从向心力教学谈DIS实验系统与传统实验的整合

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇从向心力教学谈DIS实验系统与传统实验的整合范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式、学生的学习方式、教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具.”在中学物理教学中运用DIS实验体现了这一精神，DIS实验为物理新课程科学探究提供了重要的物质保障.

DIS实验的物理性能是对传统物理实验的提升，具有很强的时代性，DIS实验作为一项新的物理实验技术，就要求我们要用新的教学理念、新的教学方式、新的教学手段.在高中物理力学、电磁学等方面DIS实验教学均有很好的应用.本文结合自己在高中物理“向心力”一节使用DIS实验进行教学的实际体会，谈一谈关于dis在高中物理教学中应用的一些体会和思考.

1验证向心力公式传统实验与DIS实验的比较

1.1“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”实验

“用圆锥摆粗略验证向心力的表达式”实验是《物理》必修2（人教版）“向心力”一节中内容，TP4GW63.TIF，Y#]如图1所示.实验中用手带动钢球，设法让它沿纸上的某个圆周运动，随即手与钢球分离.用秒表记录钢球运动若干圈的时间，再通过纸上的圆测出钢球做圆周运动的半径，这样就可算出钢球的线速度.钢球质量由天平测出.再由F=mSX（]v2]rSX）]就能算出钢球所受的向心力.

另一方面，通过受力分析得钢球在做圆周运动时所受的合力为F=mgtanθ=mgSX（]r]hSX）]（式中r为圆半径，h为小球距悬点的竖直高度）.比较上述两个方法的得到的向心力，即可验证向心力的表达式.

该实验在构思、原理、方法以及学生的可参与性等方面让人感到很完美，但在实际操作中却有以下几处不妥：

a.在具体操作中很难使小球沿纸上的某个圆周运动，小球大多作椭圆运动；

b.球在圆周运动时，与纸面间存在一定的距离，无法确定究竟在哪个圆周上运动，半径r的测量误差大.

c.在圆锥摆中小球距离悬点的竖直高度h不好确定，h的测量误差大.

虽然在该实验取名中用了“粗略”二字，但基于以上3条原因，实验结果误差较大，达不到验证效果.

1.2“用DIS系统结合转动平台验证向心力的表达式”实验

本实验中以能在金属杆上滑动的转子为研究对象.实验装置如图2，跨过滑轮连接转子和力传感器的拉线使用力传感器测出向心力F；光电门用来测量转子的转动角速度ω.从而验证向心力表达式F=mω2r，即向心力的大小与物体的质量、角速度的平方、半径成正比.实验步骤如下：

（1）将光电门传感器和力传感器分别接入数据采集器；连接数据采集器和PC计算机.

按实验装置图把两个传感器固定在向心力实验器上，注意保持拉线的垂直.

TP4GW64.TIF，BP#]（2）将实验器调节为水平，对力传感器调零，调整力传感器的高度，使转子离轴心约0.12 m 处；并把平衡块固定在金属杆另一边相应的位置.

（3）在实时数据页面上的相应的输入框输入转子的质量（转子质量50 g，砝码每个25 g） 和转动半径.

（4）转动实验器的金属杆，点击“开始”，系统记录下F、t 数据.

（5）点击“F-ω”页，观察F-ω数据点在坐标系内的分布图；可见：数据点的分布具有抛物线特征.进行“二次多项式”拟合，发现数据点与拟合线基本重合，验证了猜想，说明F 与ω 之间存在二次函数关系.

（6）点击“F-ω^2”页，观察F-ω^2数据点在坐HJ2mm]标系内的分TP4GW65.TIF，X，BP#]布图（图3）；进行线性拟合，拟合图线为过原点的直线，证明了向心力与角速度之间确实是二次方关系.

（7）在转子上加减砝码，改变转子质量，重复步骤3-7.对照几次实验数据，研究向心力与质量的关系.

（8）调整力传感器的高度，改变转动半径，重复步骤3-7.对照几次实验数据，研究向心力与半径的关系.

（9）在“F-ω^2”或“F-ω”页面中（图4），选取ω同样的范围，进行数据整理.

TP4GW66.TIF，BP#]（10）在实验结果分析页面内，对几次实验进行直线拟合，可以得到：

在r、ω保持不变时，向心力与质量成正比（图5）；

在m、ω保持不变时，向心力与半径成正比（图6）.

TP4GW67.TIF，BP#]TP4GW68.TIF，BP#]（比较的是各组的最后一个数据.这些数据的角速度是一样的）

2DIS实验在中学物理教学中的优势及不足

2.1DIS实验相对传统实验的优势分析

DIS （数字化实验室）是由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件等构成的设备和与之配套的相应的实验仪器装备组成的实验室.传感器是把非电学物理量（如位移、速度、压力、温度、湿度、流量、声强、光照度等）转换成易于测量、传输、处理的电学量（如电压、电流等）的一种组件，在实验数据记录的过程中能起自动控制作用.数据采集器是连接传感器和计算机的桥梁.计算机通过数字化实验系统软件，以数值、图表等各种方式呈现实验数据，并可根据要求对实验数据进行统计、计算、曲线拟合等各种分析与处理.

与传统实验相比，DIS实验系统有多类型的信息传感器、数据采集器、及多模式的数据显示方式，这些特点使得DIS实验在中学物理教学中显示出了它的优越性.

（1）提高实验数据采集的速度

传统实验在数据处理方面需学生动手计算，所需时间较长，往往不可能采集大量数据进行研究，数据少又会影响实验结果的准确性.而DIS实验通过传感器可以快速、准确的采集数据信息，再由计算机进行辅助处理，在短时间内得到实验数据，由于在测量数据、分析处理数据上省出了许多时间.学生就有更多的精力和空间去发现、思考和解决实验中出现的问题，学生学习的自主性、探究性和交互性也得到充分地展开，这为实现物理教学的有效性提供了重要的保证.

（2）提高实验的精确度

传统实验的测量仪器相对来说一般精确度不高，如用秒表测量时间、刻度尺测量长度、弹簧秤测量力、电压表电流表测量电压和电流等.DIS实验系统通过各种传感器采集数据，如可用力传感器测量力、光电门测量时间、电压电流传感器测量电压电流，已可对力学、电磁、声、光、热等各方面的数据进行采集测量.极大的提高了数据采集及数据处理的精确度.

（3）提高数据呈现的可视性

传统实验中数据的呈现往往需进行一定的处理才可分析各物理量之间的关系，而利用DIS实验的传感器技术使得实验过程可视化，更有利于学生对物理过程的理解，如直接呈现力、位移、速度、电流等随时间的变化.

2.2DIS实验系统的不足

在中学物理教学中采用DIS实验系统优化了测量手段和数据处理方式，但在教学实施过程中也有其不足之处.

（1）DIS系统需结合计算机技术和传感器技术，对学生的信息技术的要求较高，对有些同学来说，在计算机系统的操作上可能存在困难.

（2）由于资金和实验条件的限制，多数学校的DIS实验设备一般数量不足，只能多人一组进行实验，不能满足每位同学都亲自动手操作的目的，不利于学生动手能力的培养.

（3）DIS实验系统虽能快速呈现数据，便不能像传统实验中一样让学生在实验过程中通过对数据的处理过程加深对物理规律的理解.

3对DIS实验系统在中学物理教学中应用的一些思考

DIS实验与信息技术相联系，为中学物理教学增加了一种先进的实验手段，但DIS实验与传统实验各有长处和短处.在实际的教学中，应客观的看待他们，合理有效的利用它们，努力实现优势互补，使两者有机整合起来.

（1）传统实验需要的测量仪器较多，操作时间较长，需多次观察、测量，有利于培养学生耐心的观察习惯和动手能力.DIS实验操作相对简单，但提高了学生的计算机操作技能，有利于学生掌握、利用现代化信息技术.

（2）对于传统实验装置，可以结合DIS实验系统中所用到得传感器，实现力、位移、速度、电流等的快速、准确采集.如此，既可锻炼学生的动手能力，又可缩短实验数据采集和处理所用的时间.

总之，新型教学方式的采用，不是对传统教学方法的全盘否定，而是要与传统进行整合和互补，实现有机结合，发挥出各自的优点，达到更好的效果.

新技术的使用还将在观念等方面带来变化，教师应大胆的将新的教学手段和新的教学模式应用到学科教学中，不断进行积极的探索和尝试，真正发挥出新技术的效果.