论文美国基于口袋实验室实验教学是关于对不知道怎么写实验教学论文范文课题研究的大学硕士、相关本科毕业论文实验教学的意义论文开题报告范文和文献综述及职称论文的作为参考文献资料下载。
摘 要：现阶段的物理实验大多是演示实验或在特定实验室进行.学生参和度较低,用于实验的时间十分有限.美国最新的实验教学仪器“口袋”实验室,具有适用面广、使用方便、探索自由、资源共享等特点.它在物理教学中的应用体现了实验教学的新理念.本文希望为致力于实现物理实验教学创新的教师提供一些参考.
关键词：物理教育；物理实验；“口袋”实验室；互联网+
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）9-0036-5
近年来,国内外对物理实验教学十分重视和提倡.我国正处于教育改革的阶段,互联网的使用不可避免地会改变教学方式.为了让学生的视野更开阔、学习更灵活,如何利用新技术探索新的、更有效的物理实验教学方式,通过互联网探索新型教育供给方式是我们应该思考的问题.“口袋”实验室就是在这种背景下产生的新事物,给教育领域带来启示.
1 什么是“口袋”实验室?
“口袋”实验室是由美国Clifotn Roozeboom的团队于2015年3月份开发研制的一种可测量多种物理量的小型、便携式手持实验仪器.称之为“口袋”实验室,是因为它的体积只有2.9厘米*6.7厘米*1.65厘米,方便随身携带,可以随时随地通过内部的传感器进行各种物理量的采集,并将数据传到便携式终端设备进行显示或通过网络传到云端进行数据分析,完成实验过程.[1]它的创始人之一Clifton Roozeboom是斯坦福大学的工程博士,该团队进行此项研究的出发点是希望为教育工作者、学生、探险家等群体带来一个全新的探索科学和世界的方式,使教学和研究变得更加简捷方便.
“口袋”实验室的系统构成如图1所示：它由传感器、无线传输装置、云软件、云端数据库、便携式数据终端五部分组成,其中的传感器包括气压计、加速度计、温度计、角速度计、磁力计,可以测量气压、线速度、线加速度、温度、角速度、角加速度、磁场强度和磁场方向等物理量；无线传输装置用于将传感器采集到的数据通过蓝牙发送给手机、平板电脑等便携式设备；便携式设备中的专用数据处理APP还可以控制手机或电脑进行视频录制,并使之和传感器所测得的数据流相同步,即在电子设备的应用软件上可以同时看到被测量的变化过程以及相应的测量数据；该软件还可以对数据进行简单处理并形成曲线或图像,也可以将数据发送到云端；云端软件可以将数据存储在云端数据库中以便实现数据共享,也可以对数据进行更高级的分析并形成曲线、图像和文件.[2]“口袋”实验室每秒钟可以进行50次数据信息采集,甚至可以同时记录不同传感器所测得的信息,传感器和终端设备之间的传输距离可以达到30.5米.[3]终端设备上只需下载一个和“口袋”实验室对应的APP就可以访问云端.因此,所有人都可以互相学习利用“口袋”实验室所设计的不同实验,也可以在线通过“口袋”实验室云端软件进行数据分析.
“口袋”实验室得到使用者的广泛认可,它具有诸多优点：1.性价比高：“口袋”实验室和一些价格较为昂贵的实验设备具有相同的作用,但是价格却十分低廉.2.适用面广：由于“口袋”实验室内部传感器种类多,可以完成对多种物理量的测量,其测量范围几乎涵盖了高中物理的所有基础物理量,所以,可以适用于不同实验要求.3.使用方便：有终端设备和传感器模块就可以开展实验,不需要复杂的操作,因此,实验者可以将注意力放在如何设计实验获得数据,从而提高实验质量.4.探索自由：“口袋”实验室允许使用者不再受到时间、地点的限制开展实验,其灵活的使用方式也使学生能够充分自主地设计实验,从而最大限度地激发学生探索世界的兴趣.5.资源共享：通过网络共享实验过程和数据,可使教育者和学习者分享实验设计思想和体验,共同学习和进步,从而提高教学水平.
目前,“口袋”实验室在美国初步开始应用,已经被尝试应用于斯坦福大学的物理课程和机械工程课程、美国高中的AP课堂、初中科学课堂教学中,取得了很好的效果并引起了大家的关注.[4]很多教育者和科学爱好者通过网站分享他们自己设计的实验,旨在让更多的人开发出更多实验用于教育工作.一些科学爱好者也开始使用“口袋”实验室进行科学探索.
2 “口袋”实验室在美国物理教学中的应用
“口袋”实验室从应用至今,已经被美国的教育工作者用于众多实验,例如,分析抛体运动；测量具有不同大小引擎的模型火箭的弹射力；校准机械臂的力和加速度；测试电磁铁周围的磁场强度；验证玻意耳定律中体积和压强的关系；可视化滑冰运动员的旋转速度等.下面举例说明“口袋”实验室在美国中学物理教学中的应用方法：
2.1 在自由落体运动实验中的应用
落体运动在生活中处处可见,和日常生活联系密切,探究其本质和原理能让物理的学习回归到真实生活情景中.美国的教育工作者利用“口袋”实验室引导学生进行了自由落体运动的研究.其实验目的和过程设计如下：
实验目的：判断不同物体是否会以不同的加速度自由下落,并用物理知识解释所采集到的实验数据.
实验器材：“口袋”实验室、大软质球（内部能放置“口袋”实验室）、小软质球（内部能放置“口袋”实验室）.
实验过程：在实验之前,教师通过向真空管里充气和抽气让学生观察真空管里的羽毛和硬币在两种情况下的下落情况,已经让学生对空气阻力有了基本认识.在自由落体实验中,首先教师将学生领到户外,然后取出大软质球和小软质球让学生讨论或猜想哪个物体下落得更快?通过引导学生猜想可以激发学生实验探索的好奇心,产生动手实践的动力.然后,教师指导学生将大软质球剖开,把“口袋”实验室尽量塞到球体中心（如图2）,再选择高处将大球释放,在大球的下落过程中通过手机终端录制大球下落的视频,并同步记录加速度计所测得的加速度数据,也可以实时观测下落过程中加速度的变化曲线.在相同高度,重复上述步骤.然后,再按照相同的方法将“口袋”实验室塞到小软质球的球体中心,测量小球运动过程中的加速度变化.最后,教师将测得的数据通过APP一键上传到云端数据库.
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参考文献：
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