dis數(shù)字實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的比較

dis數(shù)字實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的比較

1數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)比較,呈正確方向的教學(xué)改革2003年出版的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)：“在物理實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用信息技術(shù)，加快學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)軟件的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，如計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果?！痹谶@種背景下，dsl海洋是在這樣的背景下發(fā)展起來(lái)并引入的。在許多現(xiàn)有的高中物理教材中，有必要介紹使用傳感器進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)的情況。在教育實(shí)踐中，在dis數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中引入教室課程，對(duì)促進(jìn)新課程的教學(xué)改革發(fā)揮了重要作用。特別是在教育發(fā)達(dá)的上海、江蘇，數(shù)字實(shí)踐教育研究最為普遍，主要體現(xiàn)在數(shù)字實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)踐的比較研究和對(duì)高中教材中物理實(shí)驗(yàn)的修正和改進(jìn)。一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力較高的學(xué)校率先建立了數(shù)字搜索實(shí)驗(yàn)室，但由于許多原因，學(xué)生沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際的研究，太多的學(xué)生也不太正式。此外，科學(xué)考試對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理思維和實(shí)踐技能確實(shí)優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)和西考實(shí)驗(yàn)在教育實(shí)踐中的各自優(yōu)勢(shì)是什么？國(guó)內(nèi)沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)的研究。2不同實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析兩類實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程及其效果中的不同點(diǎn)及各自的優(yōu)缺點(diǎn),具體指導(dǎo)同一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)到底應(yīng)采用DIS實(shí)驗(yàn)還是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(選取廣東高考考綱要求的12個(gè)實(shí)驗(yàn)).2.1u3000驗(yàn)證測(cè)試表13dis實(shí)驗(yàn)結(jié)果為了對(duì)比研究DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的優(yōu)缺點(diǎn),本研究主要選取廣東高考考綱要求的12個(gè)實(shí)驗(yàn).但考慮到一些實(shí)驗(yàn)的可操作性以及測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度,實(shí)際只選取“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”和“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”2個(gè)實(shí)驗(yàn).參加測(cè)試的人數(shù)為104人,都是高二的學(xué)生,其中7班50人,8班54人.2個(gè)班級(jí)都利用傳統(tǒng)儀器(“驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)利用平拋運(yùn)動(dòng)和氣墊導(dǎo)軌,“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器)進(jìn)行了分組實(shí)驗(yàn),其中7班還進(jìn)行了DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn),測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4.2個(gè)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試題目選自高考模擬試題,注重考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和誤差的分析.為了統(tǒng)計(jì)方便,所有的測(cè)試題都設(shè)置為選擇題,2個(gè)班級(jí)的平均分分別是55.2分和55.6分,總平均分55.4分.從總平均分來(lái)看,兩個(gè)班級(jí)幾乎沒(méi)有差別,也就說(shuō)明利用DIS進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后學(xué)生在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等方面的能力并沒(méi)有得到明顯的提高.從每個(gè)小題的得分情況來(lái)看,7班在對(duì)實(shí)驗(yàn)原理方面的理解比8班有明顯的差距(第5題選出驗(yàn)證動(dòng)量守恒定律的表達(dá)式,7班得分率50%,8班得分率88.3%);在對(duì)光電門(mén)和光電計(jì)時(shí)器的掌握上,7班有一定的優(yōu)勢(shì)(分別是第10、11題,7班的得分率分別是96%、100%,8班的得分率分別為83.3%、88.9%).這一結(jié)果反應(yīng)了DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)光電門(mén)和光電計(jì)時(shí)器的掌握,弱化了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和方法的理解.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)的測(cè)試題中,為了保證測(cè)試題目的公平性,沒(méi)有引入光電門(mén)和光電計(jì)時(shí)器(因?yàn)?班只利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)),從測(cè)試題的得分來(lái)看7班22.7分,8班22.5分,2個(gè)班級(jí)得分相差無(wú)幾,掌握程度相當(dāng).經(jīng)分析,這2個(gè)實(shí)驗(yàn)利用DIS進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn),強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)光電門(mén)和光電計(jì)時(shí)器的掌握,但對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和誤差分析等方面的能力提升沒(méi)有明顯的幫助,還可能會(huì)弱化對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解和掌握.4在傳統(tǒng)課程中，比較分析了cis實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生物理思維和實(shí)踐能力方面的差異和優(yōu)缺點(diǎn)為什么會(huì)出現(xiàn)上述測(cè)試結(jié)果呢?究其原因,還得從DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)進(jìn)行分析研究.4.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備的改進(jìn)DIS實(shí)驗(yàn),又稱“數(shù)字化信息系統(tǒng)”,是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實(shí)驗(yàn)軟件包+計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).該系統(tǒng)成功地克服了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)儀器的諸多弊端,利用傳感器,例如電流、電壓、壓強(qiáng)、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門(mén)等,可以實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地測(cè)量各種物理量并把它們統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸入數(shù)據(jù)采集器,有力地支持了信息技術(shù)與物理教學(xué)的全面整合,而且多類型的信息傳感器、多通道的數(shù)據(jù)采集器、多樣化的自主操控平臺(tái)、強(qiáng)大的函數(shù)圖像處理等,可以幫助對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行多角度的感知和多視角的深入分析與研究.而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中所用到的設(shè)備,絕大多數(shù)是以18、19世紀(jì)的物理學(xué)知識(shí)作為理論支撐,使用了幾十年甚至上百年的老式裝備,主要包括:秒表、米尺、天平、彈簧秤、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電壓表、電流表、溫度計(jì)等.這套設(shè)備的特點(diǎn)是每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都必須由多種儀器組合使用,實(shí)驗(yàn)進(jìn)程緩慢,精度不高,且要通過(guò)進(jìn)行大量的人工計(jì)算來(lái)分析處理實(shí)驗(yàn)信息.4.2dis實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)比較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)側(cè)重于培養(yǎng)認(rèn)真、細(xì)致、耐心等觀察習(xí)慣;重視正確選擇和使用儀器的能力培養(yǎng);重視學(xué)生技能的訓(xùn)練;充分培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力、作圖能力及利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力.DIS實(shí)驗(yàn)則側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生在觀察中思考探究的能力;有利于提升學(xué)生利用現(xiàn)代化信息技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)和拓展知識(shí)的能力;在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,有助于訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)學(xué)圖形分析能力、對(duì)復(fù)雜物理問(wèn)題的分析判斷能力.例如,在講牛頓第三定律時(shí),傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)利用2個(gè)彈簧秤相互鉤住向相反方向,通過(guò)彈簧秤的示數(shù)變化來(lái)說(shuō)明作用力與反作用力的關(guān)系.可是由于彈簧的精度太低,微小力的變化難以測(cè)出來(lái).DIS實(shí)驗(yàn)(如圖1)利用2個(gè)力傳感器作相同的實(shí)驗(yàn),精度高,效果好.傳感器不但能夠靈敏顯示微小力的變化,而且能即時(shí)描繪出作用力與反作用力的力變化圖像,形象直觀地看出作用力與反作用力的性質(zhì).但是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)僅僅只是在數(shù)據(jù)處理的時(shí)間上、精確度上以及圖像展示上,具有傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),DIS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得更快、更準(zhǔn)確、更直觀.而對(duì)于物理原理的理解、物理思維的培養(yǎng)和動(dòng)手能力、繪圖能力的鍛煉,與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)比,DIS實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生各方面的能力培養(yǎng)不足.例如,在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生根據(jù)紙帶所打的點(diǎn),利用平均速度公式計(jì)算某點(diǎn)的瞬時(shí)速度,進(jìn)而通過(guò)求解驗(yàn)證.而DIS實(shí)驗(yàn)直接通過(guò)數(shù)據(jù)采集器采集重物下落的瞬時(shí)速度,然后由計(jì)算機(jī)直接反映出結(jié)果,這樣雖然使得實(shí)驗(yàn)迅速、準(zhǔn)確,但學(xué)生少了思考以及動(dòng)手計(jì)算的機(jī)會(huì),對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)不利.綜上,在物理教學(xué)中,實(shí)驗(yàn)的目的在于探索或驗(yàn)證物理規(guī)律,這就要求學(xué)生必須具有分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在數(shù)據(jù)處理方面所花的時(shí)間很長(zhǎng),在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中,學(xué)生要經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算或描點(diǎn)作圖,才能夠根據(jù)計(jì)算的結(jié)果或作出的圖像進(jìn)行分析歸納并得出結(jié)論.這可以充分培養(yǎng)學(xué)生的作圖能力和計(jì)算能力,及利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力.但同時(shí)由于計(jì)算過(guò)程太過(guò)冗長(zhǎng),導(dǎo)致學(xué)生用于探索研究的時(shí)間較短.DIS實(shí)驗(yàn)則正好相反,它用于數(shù)據(jù)處理的時(shí)間很少,這些工作都由計(jì)算機(jī)來(lái)完成.學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索、研究、推測(cè)結(jié)論,然后選擇合適的函數(shù)進(jìn)行擬合.這與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)明顯不同,DIS實(shí)驗(yàn)給了學(xué)生很長(zhǎng)的時(shí)間進(jìn)行探索研究.4.3注重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng),尤其注重拓展、聯(lián)想、測(cè)算能力的培養(yǎng)(1)對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力及自主探究能力的培養(yǎng).基于社會(huì)發(fā)展對(duì)創(chuàng)新人才的需求,培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力及自主探究的創(chuàng)新和鉆研能力已在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有越來(lái)越重要的地位.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)由于儀器的簡(jiǎn)陋和操作的繁瑣,一些必要的測(cè)量無(wú)法實(shí)現(xiàn),因此對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)要求具有很大的局限性,也限制了學(xué)生探究和鉆研的深度與廣度.DIS實(shí)驗(yàn)則為解決這類難題提供了器材和技術(shù)的保證.DIS實(shí)驗(yàn)儀器具有測(cè)量范圍廣、測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)分析迅速準(zhǔn)確等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),可以達(dá)到很高的設(shè)計(jì)要求,所以更加注重對(duì)學(xué)生這方面能力的培養(yǎng).在逐步開(kāi)展的研究性學(xué)習(xí)中,DIS有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值.很多實(shí)驗(yàn)都可以由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、選材和完成,從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、研究能力和創(chuàng)新能力的目的.(2)對(duì)拓展、聯(lián)想、猜測(cè)能力的培養(yǎng).豐富的想象力、廣泛的聯(lián)想能力以及大膽合理的猜測(cè)能力,是物理研究和創(chuàng)造性人才不可缺少的思維品質(zhì).許多歷史上著名的物理學(xué)家就是通過(guò)對(duì)很多未知現(xiàn)象的觀察、想象、聯(lián)想,進(jìn)行大膽的猜測(cè),在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行深入的研究,最后才總結(jié)出規(guī)律的.所以,培養(yǎng)學(xué)生的拓展、聯(lián)想、猜測(cè)能力也是物理教改的方向之一.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)由于過(guò)分重視基本技能的培養(yǎng),學(xué)生習(xí)慣于按部就班地做實(shí)驗(yàn).再加上實(shí)驗(yàn)條件本身的限制,對(duì)學(xué)生思維的廣度、深度及靈活性的培養(yǎng)不夠,使學(xué)生的想象力得不到充分的發(fā)展.因此,在對(duì)學(xué)生拓展、聯(lián)想、猜測(cè)能力的培養(yǎng)方面,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是有所欠缺的.而DIS實(shí)驗(yàn)獨(dú)特的數(shù)形結(jié)合功能、函數(shù)模擬功能,以及先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器,為優(yōu)化學(xué)習(xí)方式、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、倡導(dǎo)自主探究、實(shí)踐體驗(yàn)和合作交流提供了空間和時(shí)間.所謂見(jiàn)多識(shí)廣,學(xué)生思維的廣度和深度及靈活性自然會(huì)有所增加,從而也會(huì)拓展學(xué)生的想象空間,增強(qiáng)他們的聯(lián)想和猜測(cè)能力.綜上所述,DI