实验十一 教学技能实践记录 - 图文

基于数字化实验的教学技能实践记录（实验十一）姓名 景培书

实验名称 实验十一 数字化技术的实验特征及其教学功能的研究 记录时间 2013.3.20 （一）认识数字化实验技术 【DIS实验内容】 1、认识数字化实验系统的硬件 1.1、认识DIS数字化实验系统的硬件 （1）硬件系统的连接（Ｐ216）①在了解硬件系统连接方式的基础上，指出连接时应把握的主要操作要素，简述硬件系统具有的实验功能。Ｐ216 ③依据传感器的用途，指出使用传感器时应该关注哪些技术指标。Ｐ216 ①电脑与采集器间的连接；采集与传感器间连接||传感器感知信息,数据采集器时时采集数据，电脑接受数据并进行处理。③传感器量程(如力传感器测量量程±20N，电压传感器±12V,位移传感器0～150cm)；传感器的可靠性(如盲区)。 （3）传感器性能的测试（Ⅰ）位移传感器性能的检测（Ｐ217）①利用给定的实验器材（带有尺度的轨道、可固定位移传感器（发射器）的支架等）策划测试位移传感器工作性能的实验方案。Ｐ217（注：写出实验方案）②依据实验方案进行实验操作并撰写测试报告。Ｐ217 ①确定参考点，作为刻度尺和位移传感器共同的“零位置”；比较各个位置的刻度数与传感显示数是否一致。②实验步骤:连接好系统；将传感器电源打开，沿轨道放置并将其发射端基本对准接收端；确定参考点；位移发射器每移动5cm记一次示数（此处数据记录略）；将数据填入表格。数据处理：计算各位置传感器示数的百分差。实验结论：根据百分差及数据稳定各程度，可知发射器与接收器相对位置在于20cm—50cm间采集数据更接近标准值。 2、认识数字化实验系统的软件 2.1、认识DIS数字化实验系统软件（1）专用软件的使用（Ⅰ）变速直线运动的实验探究（Ｐ221）③观察并记录与被选图像区相对应的实验参数。Ｐ221 ①梳理出由“教材专用软件”提供的系统操作平台主要由哪几个工作板块所构成，指出各工作板块具有的实验功能。Ｐ221 ②简述应以怎样的认知策略与认知方法来激活教材专用软件的教学功能。Ｐ221 ③So=0.278m,St=0.521m,△t=0.4825,v=0.504m/s,So是整个运动过程中的某一位置，St是小车在So基础上间隔△t所至的位置，v是小车从So到St的平均速度。①标题板块：明晰实验任务或目的；图像板块：以图像形式显示实时采集的信息或信息处理结果；数据板块：以数据形式显示实时采集的信息或以数据形式显示处理结果：功能键板块：显示信息获取的起止操作及数据处理方略（含数据处理思想）。②依据物理实验认知规律来运用软件，具体讲，方法一：依据实验环节，先通过讨论明晰任务，抉择方案，构建系统，制定步骤，选择数据采集和处理方法，然后呈现给学生专用界面；方法二，通过解读专用界面，明晰界面要素与实验认知环节的关系。 （2）用通软件的使用（Ⅱ）用“图线组合法”呈现落体运动的本实验图线所遵循的规律，需要把握怎样的拟合要素。Ｐ223 s-t图（Ｐ223）①指出实验过程中的“调零”操作具有的实验意义。Ｐ224①梳理以上操作过程，指出具有的操作意义。Ｐ223（注：只需指出操作意义）③如果要分析① 人为规定发射器所处的位置为零位置，使数据意义更直观；①对实验已采集的图像信息进行处理；③确定所要研究的图像区域，依据已有的学科理论提出假设，选择符合假设的函数进行拟合，分析拟合结果与假设的吻合程度。 （二）探究数字化实验技术的教学功能 【DIS实验内容】 1、探究数字化实验技术的教学演示功能 1.1 基于DIS实验技术的演示性实验（1）水平方向弹簧振子的位移与弹力之间关系的实验演示（Ｐ231）（1）指出所构建的实验装置需要满足怎样的条件。Ｐ展示要素。Ｐ232 231（1）描述实验现象的基础上，指出实验现象的主要特征。Ｐ232（3）简述利用系统提供的操作平台进行实验现象展示时，应把握的主要操作与现象（1）能时实采集小车位置相对平衡位置变化情况，能时实采集小车水平方向受力的大小，轨道水平；（1）载有“发射器”的小车在两弹簧的作用下振动，软件中图像区F-x图像在分辨率较低的情况下呈一倾斜直线段||小车位移与所受拉力倾呈线性关系（3）选择位移、力分别为X、Y轴，以明确横纵坐标轴的物理意义，调节X、Y的缩放按钮适当放大所要展示的图像。 2、探究数字化实验技术的实验验证功能 2.1 基于DIS实验技术的验证性实验 （1）斜面上力的分解的验证性实验（Ｐ235）（3）解读“斜面上力的分解”操作界面蕴含的实验信息，指出具有的实验功能。Ｐ235（1）梳理完成实验任务应把握的操作环节，给出相应环节的实验指导语。Ｐ235（2）简述作为验证性实验的实验环节与实验指导应具有的特征。Ｐ235 （3）标题给出了实验任务，界面中指明了被研究变量，时实采集数据和记录数据（即实验信息的采集）；（1）正确连接装置，打开相应专用软件界面，依次增大圆柱体支撑杆的倾斜角，点击软件采集数据按钮||请仔细观察装置的结构及接口特点，连好数据线；打开“力的分解”专用软件界面，注意界面具有哪些实验功能；按表格设计情况，依次改变圆柱体支撑杆的倾角，并记下数据（2）任务很明确，原理清晰且有确切的物理量间的关系，数据处理在于检验数据是否满足相应的关系||让学生明晰实验任务，理解学科知识及实验原理，引导学生依据实验原理来处理数据。 3、探究数字化实验技术的探究性功能 3.1 基于DIS实验技术的探究性实验 （2）牛顿第二定律的实验探究 （Ｐ239）（2）设计进行实验探究的实验方案并进行实验操作。Ｐ239（注：写出实验方案和操作步骤）（2）梳理出完成实验探究应把握的主要实验与操作要素。Ｐ239（3）分析并指出在实际教学中应如何引导学生完成实验方案的设计与实施。Ｐ239 （2）在车载质量不变时，以小车的重力沿斜面的分力为小车受的的“拉力”；改变倾角实现“拉力”改变；多次改变车 载质量，并调整倾角保证“拉力”均同；再用软件测出“拉力”和加速度；最后依据数据寻求其内在联系 || A.将斜面一端抬高使其达到一定倾角，用力传感器通过细线与小车相连，且调整细线使其与轨道平行，待小车稳定后利用通用软件“数字”功能测试“拉力”，并记下示数；B.打开软件通用界面选用“组合图线”并将Y轴设为位移(S)，记录小车运动的S-t图，选取图像区并拟合，得到加速度；C.再4次增大斜面倾角分别重复A、B步骤；D.测小车及车载物的质量，并记下质量；E.将倾角增加到较大情况，按“A、B”步操作，测出力和加速度，并记下示数；F.4次增加车载质量，并调倾角使力示数与第E步的相同，并记下质量和力大小。（2）明析探究元素，依据假设形成实验方案（含原理），构建实验系统，拟定实验步骤，操作，数据分析处理 || 测小车静止时，其重力沿斜面的分力；质量不变时，依次增大倾角；质量改变时，改变倾角使力示数相同。（3）让学生明确可探究元素，引导学生寻求相关理论（或根据现象提出的假设），引导思考具有可操作性的实验方案，让学生根据实验原理及现实条件构想实验装置，依据实验原理和装置特征拟定实验步骤，引导学生多视角思考处理数据的方式。 （一）认识数字化实验技术 【DES实验内容】 1、认识数字化实验系统的硬件 1.2、认识DES数字化实验系统的硬件 （1）硬件系统的连接（Ｐ216）①在了解硬件系统连接方式的基础上，指出连接时应把握的主要操作要素，简述硬件系统具有的实验功能。Ｐ216 2、认识数字化实验系统的软件2.1、认识DES数字化实验系统软件 （2）用通软件的使用（Ⅰ）（注：教材上这部分实验内容已被调整）用“示波法”演示单匝线圈的电磁感应现象及超失重现象（Ｐ228）①梳理出DES软件系统的“示波”界面主要由哪几个板块组成。Ｐ228②指出当DES软件系统处于“示波”工作状态时具有的主要工作特征。Ｐ228③与DIS软件系统的“示波”工作特性有何差异。Ｐ228 ①数据显示，图像显示，功能键板块，其中数据显示包括数据时实显示，数据表记录显示，两大显示区都能显示4个通道获得的信息。②时实显示某物理量随时间的变化关系，同时也时实显示数字。③从显示采集信息来看，DES在同一界面显示数字和图像；对图像操作不同，DES用了三个图标来指示移动和缩放，而DIS直接指明沿X、Y方向移动和缩放；DES有图线方式（即实线、虚线等）设置功能。 （二）探究数字化实验技术的教学功能【DES实验内容】 2、探究数字化实验技术的实验验证功能 2.2、基于DES实验技术的验证性实验（Ⅰ）向心力规律的实验验证 （Ｐ236）（2）依据实验方案，拟定实验步骤，进行实验操作。Ｐ236（注：只需写出实验方案和实验步骤）（3）依据实验数据，完成实验数据的分析并给出实验结论。Ｐ236（1）简述实验装置的主要结构与实验原理之间的关系，指出其中蕴含的认知意义。Ｐ236（2）梳理出作为验证性实验应注意把握的主要实验环节。Ｐ236 2（2）根据F?mr?，采用控制变量法来研究四个物理量之间的关系，即F?r，F?m，F??三种关系，并利用图像对实验信息进行处理。|| A.组装并调整实验装置至正常状态，使转臂上有相同砝码数量；B.打开专用软件，找到向心力研究界面，辨析界面的实验功能；C.将转臂上可动砝码移至距转轴的最远位置，并记下读数，且在不改变砝码数量时，将电源电压由小到大分别调至6个位置（且要待装置运动状态稳定后再调到下一个位置），每次调节后待装置转速稳定便点击“开始采集”按钮，采集完成后点击“二次拟合”，并分析重合程度。D.将电压调至合适的固定位置，并保持砝码数量不变，分别移动可动砝码至6个不同位置，依次采集数据、断开电机电源后，分析采集点的分布特征；E.只改变转臂上砝码数量（两段砝码数量都要一样），重复第D步的操作；F.整理从C～E步获取的数据，对数据进行分析。（3）第C步得到的6个点，能较好地与二次曲线重合，第D和E步得到的点大多都位于一条直线上，由此可以得出F与ω成二次方关系，F与r和m分别成线性关系。于是调整实验的一些影响因素，能使得F??2,F?r，F?m，所以F?mr?2成立。（1）装置中的主要构件与原理的主要物理量对应，装置中主要构件间的联系及可变性与原理中物理量之间的关系对应。||可以通过实验原理来认知实验装置，或根据现成的实验装置明晰实验原理（及软件操作界面的物理含义）（2）分析被验证对象的特征，明确实验任务；确定实验方案（包含根据被验证理论生成原理）；构建实验系统（或明晰已有眼装置的关键部件）；拟定实验步骤；进行实验信息的采集和分析。 3、探究数字化实验技术的探究性功能 3.2、基于DES实验技术的探究性实验 （Ⅰ）研究速度与加速度关系的实验（物体沿圆弧运动）（Ｐ240）（1）结合对加载在小车上的挡光片的结构特征分析，指出速度与加速度的计算原理。Ｐ240（3）在完成以上实验思考的基础上，分析该实验的设计原理。 2vt2?v0s22（1）用平均速度v?计算小车经过挡光片的平均速度，用vt?v0?2as，得到a?，由此t2s公式求小车完全通过两挡光片的加速度。（3）设计中运用了极限思想，小车上挡光片的宽度相对整个轨道来说是很小的，于是近似认为挡光片经过光电门的速度是匀速的，两挡光片间的距离也相对较小，于是认为小车两挡光片完全通过同一光电门的运动是匀变速运动，并取S?s?（近似认为两速度值与挡光片的中间位置相对应）。 1、了解PASCO实验系统 【PASCO实验内容】 dd?，其中d为挡光片的宽度221.1了解PASCO实验系统的硬件（Ｐ242）（注：无需记录和回答问题） 1.2了解PASCO实验系统的软件（Ｐ243）（注：无需记录和回答问题） 1.3 PASCO传感器性能的测试 （Ⅰ）运动传感器性能的测试（Ｐ243）（1）评述测试方案，指出应把握的主要测试环节。Ｐ244（2）撰写测试报告，指出运动传感器的测量精度。Ｐ244 （1）此测试方案没有明确具体测试方法，只指明了形成测试方法的思考（解决问题）方向，此举意在培养学生查阅资料、自我探索解决方法的能力【方案：将运动传感器、数据采集器与电脑连接；在软件上设置相应的连接，且要利用软件的实时数据采集功能；用标准值与通过运动传感器获得的数字进行比较；最后分析数据并得出结论】||在软件上设置虚拟部件即运动传感器，选择实时显示数字的功能；将标准值与传感器获得的数值进行比较；用百分差进行数据处理。（2）测试目的：检验运动传感器的测量值的真实性；测量原理：通过对运动传感器的测量值与标准值进行比较而确定传感器测量值的可靠性；测试步骤：A.将数据采集器与电脑和运动传感器正确连接；B.打开“Datastudio”软件，点击“创建实验”选项，并在软件上将数据采集器的“1、2”通道与运动传感器相连，在“功能”设置区选择“位置”；C.将运动传感器、障碍物放在具有标准尺的轨道上；D.点击软件上的“启动”按钮，并使用“数字表”显示方式，同时记下运动传感器所在的位置及数字表示数；E.在第D步的基础上移动运动传感器，并记下相应数字，（记录表略）；数据处理：运用百分差对数据进行处理，分析数据得到这样的结论：传感器与障碍物相距在30～90cm之间时，传感器测得的值与标准值基本一致。 1.4 PASCO实验系统的应用 （Ⅰ）光衍射和干涉的光强分布特性研究（Ｐ244）（注：教材中的实验内容已改为此实验了）（1）简述实验原理，分析实验装置的结构特征，指出两者的内在联系。Ｐ245（2）梳理本实验使用了软件的哪些功能，指出使用时应把握的操作要素。Ｐ245