数字化学习环境助力物理学科DIS实验课程的创新与优势

1.实现实验手段的数字化，推动个性化学习建立

由于传统实验手段的局限性，课堂只能进行理论分析，而不能建立实际的实验操作，数字化实验将这些操作转化为可能，为学生进行个性化学习创造了可能。例如，质量为m 的汽车在拱形桥上以速度v 前进。若桥面的圆弧半径为R，则汽车通过桥最高点时对桥的压力是多少？如通过同样半径的凹形桥面时则压力变为多少？这种题通过受力分析能够得出汽车过桥面压力，但不能直接用数值来加以显示。而DIS 力传感器实验系统具有强大的动态作图功能，它能以图像的表达方式呈现相关物理量的动态变化，让学生感受真实的实验结果，帮助学生实现概念的转变。用小球替代汽车，在下滑最高点与最低点分别安装力传感器。用手拿住小球在适当位置放手，分别记录下小球通过最高点与最低点时力的数值，测出小球在上升（或下降）两个拐点中与力传感器相连的力的大小随时间的变化关系。再将此段与小球总重量比较，得出小球最高点力值小于上述总重量，而最低点力值大于上述总重量。通过实验，学生能够从数值上感受此结论，从而加深对问题的理解。

2.突破局限，弥补不足，推广个性化学习

传统实验的测量局限，对某些知识只能在转化后进行实验，数字化实验建立之后，可以将每一个演示实验原汁原味地让学生在个性化学习中进行操作。在“电磁学”一章中，要求学生建立“电 磁”关系模型，并理解磁现象的电本质。此章的实验对测量仪器要求很高，首先要有能测微安级电流的电流计，还需要测量磁场的磁感应强度。而传统的实验仪器在这方面恰恰存在欠缺。例如，导体切割磁力线产生感应电流实验中，最理想的实验方案是使用单根导线。因为单根导线结构简单，最符合教材中对导体切割磁力线感生电流的描述，学生不存在认知困难。但由于传统实验中测微小电流信号的灵敏电流计只能达到毫安级，再加上单根导线切割磁力线的感应电动势很小，得到的感应电流相当微弱，导致灵敏电流计指针偏转很不明显。在教学实践中往往采取增加磁感应强度，增加导线在磁场中有效长度的方法，或直接使用微电流放大电路。采取这些措施虽然取得一定效果，但由于对器材提出了较高要求，实验准备复杂，加重了教师负担。教师往往退而求其次，使用多匝线圈代替单根导线，使学生在认知过程中增加了负担。DIS 微电流传感器将实验精度由灵敏电流计的毫安级提升到了微安级。

3.开发数字化实验移动平台，为个性化学习提供更多时间(www.xing528.com)

移动端平台可以使教研活动变得更及时、方便、快捷。信息的传达，如问卷调查、任务布置、教学研讨，已从传统的实验室模式转到网络数字化实验模式，开发移动平台，通过微信模式随时随地进行实验。实验过程进行通信交流，学习者之间相互沟通，即时通信交流。移动平台建立也必将促进数字化实验渗透到教学的各个环节。我们开发了基于移动平台的数字化实验室。开发、开放数字化实验室，为学生获取物理科学知识开设窗口。通过这个窗口，学生主动去吸收更多的新物理知识，是对物理学科教学的重要扩展，培养学生因为热爱物理，所以追求物理的情感。

4.虚拟实验使用为个性化学习提供更多空间

虚拟实验室是一种基于Web 技术、虚拟仿真技术构建的开放式虚拟实验教学系统，是现有物理实验室的数字化和虚拟化。在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可以自主设计实验，有利于培养学生的操作能力、设计能力和创新意识。虚拟实验室的诞生为物理实验教学注入了新的活力，可为中学物理实验教学解决诸多实际问题。

借助虚拟实验室，理想实验或受条件限制实验得以成功模拟完成。中学物理教学中有些是“理想实验”，即想象中的实验，它是以实践为基础，推理过程是以事实为依据，但它的结果学生在现实中永远观察不到。如利用虚拟仪器做实验，可以自行设置各种参数，以控制其达到理想的效果。例如伽利略理想斜面实验，在假设没有摩擦力存在的前提下，钢球到达水平面会永远运动下去，“没有摩擦”实际上是无法实现的，在虚拟实验中则可以实现，那么钢球永远运动下去就可以表现出来。还有一些物理实验由于实验条件不易控制，或存在其他干扰因素，其物理现象不易被观察，这也可以利用虚拟动画把实验现象尽可能清楚地表现出来。例如，关于机械波的几个实验，实验条件极难控制，且实验现象不够明显。利用软件制作机械波形成、机械波的干涉和衍射，解决了中学阶段有些实验无法完成这一弊端，如微观粒子的运动、原子物理中的核反应等。还有一些危险性比较大的实验，如电学中一些电压或电流较大的实验，能量中涉及的反冲爆炸等实验。用虚拟实验逼真地显示出来，有效解决了常规实验条件下难以解决的困难和问题，打破了传统物理实验教学模式，突破了时间与空间的限制，丰富了教学方法和手段，同时也能激发学生探索欲望，培养学生创新精神和实践能力。