dis数字实验与传统物理实验的比较

dis数字实验与传统物理实验的比较

1数字化实验与传统实验比较,呈正确方向的教学改革2003年出版的《普通高中物理课程标准》强调：“在物理实验中应用信息技术，加快学生物理实验软件的开发和应用，如计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果。”在这种背景下，dsl海洋是在这样的背景下发展起来并引入的。在许多现有的高中物理教材中，有必要介绍使用传感器进行物理实验的情况。在教育实践中，在dis数字实验系统中引入教室课程，对促进新课程的教学改革发挥了重要作用。特别是在教育发达的上海、江苏，数字实践教育研究最为普遍，主要体现在数字实验与传统实践的比较研究和对高中教材中物理实验的修正和改进。一些经济实力较高的学校率先建立了数字搜索实验室，但由于许多原因，学生没有进行实际的研究，太多的学生也不太正式。此外，科学考试对培养学生的物理思维和实践技能确实优于传统实验。传统物理实验和西考实验在教育实践中的各自优势是什么？国内没有进行相应的研究。2不同实验的优缺点对比分析两类实验在实验过程及其效果中的不同点及各自的优缺点,具体指导同一个物理实验到底应采用DIS实验还是传统实验(选取广东高考考纲要求的12个实验).2.1u3000验证测试表13dis实验结果为了对比研究DIS实验和传统物理实验在教学实践中的优缺点,本研究主要选取广东高考考纲要求的12个实验.但考虑到一些实验的可操作性以及测试结果的准确度,实际只选取“验证动量守恒定律”和“验证机械能守恒定律”2个实验.参加测试的人数为104人,都是高二的学生,其中7班50人,8班54人.2个班级都利用传统仪器(“验证动量守恒定律”实验利用平抛运动和气垫导轨,“验证机械能守恒定律”利用打点计时器)进行了分组实验,其中7班还进行了DIS数字化实验,测试结果见表4.2个实验的测试题目选自高考模拟试题,注重考查学生对实验原理、实验操作、数据处理和误差的分析.为了统计方便,所有的测试题都设置为选择题,2个班级的平均分分别是55.2分和55.6分,总平均分55.4分.从总平均分来看,两个班级几乎没有差别,也就说明利用DIS进行实验后学生在实验原理、实验操作、数据处理和误差分析等方面的能力并没有得到明显的提高.从每个小题的得分情况来看,7班在对实验原理方面的理解比8班有明显的差距(第5题选出验证动量守恒定律的表达式,7班得分率50%,8班得分率88.3%);在对光电门和光电计时器的掌握上,7班有一定的优势(分别是第10、11题,7班的得分率分别是96%、100%,8班的得分率分别为83.3%、88.9%).这一结果反应了DIS数字化实验强化了学生对光电门和光电计时器的掌握,弱化了学生对实验原理和方法的理解.在“验证机械能守恒定律”实验的测试题中,为了保证测试题目的公平性,没有引入光电门和光电计时器(因为8班只利用打点计时器来进行实验),从测试题的得分来看7班22.7分,8班22.5分,2个班级得分相差无几,掌握程度相当.经分析,这2个实验利用DIS进行数字化实验,强化了学生对光电门和光电计时器的掌握,但对学生在实验原理、实验操作、数据处理和误差分析等方面的能力提升没有明显的帮助,还可能会弱化对实验原理的理解和掌握.4在传统课程中，比较分析了cis实验和传统实验在培养学生物理思维和实践能力方面的差异和优缺点为什么会出现上述测试结果呢?究其原因,还得从DIS实验和传统实验的特点进行分析研究.4.1实验设备的改进DIS实验,又称“数字化信息系统”,是由“传感器+数据采集器+实验软件包+计算机”构成的新型实验系统.该系统成功地克服了传统物理实验仪器的诸多弊端,利用传感器,例如电流、电压、压强、温度、声波、位移、力、磁、光电门等,可以实时地动态地测量各种物理量并把它们统一转化成电信号输入数据采集器,有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合,而且多类型的信息传感器、多通道的数据采集器、多样化的自主操控平台、强大的函数图像处理等,可以帮助对物理现象进行多角度的感知和多视角的深入分析与研究.而传统实验中所用到的设备,绝大多数是以18、19世纪的物理学知识作为理论支撑,使用了几十年甚至上百年的老式装备,主要包括:秒表、米尺、天平、弹簧秤、打点计时器、电压表、电流表、温度计等.这套设备的特点是每一个实验都必须由多种仪器组合使用,实验进程缓慢,精度不高,且要通过进行大量的人工计算来分析处理实验信息.4.2dis实验与传统实验比较传统实验侧重于培养认真、细致、耐心等观察习惯;重视正确选择和使用仪器的能力培养;重视学生技能的训练;充分培养学生的计算能力、作图能力及利用数学知识解决物理问题的能力.DIS实验则侧重于培养学生在观察中思考探究的能力;有利于提升学生利用现代化信息技术进行学习和拓展知识的能力;在数据处理过程中,有助于训练学生的数学图形分析能力、对复杂物理问题的分析判断能力.例如,在讲牛顿第三定律时,传统实验利用2个弹簧秤相互钩住向相反方向,通过弹簧秤的示数变化来说明作用力与反作用力的关系.可是由于弹簧的精度太低,微小力的变化难以测出来.DIS实验(如图1)利用2个力传感器作相同的实验,精度高,效果好.传感器不但能够灵敏显示微小力的变化,而且能即时描绘出作用力与反作用力的力变化图像,形象直观地看出作用力与反作用力的性质.但是数字化实验仅仅只是在数据处理的时间上、精确度上以及图像展示上,具有传统实验无法比拟的优势,DIS实验数据处理得更快、更准确、更直观.而对于物理原理的理解、物理思维的培养和动手能力、绘图能力的锻炼,与传统实验对比,DIS实验对学生各方面的能力培养不足.例如,在“验证机械能守恒定律”实验中,传统实验要求学生根据纸带所打的点,利用平均速度公式计算某点的瞬时速度,进而通过求解验证.而DIS实验直接通过数据采集器采集重物下落的瞬时速度,然后由计算机直接反映出结果,这样虽然使得实验迅速、准确,但学生少了思考以及动手计算的机会,对学生能力培养不利.综上,在物理教学中,实验的目的在于探索或验证物理规律,这就要求学生必须具有分析和处理实验数据的能力.传统实验在数据处理方面所花的时间很长,在数据处理过程中,学生要经过详细的计算或描点作图,才能够根据计算的结果或作出的图像进行分析归纳并得出结论.这可以充分培养学生的作图能力和计算能力,及利用数学知识解决物理问题的能力.但同时由于计算过程太过冗长,导致学生用于探索研究的时间较短.DIS实验则正好相反,它用于数据处理的时间很少,这些工作都由计算机来完成.学生的主要任务是根据数据进行探索、研究、推测结论,然后选择合适的函数进行拟合.这与传统实验明显不同,DIS实验给了学生很长的时间进行探索研究.4.3注重对学生能力的培养,尤其注重拓展、联想、测算能力的培养(1)对学生设计实验的能力及自主探究能力的培养.基于社会发展对创新人才的需求,培养学生独立设计实验方案的能力及自主探究的创新和钻研能力已在实验教学中占有越来越重要的地位.传统实验由于仪器的简陋和操作的繁琐,一些必要的测量无法实现,因此对学生的设计要求具有很大的局限性,也限制了学生探究和钻研的深度与广度.DIS实验则为解决这类难题提供了器材和技术的保证.DIS实验仪器具有测量范围广、测量精度高、操作简便、数据分析迅速准确等特点和优点,可以达到很高的设计要求,所以更加注重对学生这方面能力的培养.在逐步开展的研究性学习中,DIS有着广泛的应用价值.很多实验都可以由学生自行设计、选材和完成,从而达到培养学生的自主探究能力、研究能力和创新能力的目的.(2)对拓展、联想、猜测能力的培养.丰富的想象力、广泛的联想能力以及大胆合理的猜测能力,是物理研究和创造性人才不可缺少的思维品质.许多历史上著名的物理学家就是通过对很多未知现象的观察、想象、联想,进行大胆的猜测,在此基础上再进行深入的研究,最后才总结出规律的.所以,培养学生的拓展、联想、猜测能力也是物理教改的方向之一.传统实验由于过分重视基本技能的培养,学生习惯于按部就班地做实验.再加上实验条件本身的限制,对学生思维的广度、深度及灵活性的培养不够,使学生的想象力得不到充分的发展.因此,在对学生拓展、联想、猜测能力的培养方面,传统实验是有所欠缺的.而DIS实验独特的数形结合功能、函数模拟功能,以及先进的测量仪器,为优化学习方式、学会学习、倡导自主探究、实践体验和合作交流提供了空间和时间.所谓见多识广,学生思维的广度和深度及灵活性自然会有所增加,从而也会拓展学生的想象空间,增强他们的联想和猜测能力.综上所述,DI