數(shù)字化信息化實(shí)驗(yàn)

1、初中物理課程與信息技術(shù)的整合初中物理課程與信息技術(shù)的整合數(shù)字化、信息化實(shí)驗(yàn)數(shù)字化、信息化實(shí)驗(yàn)上海市民立中學(xué)上海市民立中學(xué) 張溶菁張溶菁 莫爽莫爽1.1.信息技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)帶來了巨大變化信息技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)帶來了巨大變化2.2.信息技術(shù)的發(fā)展使教育發(fā)生深刻變化信息技術(shù)的發(fā)展使教育發(fā)生深刻變化3.3.信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)全球化的教育改革信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)全球化的教育改革4.4.教育改革中提升教師的信息化素養(yǎng)是關(guān)鍵教育改革中提升教師的信息化素養(yǎng)是關(guān)鍵 1 1、 信息技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)生活帶來巨大變化信息技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)生活帶來巨大變化u 信息技術(shù)（信息技術(shù)（Information Technology

2、Information Technology），簡(jiǎn)稱），簡(jiǎn)稱ITIT u 第一次工業(yè)革命：蒸汽機(jī)和煤炭革命第一次工業(yè)革命：蒸汽機(jī)和煤炭革命u 第二次工業(yè)革命：電力、石油和生產(chǎn)線革命第二次工業(yè)革命：電力、石油和生產(chǎn)線革命u 第三次工業(yè)革命：電腦、電信革命，又稱第三次工業(yè)革命：電腦、電信革命，又稱“數(shù)字革命數(shù)字革命”（Digital RevolutionDigital Revolution） 互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)“交通交通”狀況圖狀況圖 1 1、 信息技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)生活帶來巨大變化信息技術(shù)的發(fā)展給社會(huì)生活帶來巨大變化u 教育信息化：教育信息化： u 加快知識(shí)更新速度，加快知識(shí)更新速度，u 突破教育環(huán)境的

3、時(shí)空限制，突破教育環(huán)境的時(shí)空限制，u 加強(qiáng)課堂與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系加強(qiáng)課堂與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系 。有助于有助于 2 2、 信息技術(shù)的發(fā)展使教育發(fā)生了深刻變化信息技術(shù)的發(fā)展使教育發(fā)生了深刻變化u 信息技術(shù)對(duì)教育的改變：信息技術(shù)對(duì)教育的改變： u 教育方式和學(xué)習(xí)方式教育方式和學(xué)習(xí)方式u 知識(shí)的數(shù)量觀和質(zhì)量觀知識(shí)的數(shù)量觀和質(zhì)量觀u 學(xué)習(xí)和教育的觀念學(xué)習(xí)和教育的觀念改變改變 總之，信息技術(shù)為學(xué)生提供廣闊的學(xué)習(xí)空間、總之，信息技術(shù)為學(xué)生提供廣闊的學(xué)習(xí)空間、充足的學(xué)習(xí)資源的同時(shí)，也為教師提供了一個(gè)前充足的學(xué)習(xí)資源的同時(shí)，也為教師提供了一個(gè)前所未有的教學(xué)場(chǎng)景。所未有的教學(xué)場(chǎng)景。 2 2、 信息技術(shù)的發(fā)展使教育發(fā)生了

4、深刻變化信息技術(shù)的發(fā)展使教育發(fā)生了深刻變化u美國(guó)美國(guó)（19851985年）年）“20612061計(jì)劃計(jì)劃”（Project2061Project2061）大力提升全體美國(guó)大力提升全體美國(guó)人民的科學(xué)文化素質(zhì)。人民的科學(xué)文化素質(zhì)。u加拿大、德國(guó)、意大利、法國(guó)、英國(guó)、日本、加拿大、德國(guó)、意大利、法國(guó)、英國(guó)、日本、新加坡新加坡 3 3、 信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)全球化的教育改革信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)全球化的教育改革 3 3、 信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)全球化的教育改革信息技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)全球化的教育改革u中國(guó)中國(guó)（19831983年年1010月月1 1日）日）“教育要面向現(xiàn)代化，教育要面向現(xiàn)代化，面向世界面向世界, ,面

5、向未來。面向未來。”鄧小平鄧小平u 新時(shí)期教師素養(yǎng)提升的核心是科學(xué)素養(yǎng)新時(shí)期教師素養(yǎng)提升的核心是科學(xué)素養(yǎng) u 信息時(shí)代的教師的責(zé)任：信息時(shí)代的教師的責(zé)任：F使知識(shí)轉(zhuǎn)化為智慧。傳知已不重要，啟智才是使知識(shí)轉(zhuǎn)化為智慧。傳知已不重要，啟智才是良師。良師。F使文明積淀為人格。智慧需要智慧的啟迪，人使文明積淀為人格。智慧需要智慧的啟迪，人格需要人格的濡化，精神需要精神的感染。格需要人格的濡化，精神需要精神的感染。 4 4、 教育改革中提升教師的信息化素養(yǎng)是關(guān)鍵教育改革中提升教師的信息化素養(yǎng)是關(guān)鍵1 1、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的意義、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的意義2 2、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的基本形式、信

6、息技術(shù)與物理學(xué)科整合的基本形式3 3、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的課堂教學(xué)模式、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的課堂教學(xué)模式4 4、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的主要類型、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的主要類型u物理課程應(yīng)改變過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳承的傾向，讓物理課程應(yīng)改變過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)傳承的傾向，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實(shí)踐能力以及創(chuàng)新意識(shí)。改革以書本為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式，提倡改革以書本為主、實(shí)驗(yàn)為輔的教學(xué)模式，提倡多樣化的教學(xué)方式，鼓勵(lì)將信息技術(shù)滲透于物多樣化的教學(xué)方式，鼓勵(lì)將信息技術(shù)滲透于物理教學(xué)之

7、中。理教學(xué)之中。全國(guó)物理課程標(biāo)準(zhǔn)全國(guó)物理課程標(biāo)準(zhǔn) 1 1、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的意義、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的意義u對(duì)于教師：對(duì)于教師： 信息技術(shù)可作為信息技術(shù)可作為輔助日常工作的工具輔助日常工作的工具提高教學(xué)效率的工具提高教學(xué)效率的工具 2 2、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的基本形式、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的基本形式u對(duì)于學(xué)生：對(duì)于學(xué)生：信息技術(shù)可作為信息技術(shù)可作為自主學(xué)習(xí)的工具自主學(xué)習(xí)的工具探究和解決問題的工具探究和解決問題的工具 2 2、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的基本形式、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的基本形式 3 3、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的課堂基本模式、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的課堂基本模式u以教

8、師使用信息技術(shù)為主的演示型教學(xué)模式以教師使用信息技術(shù)為主的演示型教學(xué)模式u以學(xué)生使用信息技術(shù)為主的自主學(xué)習(xí)型教學(xué)模式以學(xué)生使用信息技術(shù)為主的自主學(xué)習(xí)型教學(xué)模式u媒體教學(xué)媒體教學(xué) 視聽教學(xué)視聽教學(xué)uCAI CAI 計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（Copmuter Assisted InstructionCopmuter Assisted Instruction）u網(wǎng)絡(luò)資源網(wǎng)絡(luò)資源u仿真實(shí)驗(yàn)仿真實(shí)驗(yàn)u機(jī)器人機(jī)器人u數(shù)字化信息系統(tǒng)（數(shù)字化信息系統(tǒng)（DISDIS） 4 4、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的主要類型、信息技術(shù)與物理學(xué)科整合的主要類型u DIS DIS：數(shù)字化信息系統(tǒng)：數(shù)字化信息系統(tǒng)（Digital

9、 Information SystemDigital Information System） 用傳感器獲取信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器后用傳感器獲取信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器后由計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的教學(xué)技術(shù)平臺(tái)。由計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的教學(xué)技術(shù)平臺(tái)。 傳感器傳感器數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)采集器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)u定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)定義：能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB766587)GB7

10、66587)u結(jié)構(gòu)：由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三結(jié)構(gòu)：由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路三部分組成。部分組成。u特點(diǎn)：以電學(xué)方法采集數(shù)據(jù)，因而速度快、特點(diǎn)：以電學(xué)方法采集數(shù)據(jù)，因而速度快、精度高。即時(shí)實(shí)測(cè)，正確方便輸出信號(hào)便于傳精度高。即時(shí)實(shí)測(cè)，正確方便輸出信號(hào)便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示。輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示。 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)傳感器名稱傳感器名稱量程量程分分 度度對(duì)應(yīng)的中學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的中學(xué)實(shí)驗(yàn)儀表、器材儀表、器材力傳感器力傳感器20N/20N/10N10N0.1N0.1N測(cè)力計(jì)測(cè)力計(jì)溫度傳感器

11、溫度傳感器-10-10+110+1100.10.1溫度計(jì)溫度計(jì)電流傳感器電流傳感器-1A-1A+1A+1A10mA10mA電流表電流表電壓傳感器電壓傳感器-10V-10V+10V+10V10mV10mV電壓表電壓表微電流傳感器微電流傳感器-1A-1A+1A+1A靈敏靈敏/ /鏡式電流計(jì)鏡式電流計(jì)壓強(qiáng)傳感器壓強(qiáng)傳感器0 0300kPa300kPa0.1 0.1 kPakPa壓強(qiáng)計(jì)壓強(qiáng)計(jì) 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)傳感器名稱傳感器名稱量程量程分分 度度對(duì)應(yīng)的中學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的中學(xué)實(shí)驗(yàn)儀表、器材儀表、器材磁感應(yīng)強(qiáng)

12、度傳感器磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器15mT15mT0.1mT0.1mT位移傳感器位移傳感器0 0200cm200cm1mm1mm打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)計(jì)時(shí)器光電門傳感器光電門傳感器0.01mS0.01mS數(shù)字毫秒計(jì)數(shù)字毫秒計(jì)聲波傳感器聲波傳感器100Hz100Hz1KHz1KHz1ms1ms光強(qiáng)分布傳感器光強(qiáng)分布傳感器1mm1mm光度計(jì)光度計(jì)G-MG-M傳感器傳感器40000cpm40000cpm1cpm1cpmG-MG-M計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)工作原理工作原理將物理學(xué)測(cè)量量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量將物理學(xué)測(cè)量量轉(zhuǎn)

13、換為電學(xué)量物理學(xué)量物理學(xué)量敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件電學(xué)量電學(xué)量應(yīng)變應(yīng)變F F固定端電阻絲保護(hù)層絕緣基片受力方向懸梁臂 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor) 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)u使用方法使用方法 傳感器的應(yīng)用方法與傳統(tǒng)儀器儀表基本相同。傳感器的應(yīng)用方法與傳統(tǒng)儀器儀表基本相同。 比如力傳感器的使用與傳統(tǒng)的測(cè)力計(jì)相類似，電比如力傳感器的使用與傳統(tǒng)的測(cè)力計(jì)相類似，電流傳感器和微電流傳感器串連于電路中，而電壓流傳感器

14、和微電流傳感器串連于電路中，而電壓傳感器則并聯(lián)于電路中。傳感器則并聯(lián)于電路中。 1 1、數(shù)據(jù)采集：傳感器（、數(shù)據(jù)采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)u優(yōu)越性優(yōu)越性使用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)儀器儀表使用傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與傳統(tǒng)儀器儀表的測(cè)量的顯著區(qū)別在于傳感器能的測(cè)量的顯著區(qū)別在于傳感器能以高頻率、高密以高頻率、高密度連續(xù)采集并傳送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程度連續(xù)采集并傳送實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中物理量的變化，稱之為中物理量的變化，稱之為“線采集線采集”。而傳統(tǒng)儀而傳統(tǒng)儀表只能由人工操作進(jìn)行表只能由人工操作進(jìn)行“點(diǎn)采集點(diǎn)采集”，無法展示實(shí)，

15、無法展示實(shí)驗(yàn)的全過程和關(guān)鍵細(xì)節(jié)。傳感器的分度和測(cè)量的驗(yàn)的全過程和關(guān)鍵細(xì)節(jié)。傳感器的分度和測(cè)量的精度也要高于傳統(tǒng)儀器儀表。精度也要高于傳統(tǒng)儀器儀表。u通過計(jì)算機(jī)屏幕顯示通過計(jì)算機(jī)屏幕顯示u多種顯示方式多種顯示方式 ：指針、數(shù)字和波形等。：指針、數(shù)字和波形等。u波形圖線具有暫停、回放和存儲(chǔ)等功能。波形圖線具有暫停、回放和存儲(chǔ)等功能。 2 2、數(shù)據(jù)顯示和記錄、數(shù)據(jù)顯示和記錄uDISDIS軟件能完成物理量顯示、數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算、軟件能完成物理量顯示、數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算、組合圖線分析等教學(xué)任務(wù)，其功能可進(jìn)一步細(xì)組合圖線分析等教學(xué)任務(wù)，其功能可進(jìn)一步細(xì)分為分為“即插即用、多模顯示、并行采集、組合即插即用、多模顯

16、示、并行采集、組合顯示、采集控制、自由坐標(biāo)、數(shù)據(jù)計(jì)算、公式顯示、采集控制、自由坐標(biāo)、數(shù)據(jù)計(jì)算、公式調(diào)用、圖線擬合、圖表存儲(chǔ)調(diào)用、圖線擬合、圖表存儲(chǔ)”等。等。 3 3、數(shù)據(jù)處理和圖線分析、數(shù)據(jù)處理和圖線分析u 傳感器的輸出量通過數(shù)據(jù)采集器連接至計(jì)算傳感器的輸出量通過數(shù)據(jù)采集器連接至計(jì)算機(jī)后變成數(shù)字信號(hào)，并由計(jì)算機(jī)完成實(shí)時(shí)處理。機(jī)后變成數(shù)字信號(hào)，并由計(jì)算機(jī)完成實(shí)時(shí)處理。F計(jì)算機(jī)是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心。計(jì)算機(jī)是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心。u對(duì)圖線的分析處理是數(shù)據(jù)處理的核心。對(duì)圖線的分析處理是數(shù)據(jù)處理的核心。u無論何種無論何種DISDIS系統(tǒng)軟件，圖線分析功能包括對(duì)系統(tǒng)軟件，圖線分析功能包括對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的圖線

17、進(jìn)行擬合、求導(dǎo)、積分和求平實(shí)驗(yàn)獲得的圖線進(jìn)行擬合、求導(dǎo)、積分和求平均值等操作。均值等操作。 3 3、數(shù)據(jù)處理和圖線分析、數(shù)據(jù)處理和圖線分析u用用DISDIS做萘的熔做萘的熔化與凝固實(shí)驗(yàn)化與凝固實(shí)驗(yàn)u線圈切割地磁場(chǎng)線圈切割地磁場(chǎng)磁感線發(fā)電磁感線發(fā)電u 物體間的相互作用力物體間的相互作用力u 摩擦生熱摩擦生熱u 帕斯卡定律帕斯卡定律u 馬德堡半球馬德堡半球u 歐姆定律歐姆定律 4 4、典型的、典型的DISDIS實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示u物體間的相互作用力物體間的相互作用力 4 4、典型的、典型的DISDIS實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示“看”拉力與斥力體驗(yàn)相互作用力的即時(shí)性體驗(yàn)相互作用力的大小與方向u摩擦生熱摩擦生熱

18、4 4、典型的、典型的DISDIS實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示 “看”溫度升高直觀、形象、生動(dòng)u帕斯卡定律帕斯卡定律 4 4、典型的、典型的DISDIS實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示 “看”外加的正、負(fù)壓強(qiáng)形象、生動(dòng)、操作方便u馬德堡半球馬德堡半球 4 4、典型的、典型的DISDIS實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示 “看”半球中的負(fù)壓強(qiáng)形象、生動(dòng)、操作方便u歐姆定律歐姆定律 4 4、典型的、典型的DISDIS實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)演示“看” U-I 圖線連續(xù)采集數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成圖像形象、生動(dòng)、操作方便1 1、DISDIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義2 2、DISDIS實(shí)驗(yàn)在物理課改中的作用實(shí)驗(yàn)在物理課改中的作用3 3、DISDIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的

19、關(guān)系實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的關(guān)系 變定性為定量；變定性為定量；變不可見為可見；變不可見為可見； 變不能做為能做。變不能做為能做。 轉(zhuǎn)變了教學(xué)觀念；轉(zhuǎn)變了教學(xué)觀念；轉(zhuǎn)變了教學(xué)方法；轉(zhuǎn)變了教學(xué)方法；轉(zhuǎn)變了學(xué)習(xí)方式；轉(zhuǎn)變了學(xué)習(xí)方式；轉(zhuǎn)變了評(píng)價(jià)方式。轉(zhuǎn)變了評(píng)價(jià)方式。 物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存、處理與顯示集、儲(chǔ)存、處理與顯示從模擬質(zhì)變?yōu)閿?shù)字化。從模擬質(zhì)變?yōu)閿?shù)字化。 優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)：優(yōu)化傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)： “原有我更好原有我更好” 開發(fā)新穎實(shí)驗(yàn)開發(fā)新穎實(shí)驗(yàn) ：“原無我可做原無我可做” 1 1、DISDIS實(shí)驗(yàn)的意義實(shí)驗(yàn)的意義u一個(gè)飛躍u兩個(gè)方向u三個(gè)變化u四個(gè)轉(zhuǎn)變運(yùn)用信息技術(shù)，運(yùn)用信息技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)，提高學(xué)生獲取、處提高學(xué)生獲取、處理和應(yīng)用信息的能理和應(yīng)用信息的能力，以適應(yīng)學(xué)生在力，以適應(yīng)學(xué)生在信息時(shí)代終身可持信息時(shí)代終身可持續(xù)發(fā)展的需求。增續(xù)發(fā)展的需求。增強(qiáng)在信息環(huán)境下自強(qiáng)在信息環(huán)境下自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和能主學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力。力。采用新的數(shù)字化實(shí)采用新的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)，拓展學(xué)生驗(yàn)技術(shù)，拓展學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的時(shí)空；體現(xiàn)個(gè)性化學(xué)空；體現(xiàn)個(gè)性化