激發(fā)了學(xué)生的知識沖突，更有利于學(xué)生的發(fā)展。但筆者認為這一實驗方法也存在著：如何在現(xiàn)有課時有限的情況下，實施科學(xué)探究教學(xué)及實驗數(shù)據(jù)誤差較大等問題。而dis數(shù)字化信息系統(tǒng)的引入除可以準(zhǔn)確地描述物理量之間的定量關(guān)系，充分體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)準(zhǔn)確性高的特點，還有效的提高了物理實驗效果和課堂教學(xué)效率，將傳統(tǒng)實驗方法大為優(yōu)化。2. 將dis引入“歐姆定律”的實驗教學(xué)（1）實驗方法在這一環(huán)節(jié)中，教師先給同學(xué)一定時間讓他們對探究電流與電壓、電阻關(guān)系的實驗方法進行討論與交流，討論完成后，學(xué)生可能會回答出控制變

4、量法。對小部分學(xué)生存在的疑問，教師引導(dǎo)學(xué)生回想探究電阻大小與哪些因素有關(guān)時所采用的實驗方法，這樣就喚起了學(xué)生的記憶，從而順利得到了本實驗的方法控制變量法。（2）實驗思路先保持r不變，研究i與u的關(guān)系；然后保持u不變，研究i與r的關(guān)系。這時教師還要強調(diào)學(xué)生注意：在保持u不變，研究i與r的關(guān)系時是通過改變定值電阻來實現(xiàn)的，也就是說研究對象發(fā)生了變化。其中電流是通過定值電阻的電流，電壓是定值電阻兩端的電壓，而電阻是導(dǎo)體本身的特性，它并不隨電流和電壓的改變而改變。這三個量必須是對同一段導(dǎo)體同時測量所得得數(shù)值。（3）實驗儀器本節(jié)課教師提供給學(xué)生的儀器有以下幾種：學(xué)生電源、電池組、滑動變阻器、變阻箱、電流

5、表、電壓表、定值電阻、開關(guān)、導(dǎo)線、驗電器、dis數(shù)字化信息系統(tǒng)（包括測量電路、dislab數(shù)據(jù)采集器、手提電腦）。其中，教師提供了幾件沒有必要的或者是作用相同的儀器。因為在真實的科研環(huán)境中，沒有哪位科學(xué)家一開始就知道使用哪些儀器進行探究。這就給學(xué)生提供了一個接近的科研環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家那樣探究，有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。（4）實驗電路學(xué)生小組討論，自行選擇器材設(shè)計電路。討論完成后，學(xué)生交流電路圖并講解自己的思路，這樣的處理就會出現(xiàn)多種電路設(shè)計。如下圖所示，圖中的電流表、電壓表實際上是電流傳感器和電壓傳感器。教師應(yīng)及時引導(dǎo)學(xué)生找出這些方案的優(yōu)點，對學(xué)生的表現(xiàn)予以鼓勵。（5）動手實驗，采集數(shù)據(jù)

6、實驗小組成員間相互合作，利用dislab數(shù)據(jù)采集器分別獲得多組實驗數(shù)據(jù)，并分別得到數(shù)據(jù)點在坐標(biāo)系內(nèi)的分布圖。（6）分析論證探究一：通過導(dǎo)體的i和導(dǎo)體自身r的關(guān)系在分析通過導(dǎo)體的i和導(dǎo)體自身的r關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點的分布具有反比例函數(shù)的特征，使用軟件中的反比例擬合，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點與擬合線基本重合，可見通過導(dǎo)體的i與導(dǎo)體自身的r成反比。也可以使用這種數(shù)據(jù)處理方法，在數(shù)據(jù)表格中，輸入計算電阻倒數(shù)的公式 ，選取x軸為n，y軸為i，得到數(shù)據(jù)點在坐標(biāo)系內(nèi)的分布圖，進行線性擬合，擬合圖線為過原點的直線，如圖所示，同樣可以證明通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體自身的電阻成反比。探究二：通過導(dǎo)體的i和導(dǎo)體兩端u的關(guān)系在分析通過導(dǎo)體

7、的i和導(dǎo)體兩端u的關(guān)系時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點的分布具有線性關(guān)系，使用軟件中的“線性”擬合，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)點與擬合線基本重合，可見通過導(dǎo)體的i一導(dǎo)體兩端u成正比。通過上述實驗我們得到： ， ，即 ，其中k為比例系數(shù)。當(dāng)i、u、r都取國際單位時，k=1?？傻玫焦剑捍思礆W姆定律。（7）理解定律“一段導(dǎo)體中的電流，跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比”學(xué)生很難從這短短的一句歐姆定律的文字表達中充分的理解它的內(nèi)涵。這時教師要再一次強調(diào)同一性、同時性、單位統(tǒng)一等問題，使學(xué)生了解一個完整的歐姆定律。這一實驗方法充分發(fā)揮了物理實驗的教育功能，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計，從中嘗試運用控制變量、實驗歸納等科學(xué)方法，總結(jié)出歷史上物理學(xué)家曾經(jīng)得到的科學(xué)結(jié)論，獲得探究的體驗，這樣做更有利于學(xué)生的發(fā)展。dis數(shù)字化信息系統(tǒng)的引入準(zhǔn)確地描述物理量之間的定量關(guān)系，充分體現(xiàn)現(xiàn)代技術(shù)準(zhǔn)確性高的特點，還有效的提高了物理實驗效果和課堂教學(xué)效率，大大優(yōu)化了傳統(tǒng)實驗方法?；赿is數(shù)字化信息系統(tǒng)的中學(xué)物理實驗教學(xué)能實現(xiàn)“教育和發(fā)展”的教育功能，注重知識和技術(shù)的結(jié)合，強調(diào)物理規(guī)律形成的過程和探究方法，有利于學(xué)生能力的提高。dis數(shù)字化信息系統(tǒng)走進物理課堂，不僅是實驗方法上的提高與創(chuàng)新，更是基于觀念的進步；不僅開闊了而教師和學(xué)生的視野，更是一種教學(xué)方式上的與時俱進。參考文獻：1 黃宏軍. 關(guān)注細