基于多媒体的物理自制教具活动和DIS实验的实践探索

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1、基于多媒体的物理自制教具活动和基于多媒体的物理自制教具活动和 DISDIS 实验的实践探索实验的实践探索内容摘要：内容摘要：本文首先介绍了师生在新课改理念下的自制教具活动的积极开展， 通过部分自制教具操作的视频截图，介绍了自制教具与多媒体视频技术的结合 应用，例举了多媒体技术应用于自制教具作品的演示操作视频的部分精彩片段； 而后简单介绍了 DIS 实验技术和两个初中物理 DIS 实验的实践案例。 关键词：关键词：自制教具；多媒体；视频 ；DIS 技术；实验一、新课改理念下的物理自制教具活动一、新课改理念下的物理自制教具活动清华大学已故的老校长蒋南翔曾经说过：“教材、教师、教具是教育的三大基石。

2、 ” 在 2001 年颁布的义务教育物理课程标准（实验稿） 和 2003 年颁布的普通高中物理课 程标准中,都提出了“课程资源的开发”的理念，明确要求积极开发各种实验室和生活中 的物理课程资源，促进物理教学。可见，课程资源是新课程改革深入的坚实后盾，没有丰 富的物理课程资源，物理新课程改革也只能是一个美好的愿景，是一个空中楼阁。这样就 要求教师要从课本的被动使用者和课程的执行者，转化为开发利用课程资源满足教学需要 的设计型和研究性教师。而对于物理学科而言，实验仪器资源是最重要的课程资源。基于 此来审视我们的物理实验教学，现在的实验室配备已经发生了翻天覆地的变化，条件得到 极大改善，尤其本市义务

3、教育现代化建设达标工程的推动，各校的仪器设备已经很完善， 这样就造成有些老师过分依赖厂家生产的成品仪器，实际上并不是每件成品仪器都能充分 满足教学的需要，有些内容、环节和知识点则需要更吻合、实用、合适的自制教具来进行 教学。自制教具是开发物理实验资源的重要途径和抓手，它是教师立足于本校学生的基础， 借助常见的的生活用品和废弃物进行废物利用、重新加工，做成的突破教学重难点的弥足珍贵的实验资源1。伟大的物理学家麦克斯韦说过：“实验的教育价值与仪器的复杂性成 反比，学生自制的仪器，虽然经常出毛病，但却比用仔细调试好的仪器能学到更多的东西。 ”我国苏州大学已故的物理教育家朱正元教授在 70 年代时就提

4、出“瓶瓶罐罐当仪器，拼拼 凑凑做实验”的名言。因此说，在师生自制教具这个过程中，既锻炼了师生的动手技能， 又拓展了创新思维，同时激发了学生们对物理的浓厚兴趣，实现了教学的开放性和学生学 习的自主性，是非常必要的。 基于以上的认识，我校物理组开展了师生合作，生生合作，师师交流合作等各种模式 的的自制教具活动，目前已经制作了涉及初高中各年级教学使用的近 40 件物理教具，既有 用于演示实验的教具，也有用于分组实验的教具，例如初中的自制教具“土电话”和高中 的自制教具“功和速度变化关系” ，都是各制作了 20 个用来分组实验。这些教具生动、直 观、演示效果明显，取得了较好的教学效果。既培养训练了学生

5、的动手实践能力、科学素 养，也使得教师们在其中经 历了一次别具特色的教学科研活动，锤炼了自身的专业能力，更加深了对物理原理的再认 识和再理解，也使师生对物理学科的热爱得到升华。二、自制教具与多媒体技术的结合探索二、自制教具与多媒体技术的结合探索在已有的制作好的投入使用的自制教具作品的基础上，我们也一直在思考，如何能让 这些自制教具作品在教学中的生命力更加旺盛，对物理教学的作用更突出？如何将它们的 教学效益进一步发挥？如何更加凸显它们的闪光点呢？我们想到了多媒体技术，多媒体技术对物理实验教学的支持是十分明显的，二者的结合能使教学效果得到优化，它能呈现多 种形式的教学信息，具有灵活的交互性，对物理

6、教学的促进作用是明显的。再结合我校实 际情况，老师们取得了共识将自制教具与现代多媒体技术结合，录制自制教具演示操 作视频录像。 实验视频一般都是以教师或学生在真实的实验环境中进行实验拍摄下的视频录像作为素 材，后期制作中再加入音频进行配音讲解。国内的实验视频一般采用 MPG 或 AVI 格式， 国外的实验视频文件多采用 MOV 格式，且需要下载 QuickTime 播放器来播放2。我校物理组老师们选取 20 余件自制教具作品利用学校的电教多媒体设备录制了演示视 频，以 MPG 视频文件形式保存，并刻录成光盘存档保存。摄录流程如图 1 所示 自制教具工 作前期准备研发自制教具录制自制教 具演示视

7、频图 1 自制教具摄录流程 以下表 1 为我校录制的自制教具演示操作视频录像统计视频名称呈现形式容量奥斯特实验自制教具操作演示MPG 视频文件160MB 动能与弹性势能转化自制教具操作演示MPG 视频文件86.2MB 家庭电路组成自制教具操作演示MPG 视频文件277MB 简易感应圈自制教具操作演示MPG 视频文件164MB 声控、光控开关演示板自制教具操作演示MPG 视频文件287MB 光能发电自制教具操作演示MPG 视频文件197MB 电功率初步认识自制教具操作演示MPG 视频文件180MB 表 1 部分自制教具演示操作视频录像统计 这样一来，一件作品既能通过教师动手演示操作，也能通过演示

8、视频观看具体演示操作步 骤，演示操作过程能放大、演示能重复播放、演示快慢速度可调，关键的实验现象可以通 过暂停键来讲解说明，实验的可视度和可控性得以明显加强。三、自制教具作品演示操作视频录像举例三、自制教具作品演示操作视频录像举例下面以 4 件自制教具作品奥斯特实验演示器 、 家庭电路组成示教板 、 家庭电路常用 元件示教板和声控、光控开关演示板录制好的演示视频中的部分截图为例。 截图方法： 1.在暴风影音播放器中播放 2.按暂停键 3.按 F5 键 4.电脑自动将截图片存到 D 盘 （一）奥斯特实验演示器（一）奥斯特实验演示器视频截图：讲解作品使用材料 视频截图：通电后，小磁针发生偏 转 （

9、二）家庭电路组成示教板（二）家庭电路组成示教板视频截图：演示家庭电路组成 视频截图：观察两盏灯亮时电能表转（三）声控、光控开关演示板（三）声控、光控开关演示板视频截图：光控开关工作，灯泡亮 视频截图：声控开关工作，灯泡亮四、四、DISDIS 技术与物理实验整合探索技术与物理实验整合探索DIS（Digital Information System）实验是数字化信息系统实验的简称。DISLab 系统是传感 技术、计算机技术与真实实验的结合。作为传感器的数字化实验系统，DIS 与传统物理实 验教学仪器的最大区别就是把仪表盘、数码盘、示波器、坐标系和表格等都集成到计算机 屏幕上，因此，软件已经成为实验

10、教学过程中重要的人机交互窗口。它有利于使学生了解 现代实验技术的思想方法；有利于解决教学中的难点实验；有利于提供更多的探究实验课 题；有利于学生进行某些探究实验设计和探究技能的训练。但并不是这类实验越多越好， 一定要把握好度，关键是要选择有利于发挥数字化实验系统优势的实验和设计适当的教学 过程和方法。它的流程图 2 所示图 2 数字化实验系统教学过程流程图 我校使用的软件是山东远大网络多媒体有限公司的“朗威微机辅助高级中学物理实验系统” ，传感器数据采集器实验装置计算机该软件系统（朗威数字化信息实验系统）提供了两种软件系统，通用软件系统和专用软件 系统。专用软件系统是事先根据实验需要而设计好的

11、软件程序，包括一些常规的实验，如 比热容测量、力的相互作用、小灯泡 U-I 曲线描绘等。实验过程中，只需要根据实验要求， 连接好相应的传感器，点击运行按钮就可以顺利研究了，不需要学生进行多余的操作。这 种方式过程简单，操作方便，有利于提高实验的效率，但也有不足，如内容呆板，对学生 思维的限制较大，学生想探究的许多内容都无法实现，可以说这是一种半开放式的学习。 通用软件系统是最基本的操作界面，只有最初的数据显示，没有任何的处理和限定，学生 可以根据实验的目的，结合系统的功能，进行自由的实验设计，对得到数据可以根据自己 的思考、猜想，进行深入的分析、思考和处理。这种方式操作上相对麻烦一些，需要的时

12、 间和技能更多一些，但它给了学生更多的探究空间，使学生的思维得到更好地拓展和延伸， 可以说这是一种开放式的学习。传统的实验数据都需要学生自己来处理，虽然可以提高学 生的运算能力，但耗费大量时间，使学生没有更多时间来对结果作进一步的分析和运算， 而后面的学习环节往往又是学生分析综合能力得以提升的大好时机。所以，借助 DIS 实 验，缩短数据的处理时间，是非常有必要的。DIS 实验系统提供了数据表格功能，它能够 及时录入数据，并且根据事先编写好的公式，及时地输出运算结果，数据的处理和分析更 快捷。收集和处理好数据后，DIS 系统可以迅速地绘制各类图像，让学生通过图像观察物 理量之间的关系，图像的显

13、示和转化更方便。能够更加清晰、明确地展示现象，揭示规律。 不但提高课堂教学的效率，还促进了学生认知能力的培养。随着实验手段显著进步，实验 效率也获得了大幅度提高。下面简单举例 案例一：八年级下册第七章欧姆定律第三节测量小灯泡的电阻探究实验 实验连接的电路图如下计算机上显示的电流、电压数值案例二：九年级全一册第十二章运动和力第四节力的相互作用 计算机屏幕上红线和蓝线显示的是两个力之间的相互作用，由屏幕可以明显看出，作用力 与反作用力在数值上是相等的，在方向上是相反的。案例三：用 DIS 技术验证三个共点力合成为零 1.资源器材:DIS 实验设备（计算机、数据采集器、力传感器、刻度圆盘等） 、多媒

14、体设备、 数据处理程序 2.组装操作：将带有角刻度的圆盘固定在铁架台上，两个力传感器互成角度通过细线绳悬 挂钩码，读出力传感器的读数及力的方向，在软件处理程序中输入数据，作出力的图示及 其合成图，比较力的方向和大小。 详细师生活动过程见表 2学生活动教师活动（1）观察学习，操作计算机记录力传感器 测得的力的大小和刻度盘测得的力的方向。（1）向学生们演示所用的软件显示力的图 示。（2）观察实验现象，进一步测得实验结论。 （2）操作实验，不断改变拉力的方向（3）读出力传感器测得的力的大小和线绳 显示的力的方向。（3）将力传感器测得的力的大小和线绳显 示的力的方向的数据，输入力的图示、力的 合成软件

15、。表 2 用 DIS 技术验证三个共点力合成为零的师生活动过程五、实践反思五、实践反思第一，尽管我们对自制教具作品和多媒体技术结合的探索还是刚刚开始，但是通过实践， 我们发现自制教具的实验视频带给学生的强烈的真实感，真实的感染力和表现力，能使学 生注意力稳定持久，增强了对知识点记忆的牢固性，对一些关键的实验现象能够详细体现， 对提升物理实验教学水平，从而进一步提高物理教学质量都起到良好推动和促进作用。它 的种种优势让我们尝到了甜头，使我们坚定了进一步尝试下去的信心。 第二，通过 DIS 实验技术与物理实验的整合的实践探索发现，它对提高学生物理学习的兴 趣，激发学生热爱科学和探索求知的欲望起到极大推动作用。在今后的教学实践中，我们 还要开发一些新案例，总结经验，使 DIS 技术与物理实验整合后能切实提高物理实验教学 效果。参考文献 1刘济昌.教具理论研究导论M.北京：教育科学出版社，2011. 2王后雄，尹文静.中外理科实验教学网站信息呈现方式及教学功能述评J.教学仪器与实验，2009， （3）：13-14.