高中物理教学论文 TI技术与物理探索活动(00002)

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1、1TITI 技术与物理探索活动技术与物理探索活动内容提要：物理教育要想面向现代化，必须要有新技术的辅助。TI 技术由于其强大的功能、 较强的适用性和易于操作，为我们教师和学生提供了进行物理研究和探索的可能性。 关键词：新技术，TI 技术，探索，研究， 图形计算器(Graphing Calculator)一、问题的提出 我们正面临着一个知识经济的时代，一个经济全球化的时代，一个人类遗传密码基因即将 解码的时代，在这些过程中新技术起着关键的作用。我们的教育正是在这样一个大背景之 下，面临着新的机遇和挑战，作为一个教育工作者，要思考的问题很多。而身为物理教育 工作者，更应努力面对新技术给我们带来的问

2、题和思考。 在新技术的影响下，我们更有理由反思传统意义下的物理，尤其是学校物理课程的内容， 反思我们在实施教育过程中，传达给学生或指导给学生什么样的物理取向。在新的课程标 准中，物理课程是要让学生学习初步的物理知识与技能，经历基本的科学探索过程，受到 科学态度和科学精神的熏陶；它是以提高全体学生的科学素质、促进学生的全面发展为目 标的自然学科基础课程。在新课程标准中，让学生经历科学探究的过程，学习科学研究方 法培养学生的勃勃精神、实践能力以及创新意识。改革以书本为主、实验为辅的教学模式， 提倡多样化的教学方法，鼓励将信息技术、各种新技术渗透于物理教学之中。 那么，如何来培养学生的创新精神和实践

3、能力？必须采用一系列的措施，包括改革课程设 置，改革学习方式，改革教学技术等。其中学生的学习方式是非常重要的，使学生既会接 受性学习，又会研究性学习。研究性学习是指学生会发现问题，自己发现问题，自己确定 研究课题并进行研究的学习方式。研究性学习可以在传统的学习中培养，也可以在现代的 研究型课程中培养。 为了开设好研究型课程，为了培养学生掌握研究性学习的方式，不仅要有研究方法的指导， 不要有现代技术的支持。因为新技术在人们认识世界的进程中，进一步拓展了我们识别事 物所用的“五官“它们是我们通常意义上认识事物的最直接的手段。我们无不认识到，每 一次技术的创新都会使我们更接近理解世界和事物本质。正是

4、借助于新技术，我们才有可 能去完成科学的新的探索。因为利用新技术，我们老师和学生会在不断的物理探索过程之 中，“看到“以往只能想象的物理，“做“以往不可能做的物理。在此探索进程之中，不同的 个体会产生不同的想法，甚至可能是“错误“观点，但是这些是他们真实而具体地观点。 二、TI 技术简介 美国德州仪器（TI）公司获得国际教育界公认的产品之一是以图形计算器为核心的手持式 教学工具。这种手持式教学仪器工具包括“TI 图形计算器” 、 “以计算器为基础的实验室 （CBL 系统） ” 、各种传感器（俗称探头）等。使用这种手持式教学工具的技术就称 TI 技术。 图形计算器具备涉及中等数学、微积分、数理统

5、计的几乎所有计算功能，以及函数作图、 几何作图（包括 3D 作图） 。加上其它软件，如 CBL 与物理实验、CBL 与化学实验等等，还 可使用获得其它功能，功能却能与一台计算机相媲美。利用这套 TI 工具和 TI 技术，可以 方便而迅速地收集真实世界中或实验室中的各类物理、化学、生物、环境等各种数据，如 位移、速度、温度、声音、光、电、力、pH 值等，并能方便而迅速地传输给图形计算器， 进行形象直观的数学分析处理，得出实验的结论。TI 工具携带方便，可以带到实验现场； TI 收信处理数据迅速，可以当场进行分析处理，验证不同的假设或结论；在资源共享与交 换方面，图形计算器之间、图形计算器与计算机

6、之间都可以进行数据、图象和程序等的传2输；图形计算器使用稳定，不易死机，具备 Flash 功能的计算器还可以从互联网上下载最 新研制的软件，可对计算器进行软件升级。总之，TI 技术已使计算器从简单的数值计算提 升到函数图形处理、实验数据采集处理、信息资源共享的高度，使实验省时省力，实验现 象和结果更形象直观，使教学更具有研究性、更联系实际。它携带方便，在教室中与专用 液晶屏合用，利用普通投影仪就可进行全班演示。 三、新技术与物理探索活动 TI 系列设备为我们的随时的物理学习和探索活动提供了可能。这种“Possibility”对于 科学探索是不可或缺的。不同使用者对 TI 技术的第二次开发,这里

7、包括教师和学生，他们 的探索和开发的结果会有很大差异，这种差异的存在将决定他们的物理观的不同。但他们 却有了自己的物理观，这比什么都重要。 我们利用 TI 技术在物理和科学学习过程中的探索中，不能盼望我们的学生在此过程中有 “重大”发现或发明（一是因为图形计算器的功能上的限制，二是因为它们毕竟是“学生” ） 。但是只要我们能够引导学生不断地探索，不断地提出问题，以小见大，我们就会看到希 望，看到未来。 通过我校将 TI 技术在物理探索活动中的实施与研究表明，TI 技术能够帮助我们解决传统 教学中一些不能或不易解决的问题。 1、使用 TI 技术能够突出物理教学的“个别化” ，有利于学生主体参与。

8、 物理学科的特点要求学习者在物理学习中必须进行充分、积极、主动的思维活动，物理学 习离开了学生的积极参与是必然失败的。物理课能否适应学生的需要，能否使学生在课堂 上自始至终地参与活动呢？使用 TI 技术，学生可以根据实验目的，随时、及时采集需要的 数据，快速地完成实验。这可以为学生提供了大量的观察材料，这就给学生的自主学习提 供了足够的物质基础。 例如，钟摆、吊灯运动时，具有等时性，那么它在运动时，位置的变化和速度的变化有何 特点？摆动的周期又与哪些因素有关？学生利用 TI 图形计算机与 CBR、单摆装置来进行了 研究。首先将 CBR 与 TI-92Plus 连接（图一） ，图一图二 在 TI

9、-92Plus 的 HOME 窗口上启动“physics()” （图二） ，在程序中设置探测器类型为 “MOTION” （图三） ，设置好采样时间间隔和采样数，并让单摆运动起来，即可开始测量数 据。实验数据保存在计算器上，可以选择“DISDANCE” 、 “VELOCITY” （图四）查看位移随和速度随时间变化的图象以及和拟合图象的对比（图五、图六） 。3图三 图四图五 图六 实践表明使用 TI 技术作为传统教学的补充，可以极大的调动学生的参与。 2、利用 TI 技术便于突出教学重点，让学生建立起准确的物理概念。 TI 技术进入课堂，可以使抽象的概念具体化、形象化。尤其是图形计算器能象电脑一样

10、地 对物体过程进行动态演示，利用这一特点可处理好许多其他教学方法难以处理的问题，并 能有效的刺激学生大脑皮层的兴奋，从而增强他们的直观印象（实践证明，人的大脑对动 态画面的印象要远远超过对静止画面的印象）这就为教师突出教学重点，给学生建立准确 的物理概念，提高课堂效率和教学效果提供了一种独特的教学手段。 例如，在光学的教学中，光的反射、折射定律是初中教学的重点。我们可以将反射、折射 内容用图形计算器中的几何图形直接反映出来，根据图形的特点，学习反射定律、折射定 律，这样可使学生借助直观图形有更感性的认识。 图七 图八 图七可以用来学习反射光线、折射光线、法线、入射角、反射角等概念。然后使用动态

11、效 果，可显示总结反射定律的内容。光线由空气向玻璃中射入时，在界面上发生折射现象。 图八可以用来学习折射概念和折射定律。 3、使用图形计算器可帮助教师突破教学难点。 教学难点的形成来自两个方面，一是对学生而言，教学内容显得艰难，二是教学手段不得 力，防碍学生接受。突破难点的有效方法是变革教学手段，而这正是 TI 技术辅助教学的着 眼点。 例如，在学习了光的照度知识后，由于没有照度计做实验，学生难以较好地认识。我扩展 了光强的知识，并指出光的强度在不同的地方是不一样的。同照度类似，光强与距光源的4距离有一定的关系，有什么样的关系呢？我将 TI-92Plus、CBL 系统、光探测器按图九所示 的方

12、法装配好，启动“Physics()”程序，设置探测器类型为“LIGHT” ，设置好采样时间间 隔和采样数目，快速地做测量了教室里各处的光强，并且就利用讲台上日光灯研究了光强 与随距离变化的关系，并且得出了它的图象（图十） 。 图九图十 一节课下来，学生欢呼雀跃，表现出了对新技术的浓厚兴趣，并且对光强知识有了较为深 刻的理解。 又如，学习摩擦力是一个难点，尤其是静摩擦力，由于它随所施加力的变化而改变的，而 用弹簧秤进行测量有一定的困难，要测量最大静摩擦力就更困难了。我们可以 TI-92Plus 和 CBL 系统以及配套的力传感器测两物体间的静摩擦力则显得较为方便。并此可以进一步 研究最大静摩擦力

13、与哪些因素有关。 4、利用 TI 技术进一步研究性自主学习。 如，在讲了光从空气进入玻璃表面上时，同时发生光的反射和折射，有学生提问：“光有 一定的强度，一束光被分成两束光，光的强度应该减弱吧？”我给学生的回答是让他们自 己做实验，学生掌握了实验方法后，自己很快地完成了实验，得出了实验结论。他们又进 一步思考，当光的入射角度发生变化时，反射光和折射光的强度如何变化。由此，学 生进行了一系列的自主研究学习，用自己的思维方式去认识物理和学习物理，这让他们很 兴奋、很骄傲，对物理更有兴趣，因为他们可以自己学习和研究。 另外，利用 TI 技术测量数据，高效、方便，CBL 的采样精度极高，远远胜过传统的

14、测量仪 器。例如，传统的温度计是利用液体的热胀冷缩原理制成的，在使用时候要与被测物体充 分接触，并且等到示数稳定后，才可读数。而利用热传感器来做实验，可随时采样，采样 时间间隔可达到 0.01 秒，在常温下采样精度可达到 0.2。并且，在研究物体温度变化较 快的实验中，传统的温度计就难以胜任。利用 TI 技术可以使我们准确而快速地做完实验。 TI-92Plus 图形计算器与 CBL 系统配上各种专用传感器，可以完成很多实验，可以进行更 多更深入地研究和探索。CBL 配套传感器还有电压传感器，可以测量10V 范围内的电压值， 可用来研究光强与电压的关系等与电压有关的问题；温度传感器使用热敏电阻测

15、量温度， 利用它可用来研究与温度有关的很多问题，如物质的熔化凝固图象、不同材料的保温性能、 什么温度下煮鸡蛋最合适、光照与温度的关系等等；而利用压强传感器可以测量液体气体 内的压强，更直观方便地显示出它们的大小，可以很好地解决学生对液体压强、气体压强 特点和规律不易理解的地方，如液体内部压强只与深度有关，而与液体的多少无关，气体 压强与气体的体积的关系等；霍尔传感器可以解决物理实验室不能测量磁感应强度的问题； 力传感器的精度可以达到 0.01N，远胜过传统的弹簧测力计，可以进行更精确的研究；专 用的加速度传感器测量范围达到正负 5 个重力加速度（5g 或49m/s2） ，精度为二十分 之一个重

16、力加速度（0.05g 或0.5m/s2） 。 总之，利用 TI 技术可以完成很多实验，为我们进行探索和研究提供了条件。5四、小结 物理教育要想全面推广现代化的教育理论，没有现代化的科技手段作为辅助是不可能成功 的。传统的教学手段主要缺陷是信息功能弱，如信息通道窄，信息反馈不及时，信息存储 量小，难以实现信息的时实处理等。变革教学手段的目的是为了扩展其信息功能，TI 技术 为我们提供了一个有效的便于推广的解决方案。我们相信 TI 技术在我们物理教育教学中必 然具有光明的前景，必将引起深该的变革。 我校利用 TI 技术辅助教学和进行研究性实验，也在初步阶段，谨以此文抛砖引玉，希望有 更多的物理教师投入到利用 TI 技术辅助教学和进行研究性实验的研究和探索中，也希望有 更多有经验的教师能将您宝贵的经验和建议通过 E-mail 和我们交流。