邱树青

摘要：数字化探究实验室作为一种新型课程资源和新的教学方式，以学生的真实实验为基础，用传感器进行实验数据的测量，实现了计算机与初中物理教育教学的有效整合。初中物理教育教学在常规教学创新、传统實验改进、科学探究深入等方面与数字化探究实验室相结合产生了良好的效果。本文以“摩擦力”教学为例，探索在初中物理教学中如何利用数字化探究实验室。

关键词：数字化探究实验室 计算机 初中物理教学

2019年3月，我县教育第一集团联盟建成了全县第一个数字化探究实验室，实验室配备了一套VR、部分数字化演示实验器材以及多套数字化探究实验系统，可以进行很多数字化实验，例如：测量小车速度、水凝固与冰熔化、测滑动摩擦力大小、伏安法测电阻实验等。这将大大地改善了学校的实验教学条件，是提高学校的教学质量的途径之一，也丰富了教师的教学手段。

一、数字化探究实验系统简介

数字化探究实验系统的组成

1.硬件：传感器、采集器、计算机

2.软件：数据采集控制软件、数据处理软件

二、数字化探究实验的特征

1.数据采集的功能强大

通过计算机，可以采集到从传感器瞬间变化过程中获得的大量数据，也可以采集缓慢过程中的不同实验数据。

2.数据处理的能力更加灵活

利用计算机，可以来控制实验的进行，也可以对很多数据进行烦琐的、迅速的处理，例如数据间的相互转换、图像的合成、实验误差的计算等。

3.为互动式课堂教学创设了条件

通过计算机的联机，很好地实现了各种实验数据的共享，在此基础上可以对各种实验结果进行讨论、比较，为互动式的课堂教学创设了有利条件。

三、教学实例——“摩擦力”

“摩擦力”是初中物理最重要的概念之一，也是教学难点之一。“探究影响滑动摩擦力大小的因素”是让学生了解有关摩擦力的基本知识、掌握测量滑动摩擦力的基本方法的实验，该实验是使木块在长木板上做匀速直线运动，然后再根据二力平衡的原理间接测出了摩擦力的大小。

如图1所示的装置是以往实验教学过程中经常采用的，用弹簧测力计拉着木块在水平长木板上做匀速直线运动，根据弹簧测力计的示数来间接测量摩擦力的大小。但由于人的拉力很难稳定，很难使木块做匀速直线运动，弹簧测力计的示数不稳定，且不易读数，摩擦力很难测量，本实验大多情况下作为一种模糊的定性研究。

利用数字化探究实验室中的装置和器材，即可解决上述问题。

实验方案：用拉力传感器测量滑动摩擦力

1.实验装置及器材：拉力传感器、智能数字实验盘、计算机、SenseDisc iLab实验软件、表面粗糙程度不同的木板、木块、重物等。如图2所示，为已经连接的智能数字实验盘和拉力传感器，拉力传感器可测拉力大小，利用智能数字实验盘将采集到的数据传输给计算机，再由专门实验软件自动进行数据处理，绘制图像。

2.实验操作：用数据线连接好计算机、智能数字实验盘、拉力传感器，将拉力传感器固定，将木块放在木板上，用细线与拉力传感器相连，如图3所示，拉动木板，这样木块始终与桌面保持相对静止，即可测出木块受到的摩擦力。

在缓慢拉动木板的过程中，开始时，木块在木板上并没有运动，但是它们之间有相对运动的趋势，那么它们之间也就存在着静摩擦力;当木板被拉动时，那么木板和木块之间就产生了滑动摩擦力。由于木块始终保持相对静止，所以各个时间段的滑动摩擦力的大小也就等于相应的拉力大小了。当把实验数据传输给计算机时，计算机就会自动绘画成图像，如图4所示。这样通过图像清晰地给学生呈现了摩擦力的变化情况。

然后，再改变接触面的粗糙程度和木块上的重物，进一步探究滑动摩擦力大小与接触面粗糙程度和压力的关系，最后得出结论：压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

3.实验分析：由图像可知，图中的①体现了木块受到的拉力为零时处于静止的状态，因此没有受到摩擦力的作用。图中②表明了木块与木板之间保持相对静止时，静摩擦力随着拉力的增大而增大，图中③是显示的是木板刚好被拉动时，受到的摩擦力即为最大静摩擦力，图中④表明的是物体的运动过程，由图中可以清晰地看出滑动摩擦力的大小是小于最大静摩擦力的大小，并且是始终保持不变的。

4.实验优势：由以上分析可知，实验数据分析层次的提升归功于数字传感器的介入。图像的显示能够培养学生的观察、分析和归纳等能力，让他们对摩擦力的认知有了进一步的提高，将教学内容变得更加严谨、更加科学。图4的完整图线不仅让学生了解了最大静摩擦力，还加深了对摩擦力的理解，为进一步学习高中物理知识打下了基础。

四、结束语

在初中物理教学过程中利用了数字化探究实验室，肯定会深受学生喜爱和欢迎，其强大的教学功能， 将有助于传统的教学手段与计算机教学技术相结合 ，也有助于初中物理新课改的顺利推进。在初中物理传统实验教学的改进、科学探究的深入和创新等应用层次上，利用数字化探究实验室必将带来质的飞跃。学习新技术，运用新技术，也给我们教师提出了新的要求、新的使命、新的挑战。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：人民教育出版社，2011.

[2]任伟德.中学使用数字信息系统实验仪器的探讨和思考[J]，教学仪器与实验，2007（1）.

责任编辑：黄大灿