高中物理课题申报表:杭州市国家基础教育课程改革专项研究课题申报表

编号

课题

名称

高中物理新课程校本教材“物理数字化实验”的开发与研究

研究

周期

一年

负责人

李　刚

职称职务

中学高级教师

所在

单位

杭州高级中学

联系

电话

13082801244

邮编

310000

研

究

指

向

（    ）教学过程    （    ）教学策略    （    ）教学方法

（    ）教学评价    （    ）教学管理    （    ）教学组织

（ ★　）校本课程    （    ）师资队伍  （　    ）其  它

课题

组其

他成

员的

有关

情况

姓名

课题内分工

工作单位

职务或职称

课题负责人单位意见

单位盖章：

负责人签名：

　　　　　　年  　月  　日

初审单位意见

单位盖章：

负责人签名：

年  　月  　日

评

审

组

意

见

年 　　月 　　日

1．课题的现实背景及意义；

2．国内外关于同类课题的研究综述；

3．课题研究的内容及预期目标；

4．如研究已有一定基础，可写上初期研究成果或“研究的操作措施及做法” ；

5．课题研究的步骤及人员分工；

6．课题研究的条件分析（含已取得的与本课题有关的研究成果）；

课题的现实背景及意义

《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：课程改革要“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进“现代信息技术和物理课程的整合”。在新课程物理教学大纲指出：“重视将信息技术应用到物理实验，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果” 。2006年秋全省开始使用的新课程物理教材中已有一部分演示实验用传感器技术手段完成。数字化传感技术在工业上应用已相当成熟，而作为一种较先进的教育技术应用引入中学课堂教学和课外实践活动中，全国范围内才近一、二年的时间，总体上处于起步阶段。各种类型传感器应用在物理实验是现代信息技术和物理课程整合的最佳体现，不仅有效拓宽传统实验的领域，提高了实验的精度，节省了实验时间，更重要的是为改进学生学习物理方法，提高物理探究能力创造了强有力的物质条件。

国内外关于同类课题的研究综述

国外中学物理数字化实验开展情况不详。国内最早于2003年上海二期教改中首次把数字化实验（DISLab）系统引入课堂教学，尝试将传统的中学物理实验与计算机技术的有机结合，使用早期国产不太成熟的物理数字化实验系统，软件功能不强。近两年来北京有部分重点中学开始尝试应用，杭州高级中学是浙江省最早内使用该系统的学校之一，所用设备为先进的进口数字化实验系统，软件功能强大实用，操作简单。有关针对物理数字化实验的系统研究未见报道，目前还没有一本专为高中学生编写的物理数字化实验入门教材。本课题所涉及的研究和开发领域总体上仍属全国范围内的空白领域，因此具有一定的创新性、先进性和实用性。

3．课题研究的内容及预期目标；

本课题力图编写开发一本立足高中学生现有知识水平，全面介绍物理数字化实验，能供全体高中学生高一、高二年段使用的入门级校本教材或读本，配合新课程物理教材教学内容的同步或独立使用。最终目的为改进学生学习物理方法和提高物理探究能力提供可操作的教学条件。课题研究围绕物理数字化实验硬件、软件的使用；重要物理实验在数字化条件下的再现；学生课外实验的拓展和开发；探究性学习中自主运用等方面编写，达到学生通过教材或读本的学习能初步认识和掌握物理数字化实验系统的基础知识，实验方法和实验技能，能在教师的指导下完成一些传统实验手段难以完成的重要实验。学生通过一定的操作实践后，能自主运用物理数字化实验系统结合研究性学习活动拓展和开发物理实验的目的。

本课题研究总体思路先借鉴传统物理实验教材和计算机软件应用教材的长处，根据高中学生的知识结构和心理特点，通俗易懂地介绍物理数字化实验的作用和特点和使用方法。

教材编写重点放在引导学生亲身动手的实验操作实践和探究运用中。①精心组织再现几个运用物理数字化实验手段完成在物理教学中有举足轻重作用但传统手段又难以精确定量测量的示范实验案例,从而突现数字化实验与众不同的卓越性能和特点；②结合高一、高二的所学知识的要求，课外实践活动中设立一些具有创新意义、操作简便的实验小课题；③引入研究性学习的成功案例, 鼓励学生在自主课题研究中大胆运用数字化实验手段完成观察物理现象，分析数据，归纳物理规律探究活动。并在此基础上，力争运用DISLab平台开发几个有创新的实验。

本课题编写的教材或读本大致分为三个阶段：

①   数字化实验技术资料准备，包括硬件、软件的相关资料

②   运用数字化实验系统开发和拓展中学物理教学中的部分重点、疑难实验

③　教材或读本的初步使用，根据使用情况修改完善。

4．初期研究成果　　

课题负责人近年来教学中注重物理数字化实验的应用和开发，比较熟练掌握物理数字化实验系统的基本性能及相应软、硬件的使用。平时经常依托物理数字化实验平台开展教学活动，取得满意的教学效果。2005年开始在学生课外实践活动，组织学生培训使用DISLab。2005年两次专为物理教师开设物理数字化实验市级观摩课；运用物理数字化实验平台设计开发4个，解决了传统实验手段难以解决的技术难题。指导学生运用本系统设计的实验“气体内能变化”获2005年杭州市科技节理化竞赛一等奖。运用DISLab完成的学生研究性学习课题《影响铅酸蓄电池性能的因素研究》获2005年杭州市科技节科学论文二等奖，2005年杭州市中学研究性学习评比一等奖。2005年撰写＜＜别冷落了物理DIS实验――“简谐振动图像”三种实验方法的对比＞＞运用DISLab案例论文，在文中总结、反思了教学中使用DISLab系统的个人体会。

5．课题研究的条件分析

杭州高级中学物理实验室是杭州市物理教师实验培训基地，每年承担全市中青年物理教师培训实验理论和实验技能。实验室仪器配备齐全，能开展完成的中学物理实验涉及面广，精品实验数量多，传统实验与现代科技的数字化手段相结合面广，中学物理实验教学影响力大，特级教师夏蒙森教师留校协助开发数字化实验，为开展数字化实验创造了极为有利的条件。杭高现有进口高性能完整DISLab系统五套，国产朗威完整系列一套（含十余种不同类型的传感器），目前学校正准备筹建标准的物理数字化实验室。杭高教师在教学中积极使用数字化实验，积累了一定的使用经验，在此平台上新开发的实验及取代传统手段并取得明显效果的实验共有十余个。

代表性的新开发实验有：动量定律碰撞仪；气体内能变化演示器；电容器充、放电及电容值测定演示器；法拉第电磁感应定律验证器等。

代表性的改造传统实验有：自感现象实验；电磁振荡（LC回路）实验；向心力定量测量仪等。

代表性的课外实践实验有：地磁的测量；红外线热效应；声波的合成等。

代表性的研究性学习活动有：影响铅酸蓄电池性能的因素研究

课题组负责人是在职的教学一线教师，教学经验丰富，有比较先进的教育理念，近两年一直关注物理数字化实验的进展，具有教学中运用该系统的实际经验，并在理论的层次上总结和反思使用数字化实验的得与失。在课外实践活动及研究性学习中曾指导学生运用开发新实验，并取得好成绩。研究时间一般可利用平时课余时间及寒、暑假时间，结合学生研究性学习活动的开展让学生承担一部分课题研究的辅助工作。

本课题拟采用主要参考文献有：

①   Liongwill数字化实验室实验案例　

②   Liongwill　DISLab用户手册　

③   用TI技术学物理――高中物理探究实验（上海二期教改教材编写组）

④   普通高中课程标准教科书――物理（人民教育出版社）

⑤   高中物理学生实验与课题研究（浙江教育科学出版社）

极积开展课外活动，大力开发校本课程和地方课程为新课程标准所提倡课程活动，杭高大力支持本校教师结合学科教学进行校本课程的研究与开发。

编号

·本课题国内外研究现状述评、选题意义和研究价值

·本课题的研究目标、研究内容、研究假设和创新之处

·本课题的研究思路、研究方法、技术路线和实践步骤

（限3000字）

本课题国内外研究现状述评、选题意义和研究价值

国外中学物理数字化实验开展情况不详。物理数字化实验（DISLab）国内2003年上海二期教改首次引入课堂教学，尝试将传统的中学物理实验与计算机技术的有机结合。近两年来北京有部分重点中学开始尝试应用，杭州高级中学是浙江省内最早使用该系统的学校之一。数字化传感技术在工业应用已相当成熟，而作为教育技术的应用在全国范围内才处于起步阶段，物理数字化实验的系统研究未见报道，有关物理数字化实验和传感器知识仅散见于物理教材中，如人教社新课程物理教材和上海市物理教材及上海高考物理试卷。物理数字化实验目前仅在少数发达地区试点探索，没有在全国范围内大面积推广应用，也没有专为高中学生编写的物理数字化实验入门教材。本课题所涉及的研究和开发领域总体上仍属全国范围内的空白领域，因此具有一定的创新性和先进性和实用性。

本课题的研究目标、研究内容、研究假设和创新之处

本课题力图编写开发一本立足高中学生现有知识水平，全面介绍物理数字化实验，能供全体高中学生高一、高二年段使用的入门级校本教材或读本，配合新课程物理教材教学内容的同步或独立使用。最终目的为改进学生学习物理方法和提高物理探究能力提供可操作的教学条件。课题研究围绕物理数字化实验硬件、软件的使用；重要物理实验在数字化条件下的再现；学生课外实验的拓展和开发；探究性学习中自主运用等方面编写，达到学生通过教材或读本的学习能初步认识和掌握物理数字化实验系统的基础知识，实验方法和实验技能，能在教师的指导下完成一些传统实验手段难以完成的重要实验。学生通过一定的操作实践后，能自主运用物理数字化实验系统结合研究性学习活动拓展和开发物理实验的目的。

本课题的研究思路、研究方法、技术路线和实践步骤

本课题研究总体思路先借鉴传统物理实验教材和计算机软件应用教材的长处，根据高中学生的知识结构和心理特点，通俗易懂地介绍物理数字化实验的作用和特点和使用方法。

教材编写重点放在引导学生亲身动手的实验操作实践和探究运用中。①精心组织再现几个运用物理数字化实验手段完成在物理教学中有举足轻重作用但传统手段又难以精确定量测量的示范实验案例,从而突现数字化实验与众不同的卓越性能和特点；②结合高一、高二的所学知识的要求，课外实践活动中设立一些具有创新意义、操作简便的实验小课题；③引入研究性学习的成功案例, 鼓励学生在自主课题研究中大胆运用数字化实验手段完成观察物理现象，分析数据，归纳物理规律探究活动。

本课题编写的教材或读本大致分为三个阶段：

③   数字化实验技术资料准备，包括硬件、软件的相关资料

④   运用数字化实验系统开发和拓展中学物理教学中的部分重点、疑难实验

③　教材或读本的初步使用，根据使用情况修改完善。

·已取得的相关研究成果和主要参考文献（限添20项）

·主要参加者的学术背景和人员结构（职务、专业、年龄）

·完成课题的保障条件（如研究资料、实验仪器设备、研究经费、研究时间及所在单位条件）

主要参加者的学术背景和人员结构（职务、专业、年龄）

课题负责人李刚，43岁，1983年毕业浙江师范学院物理系，从事高中物理教学24年，有中学高级教师职称。近年来教学中注重物理数字化实验的应用和开发，比较熟练掌握物理数字化实验系统的基本性能及相应软、硬件的使用。平时经常依托物理数字化实验平台开展教学活动，取得满意的教学效果。2005年开始组织学生培训使用DISLab，两次为市级物理教师开设运用物理数字化实验观摩公开课；共设计开发4个物理数字化实验，解决了传统实验手段难以解决的实验难题；指导学生运用本系统设计的实验“气体内能变化”获2005年杭州市科技节理化竞赛一等奖。运用DISLab完成的学生研究性学习课题《影响铅酸蓄电池性能的因素研究》获2005年杭州市科技节科学论文二等奖，2005年杭州市中学研究性学习评比一等奖。2005年撰写＜＜别冷落了物理DIS实验――“简谐振动图像”三种实验方法的对比＞＞运用DISLab案例论文，在文中总结、反思了教学中使用DISLab系统的个人体会。

主要参考文献

本课题拟采用主要参考文献有：

⑥   Liongwill数字化实验室实验案例　

⑦   Liongwill　DISLab用户手册　

⑧   用TI技术学物理――高中物理探究实验（上海二期教改教材编写组）

⑨   普通高中课程标准教科书――物理（人民教育出版社）

⑩   高中物理学生实验与课题研究（浙江教育科学出版社）

完成课题的保障条件

杭州高级中学物理实验室是杭州市物理教师实验培训基地，每年针对中青年教师培训实验理论和实验技能。实验室仪器配备齐全，能开展完成的中学物理实验涉及面广，精品实验种类多，传统实验与现代科技的数字化手段相结合面广，现有实验改造的潜力大，中学物理实验教学影响力大，特级教师夏蒙森教师留校协助开发实验，为开展数字化实验创造了极为有利的条件。杭高2004年引进美DISLab系统，现有进口高性能完整DISLab系统五套，国产朗威完整系列一套（含十余种不同类型的传感器），目前学校正准备筹建标准的物理数字化实验室。两年来，杭高教师已有一定的数字化实验使用经验，在此平台上新开发的实验及取代传统手段并取得明显效果的实验共有十余个。

代表性的新开发实验有：动量定律碰撞仪；气体内能变化演示器；电容器充、放电及电容值测定演示器；法拉第电磁感应定律验证器等。

代表性的改造传统实验有：自感现象实验；电磁振荡（LC回路）实验；向心力定量测量仪等。

代表性的课外实践实验有：地磁的测量；红外线热效应；声波的合成等。

代表性的研究性学习活动有：影响铅酸蓄电池性能的因素研究

　　课题组人员为在职教师，一般可利用课余时间及寒、暑假时间内开展课题研究。开展课外活动，开发校本课程为新课程所提倡课程活动，杭高大力支持本校教师结合学科教学进行校本课程的研究与开发。