数字化教学系统在科技班教学中的应用

陈清

摘 要 通过展示验证牛顿第三定律的实验探究课，介绍DIS实验室在青岛市第十九中学科技班物理教学中的应用。

关键词 物理实验教学；DIS数字化实验室；牛顿第三定律

中图分类号：G633.7 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2015）13-0009-02

青岛市第十九中学为了凸显办学特色，2014年招生新增加一个科技班。为了更好地发展学生的各项技能，围绕这个科技班，各学科都开展了兴趣班以激发学生的自主创新、自主学习能力，物理课主要在实验手段上做了革新。实验教学手段的进步是科技进步、教育进步的体现。传统实验教学仪器固然有着简单、直观的特点，但科学本身从来拒绝一成不变的教条，科学在发展，科学教育在发展，实验教学仪器也在发展。因此，学校为科技班的学生单独开放DIS（Digital Information System）实验室。现将学校科技班的一堂实验探究课展示给大家，希望对兄弟学校有所帮助。本堂课的内容是验证牛顿第三定律。

牛顿第三定律是一个比较难的课题，从内容上来看，它所反映的是物体之间本身内在的规律，而了解和掌握规律最好的办法就是通过实践来探索。本节课采取引导式探究教学，即通过课堂演示来完成这次实验活动。要使学生在实验过程中坚持由易到难的过程，通过感性实验使学生掌握牛顿第三定律的理性规律。对于不同运动状态的物体间的相互作用，则通过实验和数字化教学系统加以突破。物理教学十分贴近学生的日常生活，因此，在学生日常生活过程中，要根据学生的生活环境创设物理教学情境，让学生自己在实验过程中探究得出结论和规律，一方面可以提高学生的学习积极性，另一方面也提高了学生利用所学知识解决实际问题的能力。

从教学方法上来看，实现对传统教学方法的变革，满足学生的实际学习需要。本节课设计的实验，简单易操作，重视物理规律的形成过程，能够使学生在加深对知识理解的同时又增强教学效果。本节课设计了两套方案进行，一是使用传统的测力计、小车、钩码；二是用朗威数字化信息系统。

牛顿第三定律实验原理：对于每一个作用力，必然有一个反作用力，作用力与反作用力总是成对出现，它们同时存在，同时消失，分别作用在两个相互作用的物体上。

1 传统方法

实验器材 每组两个弹簧测力计、小车、钩码。

实验过程 让两个学生各自拿一个测力计，把两个测力计A和B勾在一起拉，开始处于静止状态。

1）A用手拉弹簧秤A之前，两测力计的读数均为零，说明两测力计间没有作用力；A用手拉测力计A时，可以看到两个测力计的指针同时移动，测力计B的读数是测力计A对它的作用力FA的大小，而测力计A的读数是测力计B对它的反作用力FB的大小，此时学生发现，两个测力计的读数是相等的。

2）两个学生改变手拉测力计的力的大小，测力计的读数也随之变化，但这两个测力计的读数总相等，这说明作用力和反作用力大小是相等的。

3）分析测力计B受到测力计A的拉力FA，方向向右，测力计A受到测力计B的拉力FB，方向向左，这两个学生的拉力作用在同一条直线上，这说明作用力与反作用力方向相反，作用在同一条直线上。

4）同样，让学生A、学生B分别做匀速运动、加速运动、减速运动，观察测力计A和测力计B是否总是大小相等、方向相反。

实验结果

1）相互性：两个物体间力的作用是相互的。

2）同时性：作用力和反作用力总是相互依存、同时存在的，没有作用力就没有反作用力。

3）方向：作用力跟反作用力的方向是相反的，在一条直线上。

4）大小：作用力和反作用力的大小在数值上是相等的。

2 现代方法

实验器材 数字化实验系统、计算机等，实验装置见图1。

验过程与数据分析

1）连接好数据采集器，将两个力的传感器按照图示接入采集器。

2）启动“组合图线”功能，点击“增加”，增加图线“时间—力1”与“时间—力2”。

①两手各持一只力传感器，按照图1实验装置图让两传感器的测钩互相勾住，两手用力拉或压，得两条“力—时间”组合显示图。观察发现两条图线基本重合，表示两力大小相等。

②选中其中一条图线，点击“设置”，设为“镜像显示”，对两个力的方向加以区别。

③返回实验界面，继续实验，可见两条图线以X 轴对称（图2），说明两力方向相反。

③点击“停止”，将“采样频率”设置为“500”。让两只力传感器的测钩正对，相互敲击，获得另外两条以X 轴呈上下对称的图线。

3 实验结果

结合两种实验器材的实验结果，总结牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

4 实验总结

通过上述两种实验方法发现，用传统的方法存在一定的弊端（如实验误差较大；瞬间读取数据不便，需要借助数码相机拍照才能准确读取数据），影响实验结果的因素也很多；而使用数字化实验系统则完全不同，能够使实验更加快速、准确、严谨。

数字化信息系统（DIS）实验室的引入，丰富了学生的实践体验。朗威数字化实验系统将实验数据数字化，在学生亲自动手操作实验的基础上实现信息技术与物理实验教学的整合。朗威数字化实验系统能够支持科学探究实验、团队合作实验的设计和实施，能以其丰富的传感器，准确、快速的测量，以及多功能的软件支撑，为广大中学生提供一个科学探索的技术平台。尤为重要的是，这个数字化信息系统符合中学生的心理需求，能激发学生学习的兴趣，是促进学生主动学习的有效工具。