论文部分内容阅读
新物理课程标准强调了实验在物理教学中的重要作用,要求将信息技术应用到物理实验,加快实验教学软件的开发和应用,促进实验教学的现代化发展。声卡数据采集器具有技术门坎低、性价比高及功能强大等特点,弥补了商品化数据采集器价格偏高等不足,非常适合在中学物理实验中应用普及。将声卡数据采集器引入中学物理实验,提高实验教学效果,有助于促进教学方法的革新以及实验内容的拓展。
本文介绍了声卡数据采集器的开发和应用,并探讨了物理实验教学的信息化。为了丰富中学物理实验教学资源和促进教学方式的多样化,文中应用声卡数据采集器及虚拟仪器开发了若干物理实验。本文的研究工作主要从硬件开发、实验设计及教学应用几个方面来展开。
在硬件方面,利用斩波和混频技术拓展声卡的直流采集和超音频采集功能,使声卡实现从直流到超音频范围的声卡数据采集。直流采集模块利用振荡器控制模拟开关,将直流信号调制成脉冲而送入声卡。超音频模块以模拟乘法器为核心,将超音频信号与参考信号进行混频滤波,从而获得音频范围的差频信号。声卡一般只能采集音频范围的信号,在许多中学物理实验中无法应用,所以硬件的开发是本文的创新点。
在应用方面,利用Lab VIEW编写了相应的虚拟仪器,探讨声卡数据采集器在物理实验中的应用。本文开发了基于扫频法的声速测量实验、声音特性演示实验以及声音趣味探究实验,开发了基于超音频模块的超声测速实验,并借助直流采集模块设计了伏安法测电阻以及自由落体测重力加速度等实验。
另外,为研究声卡数据采集器的实验教学效果,以“基于扫频法的声速测量实验”为例,在课堂教学中进行实证研究。研究结果表明声卡数据采集器准确性高、现象明显。在问卷调查和访谈中,师生则对信息技术会弱化学生实验过程体验性及动手能力表示担忧。这些研究结果将为后续研究的改进和深入提供重要参考。
总的来说,虚拟仪器只是作为传统实验教学的补充和拓展,帮助探究一些传统仪器无法探究的物理现象,进一步丰富物理实验教学的广度和深度。声卡数据采集器的研制和教学应用,对促进物理实验教学改革有积极意义,但需要进一步完善技术和丰富软件开发,并加强建构主义及认知负荷等教育理论的指导。