GQY数字实验平台在物理探究课中的应用

以培养学生实践能力,充分发挥学生主动性为目标的中学物理探究教学中,物理实验有着举足轻重的地位.而GQY数字实验平台在传统的实验基础上,应用传感器采集数据,迅速、精确取得实验数据,记录数据的变化趋势,从而使学生更加直观,更加专注地分析物理规律本身.

物理探究课GQY数字实验平台控制变量法电阻率定律

【中图分类号】G633.7文献标识码：B文章编号：1673-8005（2013）02-0282-02

1前言

物理是一门以实验为基础的学科,所有的物理知识,包括物理概念、定律和理论,都是在实验的基础上建立起来的.物理实验作为一种理论联系实际的实践活动,它使学生处于教学的主体地位,灵活的运用知识并促成知识迁移；它通过生动的形象作用于学生,能激发学生的学习兴趣,形成良好的学习动机,加强了学生动手实践能力.

新课程理念主张,以学生发展为本,以物理学知识体系为载体,以学生创新精神和实践能力的培养为重点,以提高学生的科学素质为目标,逐步培养学生的学习能力和研究能力,最终达到全面提高素质,发展个性,形成特长的目的.

在这样的背景下,物理探究课将物理实验融入课堂教学中,它强调以学生为中心,由学生根据事件表象提出问题和猜想,然后自己设计实验进行操作,最终获得结论,印证物理规律.然而,传统的物理实验过程中,由于实验仪器的限制,得到的数据往往误差很大,与要印证的物理规律相差甚远,缺乏信服力；或是处理数据过程繁冗复杂,不但使课堂时间大大流逝,影响了教学进度,还容易使学生的注意力转移到实验本身,忽视了实验结果的分析.

随着社会科技水平的提高与社会对教育教学手段的重视,GQY数字实验平台不但克服了传统实验仪器和实验方式的弊端,又真正实现了信息技术与常规教学、探究性实验的完美结合.下面就谈谈GQY数字实验平台在高二物理《电阻定律、电阻率》探究课中的应用.

2探究实验设计

探究课上,在老师的引导下,学生猜想影响电阻大小的因素有电阻丝的长度,横截面积与其材料有关.为了定量的得到电阻与这三个物理量之间的关系,根据控制变量法,得到以下实验设计：

1、在材料和横截面积相同的条件下,改变电阻丝的长度,并测量其电阻,寻找长度与电阻大小的关系.

2.在材料和长度相同的条件下,改变横截面积,并测量其电阻,寻找横截面积与电阻大小的关系.

3.在横截面积和长度相同的条件下,改变材料,寻找电阻大小与材料的关系.

从以上实验设计可以看出,该探究实验步骤繁多,处理数据复杂,在课堂有限的时间内很难达到全体学生在实践中逐步体会电阻定律的规律性.

3GQY数字实验平台的应用

GQY数字实验平台为此提供了直观的实验模板,采用电流、电压传感器采集数据（如3.1）,并同时记录单点数据,连点画图,直接体现了各个步骤中的两个物理量的关系.

图3.2（a）（b）是实验设计步骤一的模板,长度的数值是由学生根据自己连接到电路中电阻丝的长度自由输入的,而电阻的数值是由电脑接收到的数据,系统后台根据R等于UI实时计算出来的,同时确切的长度对应的电阻值也会在下方的坐标中描绘出来,进行逐点连线,快速清晰的将在材料和横截面积相同的条件下,电阻值大小与长度的关系直观的标出来.图表中,电阻值为纵坐标,长度为横坐标,由记录的图像可以看出,电阻的大小与长度成正比.

（a）（b）为试验设计步骤二的模板,实验中,学生在没有横截面积成倍关系的电阻丝的条件下,创造性的将相同材料、相同长度的多根电阻丝并联,因此,该模板自由输入量为单根电阻丝横截面积的倍数,而电阻值仍然是通过电脑进行实时记录与描点、连线.图表中,纵坐标为电阻值,横坐标为测量电阻横截面积的倒数,从图像可以得到,在误差允许的的范围内,电阻值的大小与电阻横截面积的倒数成正比,即与电阻横截面积成反比.

因此,老师可以和学生共同总结出,R∝LS,进而推出R ρLS,比例常数ρ,与R又有什么关系?请同学们带着问题进行第三步骤的实验.

图3.4为在相同长度与相同横截面积的条件下,测量出不同材料的电压、电流值与实时计算出的电阻值.表3.1为电脑实时记录下的数据.从表中看出,相同长度与相同面积,不同的材料,电阻值各不相同.由此可见,比例常数与电阻的材料有关,被称之电阻率.

4课堂效果

在GQY数字实验平台上,利用控制变量法研究电阻定律R等于 ρLS,与传统实验相比,数据准确,操作简单,高效,规律一目了然.它的实时性与直观性,让学生体验到科学实验的真实情景,感受到科学技术的巨大魅力,学习兴趣和探究科学问题的好奇心及动力得到了大大的增强,同时也训练了他们实验探究意识和动手实践能力,进而熟悉了科学研究方法,加强了他们之间的团结协作能力,最终将极大的提升探究课堂的教学效果.（图4.1为学生小组操作实验的情景）