浅析数字化物理实验平台的应用原则

倪亚清

（无锡市第一中学，江苏 无锡 214031）

数字化物理实验平台主要有传感器、数字采集器及配套软件组成，配合一般电脑即可使用.因为具有其自身独特的技术优势，所以它为高中物理教学特别是实验教学注入了活力.数字化物理实验平台作为一个新的教育教学手段，要研究其在物理教学中策略.对于数字化物理实验平台实验首先要辨别某实验是否适合采用数字化物理实验平台实验，然后对于明确运用数字化物理实验平台的物理实验，要思考应遵循什么样的基本原则，在面广量大的高中物理实验教学中，如何合理有效地使用这套系统呢？

1 以改进教学方式实施为原则

对数字化物理实验平台的使用，不是为用而用，不是用了没有，用的熟练程度怎么样，而是有没有提高学生的科学素养，有没有增强学生的创新意识和实践能力.因此在物理教学中使用数字化物理实验平台要注意改变传统的教学方式，变单一的、被动的讲授为以自主、探究、合作为主的教学方式.

案例1：在高中物理选修（3-3）的“气体的等温变化”一节内容的教学中，借助于数字化物理实验平台系统，通过同学之间的配合完成，一个操作注射器，一个操作计算机读记数据，做完一次以后两人轮换.让学生亲自在探究的过程中发现规律，在这方面数字化物理实验平台中的传感器精确度比较高，测量范围比较广泛，易于进行定量测量.另外数字化物理实验平台所具有的函数图像处理功能，能直观地揭示出相关物理量之间的关系.观察可见，数据点的排列具有明显的双曲线特征.点击“拟合”，选取“反比拟合”，得到一条拟合图线（如图1），该图线与数据点完全重合，证明了事先关于压强与体积成反比的猜测，让他们体会到发现科学知识历程的艰辛和成功的喜悦，小组学生之间在探究的过程中学会合作和交流，从而更有效地培养了学生的科学素养.

图1

其次，运用数字化物理实验平台还应考虑在物理教学中使用数字化物理实验平台与不使用数字化物理实验平台的区别何在？也就是说数字化物理实验平台的独特教育价值是什么？在案例1中，若不做实验，硬性向学生灌输知识，则违背新课程教学理念，教学效果也不会好.假如采用传统学生分组实验器材，操作麻烦且测量压强时误差极大，实验效果差.因此在物理教学中使用数字化物理实验平台要坚持贯彻“优化教学方式”的思想以及“重感悟”的教学理念，引导学生高效学习，充分发挥其在探究性学习中的优势，大胆放手让学生去尝试、操作，真正实现提高学生素质的目标.

2 以坚持推陈出新为原则

运用数字化物理实验平台，并不意味着抛弃传统教学中的优秀思想、方法、载体.传统教学中也重视基础知识和基本技能，也重视物理实验.有了数字化物理实验平台并不意味着要放弃原有媒介、手段与技术，数字化物理实验平台的出现是为师生提供了一个新的使用环境，开拓了新的领域.传统物理实验中有许多好的实验，好的思想和方法，要继承、发展，二者的使用要综合考虑、优化组合.

案例2：存在已久、现仍然广泛使用并被普通高中课程标准实验教科书《物理》选修（3-2）等教材引用的自感现象演示器用图2两个电路分别演示通电和断电自感现象，效果尚可，但这种演示方法存在如下遗憾：用两个电路分别演示通电和断电自感现象，这种演示方法会使学生形成一个电路只出现一种自感现象的错觉，不能准确地表现客观事实.显示器件灯泡的亮度不与电流的大小成正比而不能正确反映电流的大小和变化，当然也不能指示电流方向，学生所观察到的不是完整的自感现象.随着科学技术的发展，用电流传感器可以清楚地演示自感对电路中电流的影响，不必用两个灯泡做对比. 电流传感器的作用相当于一个电流表，但它与电流表的一个重要区别在于，电流传感器与计算机相结合能够即时反映电流的迅速变化，并能在屏幕上显示电流随时间变化的图像，对图2传统的自感现象的研究装置略作改造按图3连接电路，AB处接电流传感器，CD处用导线直接相连.（1）从在数字采集器上接入电流传感器，（2）将电流传感器的输入端接在图3AB处，操作后就可以观察到线圈L中电流随时间变化的波形图，如图4所示.由图可知，AB支路中由于线圈L的存在，当电流增加时产生了自感电动势，阻碍电流增加，电流只能逐渐增加到某一值，演示了通电自感现象.

图2

图3

图4

演示断电自感，先观察AB支路中电流变化，仍然按图3连接电路，AB处接电流传感器，CD处用导线直接相连重复上述实验步骤，此时就可以观察到线圈L中电流随时间变化的波形图，如图5所示.

图5

再按图3连接电路，CD处接电流传感器，AB处用导线直接相连，重复上述实验步骤，此时就可以观察到电阻R中电流随时间变化的波形图，电阻R中电流方向在断开开关S前后相反，如图6所示.

图6

用数字化物理实验平台演示自感现象既有传统演示手段的身影，又有不可替代的优越性，用一个电路演示通电、断电自感现象，用电流－时间图像来表示电路中电流随时间的瞬时变化规律，准确、全面、深刻地反映了自感现象的全过程，学生能充分体验自感电动势对电流变化的阻碍作用，若将电脑界面投影到大屏幕上则更加形象直观，可见度好，将起到意想不到的效果.

3 以数字化物理实验的多元开发为原则

物理学的发展过程，就是人类认识自然、探索宇宙奥秘的过程.借助于望远镜，人们进一步认识了宇宙天体；借助于高能粒子对撞机，进入了原子核内部，人们对微观世界的了解更加深入.每一次工具的革新，都使人们的认知领域大大拓展.在中学物理教学中，数字化物理实验平台必将成为学生探究未知、实践验证的新式武器.将数字化物理实验平台进行多元开发，意味着不能仅仅运用数字化物理实验平台来完成教学任务，而应该还考虑到除此之外，还能进行哪些拓展性实验，开拓学生的视野，以培养学生的探究能力和创新意识将数字化物理实验平台进行多元开发，意味着不是偶尔为之，而是要与物理课程充分整合，使运用数字化物理实验平台成为物理教学的一种常态，成为为学生提供经历和体验，为教学者实现探究教学活动、提高课堂教学效率、培养学生获取信息、处理信息的能力提供有力支持的新工具.

图7

数字化物理实验平台为探究性实验研究提供了方便.除了数字化物理实验平台本身提供的示范案例之外，教师应根据教学的实际需要，开发有效的探究案例，特别是传统实验装置很难做到或根本做不到的探究性实验，数字化物理实验平台突显出其自身的优势，案例3即是一个实例，因为本实验传统教学中需要双踪示波器，只能做到教师的演示实验，学生无法开展亲身的探究性活动.

以实验为基础是物理教学的基本特征，物理实验对激发学生学习兴趣、启迪学生思维、培养科学方法和创新精神均能产生积极有效的作用.合理选用数字化物理实验平台让学生亲身体验物理实验操作过程，使物理创新式的学习过程成为一种“活、乐、动”的过程，让学生在物理实验教学过程中去发现问题、萌发思想、形思路、寻找方法、获得新的知识和技能，才符合数字化物理实验平台开发者的初衷和实验教学改革的方向.

1 冯容士，张越.上海市DIS物理实验的研究与应用经验汇编［M］.上海：上海市教育委员会教学研究室，2006.

2 蔡钢.用 DIS改变物理教学［J］.物理教学，2006（9）.

3 普通高中课程标准实验教科书《物理教师培训手册》［M］.北京：人民教育出版社，2007.