數字化信息化實驗

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

2、Information Technology），簡稱），簡稱ITIT u 第一次工業(yè)革命：蒸汽機和煤炭革命第一次工業(yè)革命：蒸汽機和煤炭革命u 第二次工業(yè)革命：電力、石油和生產線革命第二次工業(yè)革命：電力、石油和生產線革命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“數字革命數字革命”（Digital RevolutionDigital Revolution） 互聯網互聯網“交通交通”狀況圖狀況圖 1 1、 信息技術的發(fā)展給社會生活帶來巨大變化信息技術的發(fā)展給社會生活帶來巨大變化u 教育信息化：教育信息化： u 加快知識更新速度，加快知識更新速度，u 突破教育環(huán)境的

3、時空限制，突破教育環(huán)境的時空限制，u 加強課堂與現實世界的聯系加強課堂與現實世界的聯系 。有助于有助于 2 2、 信息技術的發(fā)展使教育發(fā)生了深刻變化信息技術的發(fā)展使教育發(fā)生了深刻變化u 信息技術對教育的改變：信息技術對教育的改變： u 教育方式和學習方式教育方式和學習方式u 知識的數量觀和質量觀知識的數量觀和質量觀u 學習和教育的觀念學習和教育的觀念改變改變 總之，信息技術為學生提供廣闊的學習空間、總之，信息技術為學生提供廣闊的學習空間、充足的學習資源的同時，也為教師提供了一個前充足的學習資源的同時，也為教師提供了一個前所未有的教學場景。所未有的教學場景。 2 2、 信息技術的發(fā)展使教育發(fā)生了

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

5、向未來。面向未來?！编囆∑洁囆∑絬 新時期教師素養(yǎng)提升的核心是科學素養(yǎng)新時期教師素養(yǎng)提升的核心是科學素養(yǎng) u 信息時代的教師的責任：信息時代的教師的責任：F使知識轉化為智慧。傳知已不重要，啟智才是使知識轉化為智慧。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)是關鍵教育改革中提升教師的信息化素養(yǎng)是關鍵1 1、信息技術與物理學科整合的意義、信息技術與物理學科整合的意義2 2、信息技術與物理學科整合的基本形式、信

6、息技術與物理學科整合的基本形式3 3、信息技術與物理學科整合的課堂教學模式、信息技術與物理學科整合的課堂教學模式4 4、信息技術與物理學科整合的主要類型、信息技術與物理學科整合的主要類型u物理課程應改變過分強調知識傳承的傾向，讓物理課程應改變過分強調知識傳承的傾向，讓學生經歷科學探究過程，學習科學研究方法，學生經歷科學探究過程，學習科學研究方法，培養(yǎng)學生的探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識。培養(yǎng)學生的探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識。改革以書本為主、實驗為輔的教學模式，提倡改革以書本為主、實驗為輔的教學模式，提倡多樣化的教學方式，鼓勵將信息技術滲透于物多樣化的教學方式，鼓勵將信息技術滲透于物理教學之

7、中。理教學之中。全國物理課程標準全國物理課程標準 1 1、信息技術與物理學科整合的意義、信息技術與物理學科整合的意義u對于教師：對于教師： 信息技術可作為信息技術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效率的工具提高教學效率的工具 2 2、信息技術與物理學科整合的基本形式、信息技術與物理學科整合的基本形式u對于學生：對于學生：信息技術可作為信息技術可作為自主學習的工具自主學習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、信息技術與物理學科整合的基本形式、信息技術與物理學科整合的基本形式 3 3、信息技術與物理學科整合的課堂基本模式、信息技術與物理學科整合的課堂基本模式u以教

8、師使用信息技術為主的演示型教學模式以教師使用信息技術為主的演示型教學模式u以學生使用信息技術為主的自主學習型教學模式以學生使用信息技術為主的自主學習型教學模式u媒體教學媒體教學 視聽教學視聽教學uCAI CAI 計算機輔助教學計算機輔助教學（Copmuter Assisted InstructionCopmuter Assisted Instruction）u網絡資源網絡資源u仿真實驗仿真實驗u機器人機器人u數字化信息系統(tǒng)（數字化信息系統(tǒng)（DISDIS） 4 4、信息技術與物理學科整合的主要類型、信息技術與物理學科整合的主要類型u DIS DIS：數字化信息系統(tǒng)：數字化信息系統(tǒng)（Digital

9、 Information SystemDigital Information System） 用傳感器獲取信息，經數據采集器后用傳感器獲取信息，經數據采集器后由計算機對信息進行數據處理的教學技術平臺。由計算機對信息進行數據處理的教學技術平臺。 傳感器傳感器數據采集器數據采集器計算機計算機 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)u定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)定義：能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。 國家標準（國家標準（GB766587)GB7

10、66587)u結構：由敏感元件、轉換元件、轉換電路三結構：由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。部分組成。u特點：以電學方法采集數據，因而速度快、特點：以電學方法采集數據，因而速度快、精度高。即時實測，正確方便輸出信號便于傳精度高。即時實測，正確方便輸出信號便于傳輸、轉換、處理、顯示。輸、轉換、處理、顯示。 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)傳感器名稱傳感器名稱量程量程分分 度度對應的中學實驗對應的中學實驗儀表、器材儀表、器材力傳感器力傳感器20N/20N/10N10N0.1N0.1N測力計測力計溫度傳感器

11、溫度傳感器-10-10+110+1100.10.1溫度計溫度計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/ /鏡式電流計鏡式電流計壓強傳感器壓強傳感器0 0300kPa300kPa0.1 0.1 kPakPa壓強計壓強計 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)傳感器名稱傳感器名稱量程量程分分 度度對應的中學實驗對應的中學實驗儀表、器材儀表、器材磁感應強

12、度傳感器磁感應強度傳感器15mT15mT0.1mT0.1mT位移傳感器位移傳感器0 0200cm200cm1mm1mm打點計時器打點計時器光電門傳感器光電門傳感器0.01mS0.01mS數字毫秒計數字毫秒計聲波傳感器聲波傳感器100Hz100Hz1KHz1KHz1ms1ms光強分布傳感器光強分布傳感器1mm1mm光度計光度計G-MG-M傳感器傳感器40000cpm40000cpm1cpm1cpmG-MG-M計數器計數器 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)工作原理工作原理將物理學測量量轉換為電學量將物理學測量量轉

13、換為電學量物理學量物理學量敏感元件敏感元件傳感元件傳感元件電學量電學量應變應變F F固定端電阻絲保護層絕緣基片受力方向懸梁臂 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor) 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)u使用方法使用方法 傳感器的應用方法與傳統(tǒng)儀器儀表基本相同。傳感器的應用方法與傳統(tǒng)儀器儀表基本相同。 比如力傳感器的使用與傳統(tǒng)的測力計相類似，電比如力傳感器的使用與傳統(tǒng)的測力計相類似，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于電路中。傳感器則并聯于電路中。 1 1、數據采集：傳感器（、數據采集：傳感器（Transducer/Sensor)Transducer/Sensor)u優(yōu)越性優(yōu)越性使用傳感器進行數據采集與傳統(tǒng)儀器儀表使用傳感器進行數據采集與傳統(tǒng)儀器儀表的測量的顯著區(qū)別在于傳感器能的測量的顯著區(qū)別在于傳感器能以高頻率、高密以高頻率、高密度連續(xù)采集并傳送實驗數據，實時展現實驗過程度連續(xù)采集并傳送實驗數據，實時展現實驗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行表只能由人工操作進行“點采集點采集”，無法展示實，

15、無法展示實驗的全過程和關鍵細節(jié)。傳感器的分度和測量的驗的全過程和關鍵細節(jié)。傳感器的分度和測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通過計算機屏幕顯示通過計算機屏幕顯示u多種顯示方式多種顯示方式 ：指針、數字和波形等。：指針、數字和波形等。u波形圖線具有暫停、回放和存儲等功能。波形圖線具有暫停、回放和存儲等功能。 2 2、數據顯示和記錄、數據顯示和記錄uDISDIS軟件能完成物理量顯示、數據記錄與計算、軟件能完成物理量顯示、數據記錄與計算、組合圖線分析等教學任務，其功能可進一步細組合圖線分析等教學任務，其功能可進一步細分為分為“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、數據計算、公式顯示、采集控制、自由坐標、數據計算、公式調用、圖線擬合、圖表存儲調用、圖線擬合、圖表存儲”等。等。 3 3、數據處理和圖線分析、數據處理和圖線分析u 傳感器的輸出量通過數據采集器連接至計算傳感器的輸出量通過數據采集器連接至計算機后變成數字信號，并由計算機完成實時處理。機后變成數字信號，并由計算機完成實時處理。F計算機是數字化實驗系統(tǒng)的核心。計算機是數字化實驗系統(tǒng)的核心。u對圖線的分析處理是數據處理的核心。對圖線的分析處理是數據處理的核心。u無論何種無論何種DISDIS系統(tǒng)軟件，圖線分析功能包括對系統(tǒng)軟件，圖線分析功能包括對實驗獲得的圖線

17、進行擬合、求導、積分和求平實驗獲得的圖線進行擬合、求導、積分和求平均值等操作。均值等操作。 3 3、數據處理和圖線分析、數據處理和圖線分析u用用DISDIS做萘的熔做萘的熔化與凝固實驗化與凝固實驗u線圈切割地磁場線圈切割地磁場磁感線發(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實驗演示實驗演示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實驗演示實驗演示“看”拉力與斥力體驗相互作用力的即時性體驗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實驗演示實驗演示 “看”溫度升高直觀、形象、生動u帕斯卡定律帕斯卡定律 4 4、典型的、典型的DISDIS實驗演示實驗演示 “看”外加的正、負壓強形象、生動、操作方便u馬德堡半球馬德堡半球 4 4、典型的、典型的DISDIS實驗演示實驗演示 “看”半球中的負壓強形象、生動、操作方便u歐姆定律歐姆定律 4 4、典型的、典型的DISDIS實驗演示實驗演示“看” U-I 圖線連續(xù)采集數據，自動生成圖像形象、生動、操作方便1 1、DISDIS實驗教學的意義實驗教學的意義2 2、DISDIS實驗在物理課改中的作用實驗在物理課改中的作用3 3、DISDIS實驗與傳統(tǒng)實驗的

19、關系實驗與傳統(tǒng)實驗的關系 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。 轉變了教學觀念；轉變了教學觀念；轉變了教學方法；轉變了教學方法；轉變了學習方式；轉變了學習方式；轉變了評價方式。轉變了評價方式。 物理實驗的數據采物理實驗的數據采集、儲存、處理與顯示集、儲存、處理與顯示從模擬質變?yōu)閿底只?。從模擬質變?yōu)閿底只?優(yōu)化傳統(tǒng)實驗：優(yōu)化傳統(tǒng)實驗： “原有我更好原有我更好” 開發(fā)新穎實驗開發(fā)新穎實驗 ：“原無我可做原無我可做” 1 1、DISDIS實驗的意義實驗的意義u一個飛躍u兩個方向u三個變化u四個轉變運用信息技術，運用信息技術，培養(yǎng)學生信息意識，培養(yǎng)學生信息意識，提高學生獲取、處提高學生獲取、處理和應用信息的能理和應用信息的能力，以適應學生在力，以適應學生在信息時代終身可持信息時代終身可持續(xù)發(fā)展的需求。增續(xù)發(fā)展的需求。增強在信息環(huán)境下自強在信息環(huán)境下自主學習的意識和能主學習的意識和能力。力。采用新的數字化實采用新的數字化實驗技術，拓展學生驗技術，拓展學生進行實驗探究的時進行實驗探究的時空；體現個性化學空；體現個性化