【正文】 況下，我們可以認為通電螺線管內(nèi)部（除端口附近）是勻強磁場。 實例 4： 探究最大靜摩擦力與滑動摩擦力間的關系 雖然人教新課標高中物理必修 1 第三章第 3 節(jié) —— 摩擦力沒有提到最大靜摩擦力與滑動摩擦力間的關系問題，但在實際教學的時候，由于這個問題經(jīng)常出現(xiàn)在大量的練習題中，老師都會主動提及這個問題， 一般基本上是 直接告訴學生：最大靜摩擦力約大于滑動摩擦力，一般情況下，可以認為最大靜摩擦力大小等于滑動摩擦力大小。 實驗器材 ： 朗威 DISLab、計算 機、滑動摩擦力探究儀等。 誤差分析 ： （ 1） 連接物體和力傳感器的細繩與滑輪間有摩擦 ， 會使測得的力偏小 ； （ 2） 可能繩子的方向與物體運動的趨勢或方向不在一條直線上 ， 使測得的力不準確 有關摩擦力的教學實踐中 ， 很多老師設計了不少定性的實驗 ， 在定量的實驗設計上顯得有些不足 。 （ 4） 按下電動機反轉(zhuǎn)按鈕 ， 將長木板及滑塊移回原位置 ， 重復以上步驟 ， 進行多次測量 。 實驗原理： 當相互接觸 且有擠壓的物體之間有相對運動趨勢或相對運動的時候，則物體間就會有摩擦力。這就需要進一步改進配套實驗器材來重新設計這個實驗。要回答這一問題，需要 大致 計算下相對誤差。 （ 6） 調(diào)整螺線管位置 ， 使其距磁傳感器探管 1cm。 表 8 磁感應強度 B 與相對距離 s 數(shù)據(jù)記錄表 （ ） Tab. 8 The Data Record Form of Magic induction and Relative distance() 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相對距離 s/cm 磁感應強度 B/mT 續(xù)表 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 表 7 磁感應強度 B 與相對距離 s 數(shù)據(jù)記錄表 （ ） Tab. 7 The Data Record Form of Magic induction and Relative distance() 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相對距離 s/cm 磁感應強度 B/mT 續(xù)表 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 圖 26 螺線管 內(nèi)部磁感應強度分布圖線 Fig. 26 Internal solenoid Magic induction Distribution curve 26 在 該 實驗中，磁傳感器探管與螺線管間的相對距離是通過刻度尺讀出來的，將傳統(tǒng)實驗器材與現(xiàn)代信息技術進行了融合。 （ 3） 打開 “ 計算表格 ” ， 調(diào)節(jié)磁傳感器探管前沿與螺線管一端相距 1cm，并 將磁傳感器調(diào)零 。 朗威 DISLab 配套實驗器材中的螺線管的長度 L為 9cm 左右， 半徑 R 約為 ， ，因此不能使用朗威 DISLab 配套實驗器材中的螺線管來研究通電螺線管內(nèi)部是否是勻強磁場 。 應用現(xiàn)代信息技術將磁傳感器運用到中學物理實驗中，則會開創(chuàng)有關磁教學的新局面 。m/s) △p(kg （ 6） 推動小車通過光電門傳感器 ， 小車然后與力傳感器的測鉤碰撞 ， 經(jīng)反彈后又通過光電門傳感器 ， 則擋光片兩次通過光電門傳 感器的擋光時間 t1記錄在表格中 。比較小車在變力的作用下沖量與動量的變化關系。 實例 2：動量定理 力和運動的關系 —— 牛頓第二定律 —— 最初是用動量的概念表示出來的 ， 通過變形處理就可以得到動量定理 ， 人教新課標高中物理選修 35 第十 六 章第 2 節(jié)是這樣引出動量定理的，并沒有從實驗的角度予以驗證或探究。 牛頓第二定律定量體現(xiàn)了力和運動的關系 ，在高中物理中居于重要地位。 （ 11） 點擊 “ aM 圖像 ” 按鈕 ， 可得到加速度與質(zhì)量關系圖線 ， 如圖 17 所示。 （ 4） 在窗口下方的表格內(nèi)輸入小車的質(zhì)量及拉力數(shù)值 。 實驗目的 ： 探究 加速度與力 、 質(zhì)量的關系 。應該依據(jù)具體的實驗內(nèi)容和教學目標，選擇不同的實驗手段，或者取長補短，將傳統(tǒng)實驗的思想與現(xiàn)代信息技術結合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。由于自然科學的客觀性，自然規(guī)律的精確性，導致不少傳統(tǒng)實驗不能從定量的角度開展研究。 而數(shù)字化實驗獨特的數(shù)形結合功能，函數(shù)模擬功能，以及先進的測量儀器，為優(yōu)化學習方式、學會 學習、倡導自主探究、實踐體驗和合作交流提供了空間和時間。 物理學基本研究方法的了解與掌握 在物理實驗教學過程中，學生總會遇到各種意想不到的“意外”，而這卻是學生良好注意力 、洞察力、想象力 的體現(xiàn)。但由于計算過程太過冗長，學生用于探索研究的時間就很少很少。至于讀數(shù)、精 度等都由儀器本身來完成。從而讓學生開闊了視野，突破了認知知識方面的某些局限，更清晰全面地 認識、 理解、掌握物理概念和規(guī)律。 數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備在 “ 軟件 ” 方面的比較 新課程改革強調(diào)從知識與技能 、 過程與方法 、 情感態(tài)度與價值觀三個維度全面培養(yǎng)學生 ， 為學生終身發(fā)展 、 應對現(xiàn)代社會和未來發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎 。 運用數(shù)字化實驗系統(tǒng) 則可 以在很大程度上 提高數(shù)據(jù)采集、處理、分析 的 效率。 顯然，數(shù)字化實驗設備沒有傳統(tǒng)實驗設備豐富，其配套實驗器材之間的重新組合不是很特別自由，改進的空間依然很大。 在觀察環(huán)節(jié) ，實時顯示、 直觀 、 明顯 ， 極大擴展實驗的可視性和可重復性 。 （ 3） 暫態(tài)數(shù)據(jù)的采集 稍縱即逝的瞬間 ， 也包含著豐富的物理圖景 。 通用 軟件采用了國際通行的主流工具軟件（如 Adobe Photoshop、 VB、 VC 等）的設計風 格，可完成物理量的顯示、數(shù)據(jù)圖 3 朗威 DISLab 系統(tǒng) 構成 Fig. 3 The constitution of Llongwill DISLab system 錯誤 ! 錯誤 ! 錯誤 ! 錯誤 ! 注 ： 1： 傳感器 2： 數(shù)據(jù)采集器 3： 軟件 4： 配套實驗器材 圖 4 傳感器 Fig. 4 Sensors 圖 5 數(shù)據(jù) 采集器 Fig. 5 Data collection 8 記錄與計算、組合圖線分析等教學任務，如圖 6 所示。本文主要應用朗威 數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室 來研究優(yōu)化高中物理實驗教學的問題。 目前國內(nèi)數(shù)字化實驗產(chǎn)品處于起始階段，專門從事為教育領域開發(fā)數(shù)字化實驗的公司主要有山東遠大網(wǎng)絡多媒體有限責任公司、上海華師京城高新技術股份有限公司、北圖 1 國外著名 數(shù)字化實驗產(chǎn)品公司 Fig. 1 Famous foreign digital experiment products pany 6 京友高教育科技公司、寧波 GQY 視訊股份有限公司等。 5 2 數(shù)字化實驗系統(tǒng)介紹 現(xiàn)階段，關于數(shù)字化實驗 系統(tǒng) 的概念，大多數(shù)學者均是從其結構組成的角度進行狹義的定義，它是指由“傳感器 +數(shù)據(jù)采集器 +實驗軟件包 +計算機”構成的新型實驗系統(tǒng)。 這也是本研究比較創(chuàng)新的地方。 （ 2） 以現(xiàn)代教學技術理論為指導，從現(xiàn)代教學理念的角度，研究數(shù)字化信息系統(tǒng)的特點，深入分析數(shù)字化信息系統(tǒng)的構成要素、技術特征和在教育教學中的地位和作用。與國外發(fā)達國家相比， 我國 確實是落后了很多，但中國正在這方面奮勇直追。其改革步伐之大、速度之快、難度之大 是前七次改革所不可比擬的。 Experiment teaching 1 1 引言 研究背景 自上世紀 90 年代進入知識經(jīng)濟時代以來，信息技術深刻改變著人類社會的生產(chǎn)生活方式。 2 指導的論文 ..................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 關鍵詞 ： 高中物理；數(shù)字化實驗 ； 優(yōu)化整合 ； 實驗教學 The Study of High School Physics Experiment Teaching Using Digital Experiment Platform ******** School of Physical Science and Technology, Southwest China University, Chongqing 400715, China Abstract: In the era of knowledge economy background, the digital experimental system conforms to the trend of new basic education curriculum reform, expanding the depth and breadth of physics experiments, creating a new world of physics experiment teaching. Based on the literature survey, this paper mainly describes the development status as well as structure and characteristics of digital experimengtal system。一切信息均以數(shù)字方式傳遞，一切信息均能以數(shù)字存儲。 《普通高中物理課程標準（實驗）》指出：“加強與學生生活、現(xiàn)代社會及科技發(fā)展的聯(lián)系，反映當代科學技術發(fā)展的重要成果和新的科學思想 ”“高中物理課程應促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。 表 1 人教新課標高中物理教材使用 DIS 實驗情況統(tǒng)計 Tap. 1 People39。在物理教學等幾大期刊上可以找到很多這方面的研究。很多時候， 在概念、規(guī)律等知識講授中 摻入了人為的“理想化分析結果”。 數(shù)字化實驗系統(tǒng)在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國外在數(shù)字化實驗的開發(fā)方面 ， 起步較早，技術也比較成熟 。北京友高教育科技公司隸屬于北京師范大學產(chǎn)業(yè)總公司教育技術研究所，其生產(chǎn)的友高數(shù)字化實驗室是一整套新型的數(shù)字化教學設備，它為實驗教學提供了一個開放的平臺。 其測量精度、性能與使用效果均達到先進水平。 在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，能夠自動、連續(xù)、快捷地采集數(shù)據(jù)，能夠檢測到信號量的微小變化和瞬時變化，大大擴展了研究范圍。例如，在講解電容的 充放電的時候，很多學生難以理解“斷路”也有電流。 圖 11 實時 顯示速度 Fig. 11 Realtime display speed 圖 12 實時 顯示力 Fig. 12 Realtime display fore 11 3 數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備的比較 傳統(tǒng)實驗是相對于 數(shù)字化實驗而言的，其實驗設備 沿用了近代物理學中的經(jīng)典儀器。 誤差比較 實驗誤差分為系統(tǒng)誤差和偶然誤差。整個數(shù)字化實驗室及設備的費用是傳 統(tǒng)實驗室的 7 到 8 倍。 與現(xiàn)代信息技術密切結合的數(shù)字化實驗系統(tǒng)，在幫助學生認知、理解、掌握物理概念和規(guī)律上明顯優(yōu)于傳統(tǒng)實驗。 兩者相比，傳統(tǒng)實驗側(cè)重于培養(yǎng)細致、認真、耐心等觀察習慣，而數(shù)字化實驗則側(cè)重于培養(yǎng)學生在觀察中思考探究能力。傳統(tǒng)實驗需要的測量儀器較多，操作時間較長，實驗中容易出現(xiàn)故障， 但這 有利于培養(yǎng)學生清晰、有序的思維能力及勇于克服困難的堅強的意志品質(zhì)。 過程 與方法維度的 比較 14 科學探究過程與科學實踐活動的體驗 基于社會發(fā)展對創(chuàng)新人才的需求，培養(yǎng)學生獨立設計實驗方案的能力及自主探究的創(chuàng)新和鉆研能力已在實驗教學中占有越來越重要的地位。歷史上 許多 著名的物理學家就是通過對很多未知現(xiàn)象的 洞察、想象 ，進行大膽的猜測，在此基礎上再進行深入的研究總結出規(guī)律的。 采用數(shù)字化實驗有助于激發(fā)學生學習的動機，使學生更具有探索未知領域的興趣、情感、意志和毅力等。對培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度和樹立正確的價值觀具有積極的作用?！? 運用數(shù)字化實驗系統(tǒng)改進傳統(tǒng)物理實驗，是現(xiàn)代信息技術和學科教學整合的有益嘗試，應選擇有利于發(fā)揮數(shù)字化實驗系統(tǒng)優(yōu)勢的實驗，從而使事物和現(xiàn)象“近在咫尺”，使實驗過程中的變化“定格駐留”，使瞬間發(fā)生的科學變化“一目了然”，使常規(guī)實驗手段難以完成的實驗變得“簡單直觀”。 實驗裝置圖 ： 如圖 13 所示。 （ 6） 拖動滾動條 ， 將實驗獲得的 vt 圖線置于區(qū)域中間，點擊“選擇區(qū)域”，選擇需要研究的一段 vt 圖線。 （ 5） 誤差分析 ： （ 1） 首次平衡摩擦力時，沒有完全使重力沿斜面向下的分力與小車和軌道間的摩擦力平衡。后面 這個例子 ， 在慣性與質(zhì)量的教學中應用到 ， 但在高中知識范圍內(nèi) ， 難以從牛頓第二定律的角度予以解釋 。物理學是一門以實驗為基礎的自然科學，如能在學習這一部分內(nèi)容時引入實驗，則