赵治国
单位：泸州高中科室：物理教研组邮编：646000
摘要：2017年，教育部公布了《高中物理教学总体规划》（2017年版），其中提到：“积极探索信息技术与体育的深度融合”，数字实验一方面可以解决传统物理实验中一些无法解决的问题，一方面可以解决传统物理实验中一些最难解决的问题。另一方面，能将信息技术与物理实验教学有效地结合起来。在物理教材和高考中，与数字实验相关的词汇也很多。可见，数字实验越来越受到人们的重视。数字实验在物理教学中的应用是教育技术发展的必然。本文首先提出了运用DIS实验系统使力学实验能够数字化进行，其次运用动态过程的形象展示，提升学生对相关概念及规律掌握的能力，最后尝试推动物理模型的图线化教学，提升学生的图形处理能力，以期给工作在一线的教师提供一定的参考。
关键词：高中物理，力学，实验教学，数字化实验，
在现行的物理教材中，有许多地方可以在物理实验中引入传感器作为实验设备。数字实验系统的引入对高中新课程的教学改革也起到了积极的推动作用，这是因为力学是整个物理系统的基础，是学生学习物理的入门课程。所以在优化和改进力学教学是中学物理教学改革的一项重要任务。DIS数字实验在高中物理领域的应用策略课题组进行了深入的研究和探讨，简要介绍了数字实验系统在高中力学教学中的应用。
一、运用DIS实验系统，使力学实验能够数字化进行
dis实验是数字信息系统实验的简称，包括微机、传感器、数据采集器和软件。数据采集器与计算机串行通信，可同时连接电、微电流、电压、温度、声波、位移、功率、磁性四种传感器。光电门等器件的精确动态捕获可以实现数字显示和计算机分析。
在传统的力学试验中，测力仪通常用于测量。测力机价格便宜、直观、适用范围广，但缺点明显：只适用于静态测量，不适用于动态测量；可以测量电压，但不能测量压力；支持“点测量”，但不支持线性测量，缺乏过程监控能力；此外，试验台的精度和读数也限制了实验的应用。
GQY-e ab力传感器如图1所示：
.png)
图1GQY-eab力传感器
如图所示，以工业应变片测量尺寸为中心，将应变片测量装置小变形产生的电位差转换成数字信号，得到测量结果。通过对位移数据的实时测量，填补了传统力学实验的空白。根据超声波原理，可以实时测量运动物体的运动数据，绘制运动时间图，本手册专用软件还具有“速度-时间”和“加速度-时间”转换功能。解决了与位移有关的各种物理量的测量和分析问题。光电门的机械实验精度可以达到毫秒级，已经属于“高新技术”，但光电门测量的数据在计算分析前必须手工记录、存储和导入。影响实验效率的因素。
GQY EAB光电门传感器的优点是，它具有测量、显示和记录的集成功能，即在关灯后立即将实验数据显示在软件的计算表中，便于计算和分析。嵌入式计算表编译器可以引入复杂的公式参与计算，支持数据导出到Excel Metlab等软件中。
二、动态过程形象展示，提升学生概念、规律的掌握能力
在初中阶段，学生们学习了滑动摩擦力的概念，并进行了滑动摩擦力实验。滑动驱动与接触面的法向压力和粗糙度有关，可采用控制变量法解决，实验中，学生用弹簧秤在工作台上水平画物体。绘图时弹簧秤的显示由大变小，时间很短，记录数据不准确，即很困难，如何解决这一问题是“学生研究活动”顺利开展的动力。
针对这一问题，通过不同的教材可以给出两种解决方法：一种是对弹簧轨迹的指针进行变换，利用弹簧夹的最终位置，使其随弹簧夹的移动来表示最大静摩擦力的显示；二是利用数字实验室平台和机械传感器采集实时数据。
在如何改进仪器、提高实验精度、为学生的探究活动提供实验设备等方面，研究小组成员多次尝试，通过应用固定物体块，然后将小车拉到动物块下面，来改进“弹簧秤拉物体块”的实验操作。也就是说，通过研究物体块和小车之间的最大静摩擦力。选择机械传感器和局域网作为教学资源，为了便于学生了解影响最大静摩擦力的因素，研究小组准备了不同粗糙度的界面，如板、白纸和毛巾为接触面，并制备了改变物体在车面压力的钩针代码，如图2所示。
.png)
在使用CQY-ELAB传感器教授牛顿第三定律的过程中，也可以获得令人满意的结果。在实验中，教师双手拿着一个力传感器，朝相反的方向拉动。结果表明，两条线基本重合，表明两个力相等，将其中一个传感器的线设置为“镜像显示”并重复实验后，可以得到两条以时间轴为中心的上下对称图线。保持“后视镜显示”，让两个传感器轻轻地相互挤压，得到的两条图线仍然是上下对称的，以时间轴为中心，从而清楚地显示了牛顿第三定律。
根据教学调查，自gqy-elab传感器应用于实验教学以来，牛顿第三定律实验已被公认为学生最感兴趣的实验，这意味着随着实验技术和实验手段的进步，学生不仅可以“看”到。物理现象有助于他们总结物理规律，也有助于激发学生对物理的兴趣，这是决定学生能否走上科学探究之路的关键因素。
三、尝试物理模型的图线化，提升学生的图形能力
图形线能清晰直观地反映事物的发展变化规律，在物理教科书中，画线的方法在运动物体的运动规律中广泛传播，如牛顿定律的描述，受传统实验方法和手段的局限，教师和学生在实验中获取图形和线条比较困难和费时。结果，教师在物理教学中忽视了图形和线条的运用，即图形和线条作为认知工具的强大功能没有得到充分发挥。随着GQY elab的研发，goy clab软件的图形和线条功能得到进一步加强，使操作更简单，显示更及时，补充了基于图形和直线的进一步分析和研究的功能。研究匀速直线运动规律的实验是GQY-clab图线分析和图线建模功能应用的一个实例。
其实验装置如图3所示：
.png)
图3 实验装置图
实验器材：CQY数据采集器，位移传感器（一个），轨道，小车，砝码（三个）。
如图放置实验装置，将位移传感器接收端与1394数据线GOY数据采集器2号接口连接，将接收端固定在台车上；然后用USB线将GQY数据采集器的USB接口连接到计算机的USB接口，并将GOY数据采集器的电源连接起来；然后打开GOY数据采集器，注意位移传感器收发窗口基本对齐；松开小车，沿导轨拖动小车，得到实验曲线，然后改变牵引力，得到位移变化曲线（同时，通过多次采集，得到多台车运动的实时换挡曲线和加速度变化曲线）。在进行实验之前，教师首先要引导学生在猜想的基础上总结出在一定运动状态下生成的曲线的基本特征；然后进行实验，从得到的直线上得到某一段直线的运动状态，既符合学生的认知规律，又符合互动教学。这也鼓励了学生运用物理思维方式来阅读图形和建立模型，说明GY-ELAB在上述教学过程中发挥了不可或缺的作用。
数字实验在教学中的应用越来越广泛，各个学校也增加了数字实验仪器的引进。数字实验在实际应用过程中仍存在一些问题。我们对此进行了研究，并找到了一些将数字实验应用于物理教学的方法和策略，但这并不意味着我们必须放弃传统的实验。每一个实验都采用数值实验作为一种新的实验方法，数值实验与传统实验并不完全相反。传统实验的基本技能和所传递的实验思想必须通过数字实验来学习。
参考文献：
[1]王刚.数字化实验在高中物理力学教学中的应用策略[J].教育实践与研究(B),2020(01):57-62.
[2]方丽.数字化探究实验室在高中物理学科实验教学中的应用研究[J].当代教育实践与教学研究,2019(08):18-19.
[3]韩叙虹.数字化传感器实验系统在高中物理进阶教学中的应用——以“法拉第电磁感应定律”的教学为例[J].物理教学,2018,40(03):32-34+41.