现代地球系统科学-可持续发展战略的科学基础及现代教育技术在中学物理实验中的应用与影响

大学本科毕业设计（论文）PAGE2现代地球系统科学——可持续发展战略的科学基础摘要人类的发展战略正在发生根本性地转变,用可持续发展战略代替以传统工业为基础的发展战略已成为国际社会的共识。讨论了现代地球系统科学及其与可持续发展的关系等问题,认为在现代地球系统演变过程中,全球环境是基础,人类圈为主导;现代地球系统科学是可持续发展战略的科学基础;实施可持续发展战略必须协调人类圈和全球环境的关系等。关键词现代地球系统科学可持续发展战略人类圈全球变化

联合国《21世纪议程》在论述可持续发展战略与地球系统关系时写道:“在制订长期的发展战略时,……作为改进这些战略的科学基础的第一步,必须更好地了解形成地球系统的一部分的陆地、海洋、大气及其相互联结的水、养料和生物地球化学循环和能量流动”〔1〕。有人把它表述为:“地球系统的研究是可持续发展战略的科学基础”〔2〕。即可持续发展战略应建立在地球系统科学的基础之上。当我们认真思考这一观点时发现,由于美国学者提出的地球系统科学把作为独立构成部分的人类排除在地球系统之外〔3〕,因而它难以成为人类可持续发展战略的科学基础,而只能作为此战略“科学基础的第一步”。其实,只有把人类圈纳入地球系统之中,将地球系统科学推进到跨自然科学和社会科学两大领域的现代地球系统科学阶段,它才可能成为可持续发展战略的科学基础。1关于现代地球系统科学的几个问题地球系统由地核、地幔和地球表层三个子系统构成。现代地球表层系统又可称为现代地球系统,它是现代地球系统科学的研究对象。该系统由人类圈和全球环境构成。全球环境包括岩石圈、大气圈、水圈和生物圈四个圈层及其关系,所以现代地球系统又可说是由五个地球圈层构成的系统(图1)1.1促进现代地球系统科学形成的主要因素现代地球系统科学是一门正在形成的新学科,促进它形成的主要因素可用图2表示。1.1.1人地关系发展的新阶段人地关系同人类一样古老,它已经历了长期发展,现已到了具有全球规模的新阶段。这时,“人”已扩展到“人类圈”;“地”已扩展到“全球环境”或“地球系统”。(1)地球系统的研究。近几十年来,由于地球科学的逐渐成熟,空间技术和计算技术的发展,以及全球环境的恶化等原因,地球科学正迅速从以分析为主向以综合为主的方向发展,进而促进了地球系统科学的形成。NASA地球系统科学委员会推出的《地球系统科学》一书,标志着地球系统科学的正式诞生。这门新学科的研究对象是地球系统。“地球系统”概念有广义和狭义之分。狭义的地球系统同传统的地球表层相近,它由岩石圈、大气圈、水圈和生物圈构成。由于前三个无机圈层统称为地圈,所以它又可说是由地圈和生物圈构成。目前正在执行的“国际地圈生物圈计划”(IGBP)就是研究这样的地球系统。它主要研究作用于该系统的物理的、化学的和生物的过程。广义的地球系统除包括狭义的地球系统外,还包括地核和地幔。然而,无论狭义的还是广义的地球系统都没有把人类作为该系统的一个独立构成部分,而只是把人类作为地球系统之外的一个因素。地球系统科学的形成与全球环境变化的研究密切相关。全球环境变化研究的深入使越来越多的学者相信,只有自然科学和社会科学的有机结合才有利于了解全球变化的实质和克服全球环境的恶化。在国际地圈生物圈计划(IGBP)之后又增加了国际全球环境变化的人类因素计划(IHDP)就是有力证明。这也在实际上要求将人类作为独立部分包含在原地球系统概念之中。(2)人类圈的研究。这里的“人类圈”是一个独立的地球圈层。它的系统性质及在地球系统中的地位等一系列重大理论问题,在20世纪80年代之前几乎没有人进行过认真而系统地研究。经过中国学者10余年的努力,在该领域已取得了一些成果,最近笔者在《最新的地球圈层——人类圈》一文中,对此作了简要而较为系统的论述〔4〕。对人类圈较为系统的研究,为现代地球系统科学的建立准备了必要条件。1.1.2深入研究可持续发展战略科学基础的需要自20世纪下半叶以来,人类环境问题日趋严重。为此,联合国于1972年在斯德哥尔摩召开了“人类环境会议”,出版了《只有一个地球》一书,在世界范围内产生了广泛影响。然而,此次会议之后,地球环境问题非但没有好转,而且还从局部扩展到全球。人类在对环境问题进行深刻反思的过程中,进一步认识到它与发展的密切关系。联合国于1992年在巴西召开了“联合国环境与发展大会”。该题目本身正反映了人类在认识环境问题上的巨大进步。大会之后,在世界范围内掀起了改变发展模式、走可持续发展之路的热潮。因为只有实施可持续发展战略,全球环境问题才有可能解决,人类和地球才有光明的前景。可持续发展战略研究的深入,使人们认识到作为纯自然科学的地球系统科学的不足,进而有力地推动跨自然科学和社会科学的现代地球系统科学的形成和发展。1.2为建立现代地球系统科学而作的努力几乎在国际上提出的地球系统概念的同时,中国已有学者把地球表部的人类圈(或人类社会圈)与其它地球圈层作为一个系统来研究。这一系统被称之为五元地球表层系统、现代全球系统或现代地球系统〔4～6〕。谢家泽是我国最早注意到现代地球系统概念的学者之一,他于1985年在《关于现代水利的性质问题》一文中就明确指出,人类社会圈是一个地理圈层,它与四个自然地球圈层共同构成一个系统〔7〕。在陈述彭创议和指导下曾多次组织讨论的“关于地球表层动态机制与人地关系调控的研究”项目中,地球表层被理解为“是由岩土圈、大气圈、水圈、生物圈和人类圈所构成的地表自然社会综合体,是人类圈与地圈相互作用的复合物质体系”〔8〕。最近,他又明确指出,“现代的地球系统科学不是纯自然科学,它必须研究人与自然的关系。在研究圈层与圈层之间的关系时,也必须包括人类圈在内”〔9〕。在国外,近年来也有学者把人类作为一个独立部分纳入地球系统之中。例如在《日本地球科学技术研究开发基本规划》(1990年)中,把人类活动圈作为地球系统的第五个圈层,而与岩石圈、大气圈、水圈和生物圈并列〔10〕。2人类圈、全球环境在现代地球系统中的地位在现代地球系统中,人类圈与全球环境的关系可用图3表示。图中列出了全球环境及其构成,人类圈及其结构要素;人类圈与全球环境的相互联系和作用主要通过可调控的、非全闭合的生产和消费循环来进行。2.1全球环境是现代地球系统的基础处理好人类圈与全球环境关系的重要前提是正确认识它们各自在系统中的地位。在现代地球系统中,全球环境的基础地位是十分明显的,现从以下几方面作一简要说明。(1)人类生存和发展的前提。地球的原始环境十分严酷,它既没有丰富多采的生物界,也没有臭氧层,大气还是还原性的,更谈不上现代社会所广泛使用的石油、天然气和煤等化石燃料。地球史证明,全球环境或地球系统的演化是一个进化过程。该过程已经历了40余亿年,为人类的诞生和发展准备了优越条件,诸如氮氧大气、适宜的地表温度、广阔的海洋和清洁淡水、多种形态的地形、肥沃土壤、丰富矿床、广袤森林、辽阔草原以及陆上、空中和水里种类繁多的动植物等。倘若没有这些条件,人类就缺少所必须的物理和化学条件,就没有衣食住行的物质来源,其生存和发展就无从谈起。(2)地球环境的差异对人类发展的影响。人类来自自然,人类的生存一刻也离不开地球自然界,因而地球环境的特征及其内部差异也必然会在人类发展上得到反映。例如,四大文明古国(古巴比伦、古埃及、古印度和中国)都发祥于大河流域,工业文明则起源于西欧,中国东西部在发展上的明显差异,以及人种的地域差异和地方病等都有地球环境上的原因。(3)地球环境的有限性与发展模式的改变。在宇宙中,地球只是沧海之一粟。但对以人的个体或以15世纪以前的地球人来说,它却十分庞大,其资源也异常富饶。直至20世纪50年代以前,地球的有限性并未引起人类的广泛注意。而后,由于科学技术的飞速发展、人口的急剧膨胀、生产规模的日益扩大以及消费水平的不断提高等原因,一系列全球性问题好似“一下子”展现在人类的面前。这时,生存空间的狭小、资源的匮缺和生态环境的恶化等已成为人类再也无法回避的问题。国际社会现已认识到,全球问题的出现同以资源和环境为代价换取经济增长的发展模式有关;只有改变这种传统的发展模式,并代之以可持续的发展模式,现代地球系统才能在全球环境有限的前提下持续进化。2.2人类圈是现代地球系统变化的主导人类圈的基本组成是:地球上的人类;人造自然物,包括人造工具、各种建筑物、加工食品和其它人工产品等;同人地关系密切相关的文化等。人类圈的范围与生物圈、水圈、大气圈和岩石圈的范围重叠或部分重叠。它从地表起(即从人类直接进入的地表以下的深处起),上限随时间而变动。就目前而论,可把载人航天飞机飞行的高度作为它的上界。由于卫星通讯在信息流中的重要地位,可将通讯卫星的飞行高度作为副人类圈的上界。在地球系统演化的过程中,新地球圈层的形成和发展必然要引起其他地球圈层的相应改变,进而推动整个地球系统的变化和发展。由生物圈的形成和发展引起的变化是这样,由人类圈的形成和发展引起的变化也不例外。其差别仅在于,构成人类圈的人具有智慧,人类圈的进化主要不是遗传进化而是文化进化。现代地球系统的变化与以往地球系统的显著区别,就是在这种文化进化的主导作用下发生的。与构成全球环境的其他地球圈层相比,人类圈是个变化更快的地球圈层。人类圈与全球环境关系的变化,并不是由于全球环境在变弱,而是由于人类圈在迅速扩大。当今一系列全球问题的出现,深层的原因就是人类圈尚处于较低的发展水平。它主要表现在人类生存、发展和高消费需求对地球环境的强大压力,以传统工业为基础的产业体系及掠夺式地球观为主导的近代文化等方面〔4〕。这样水平的人类圈还不能成为一个自觉的整体,也不能按照人类圈整体利益和长远目标而行动。这从另一个侧面证明人类圈在现代地球系统变化中的主导地位。正确认识现代地球系统变化过程中人类圈的主导地位和全球环境的基础地位,就找到了协调人地关系、人类圈与全球环境关系的关键。3现代地球系统演化与可持续发展按照现代地球系统中人类圈的主导地位和全球环境的基础地位间关系的变化,可将其演化分为如下三个阶段:3.1“基础地位”过分突出的阶段在此阶段,人类圈处于孕育时期。由于生产力水平低下,人口数量不大,人类在地球自然界面前显得很弱小,主导作用的发挥受到严格限制,尤其在强大的自然灾害面前更是如此。人类畏惧自然的威力,对自然的变化基本上采取顺从的态度。人类改变地球面貌缓慢,主要消耗可再生资源,对环境的破坏较轻,这时,现代地球系统尚处于原始协调阶段。3.2“主导地位”恶性膨胀的阶段地理大发现之后,人类圈开始形成。由于新航线的开通、商品经济的发展以及由科学技术革命引发的工业革命等原因,极大地唤发起深藏于人类自身的巨大潜力。在物质利益等的驱使下,资本主义国家不仅掠夺本地区、本民族的自然资源,而且通过征服其他民族来掠夺整个地球资源。在这阶段,人类过分迷信自己的力量,轻视全球环境的基础地位,把征服自然、战胜地球作为自己的行动口号,因而随着部分强国的社会财富的迅速增长,地球资源(尤其是非再生资源)却被大量消耗,地球环境也在日益严重恶化。3.3“主导地位”和“基础地位”协调的阶段近几十年来,人口、经济与资源、环境的逆向巨变已使现代地球系统进入一个新的突变期,人类和地球的前途和命运已到了一个转折关头。在此情况下,人与自然的和谐、环境与发展的协调已逐渐成为全人类的共同愿望。联合国《21世纪议程》及《中国21世纪议程》表明,人类已开始采取重大行动来改变现行发展模式和危害地球自然界变化的方向。环境与发展关系的协调有多种层次和形式。不同层次和形式的协调出发点不同,结果也不一样。以现代地球系统科学为视角,环境是指全球环境;发展是指人类圈的发展。人类的发展只是现代地球系统演化的一个侧面,它能否持续主要取决于全球环境基础地位和人类圈主导地位的关系。当今人类的发展之所以不能持续,就是由于较低水平人类圈的迅猛膨胀,使全球规模的人地关系严重失调。因而只有采取:1严格控制人口过快增长、消除贫困抑制高消费;2调整和优化产业体系;3树立协同共进地球观并提高决策管理水平等措施,来改造当代人类圈的结构,才能使其主导作用的发挥与全球环境的基础地位相协调,才能推动现代地球系统的进化,实现可持续发展。

主要参考文献1国家科委社会发展司.21世纪议程.联合国环境与发展会议文件汇编.1992.259.2黄秉维.论地球系统科学与可持续发展战略科学基础(1).地理学报,1996,51(4):350～353.3NASA地球系统科学委员会.地球系统科学.陈泮勤,马振华,王庚辰,等.北京:地震出版社,1992.1～178.4陈之荣.最新的地球圈层——人类圈.地理研究,1997,16(3):95～100.5陈之荣.地球表层系统非线性演化模式.地球物理学报,1987,30(4):389～398.6谢家泽.从“水利比上天还难”到“天地生人系统观”.见:中国科学技术协会学会工作部.天地生综合研究进展.北京:中国科学技术出版社,1989.6～8.7谢家泽.关于现代水利的性质问题.海河水利,1985,1(1):21～23.8项目建议书起草小组.关于地球表层动态机制与人地关系调控的研究.地球科学进展,1992,7(1):28～33.9陈述彭,曾杉.地球系统科学与地球信息科学.地理研究,1996,15(2):1～11.10孙成权,曹月华.日本地球科学技术开发基本规划简介.地球科学进展,1993,8(2):95～100.

MODERNEARTHSYSTEMSCIENCE——SCIENTIFICBASISFORSUSTAINABLEDEVELOPMENTSTRATEGYAbstractHumandevelopmentstrategiesarechangingdramatically.Ithasbecomethecommonunderstandingbyinternationalsocietythatthedevelopmentstrategybasedontraditionalindustryisbeingreplacedbysustainabledevelopment.ThispaperdiscussesthemodernEarthsystemscienceanditsrelationwithsustainabledevelopmentetc.Weconsiderthat(1)theglobalenvironmentisthefoundationandtheanthroposphereistheleadingfactorintheevolutionaryprocessofthemodernEarthsystem,(2)themodernEarthsystemscienceisthescientificbasisforsustainabledevelopmentstrategyand(3)theimplementationofsustainabledevelopmentstrategyshouldcoordinatetherelationsbetweentheanthroposphereandtheglobalenvironment.KeywordsModernEarthsystemscience,Strategyforsustainabledevelopment,Anthroposphere,Globalchange现代教育技术在中学物理实验中的应用及影响目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要Abstract绪论1.1本课题研究背景及研究的意义1.2国内外现代教育技术的起源与发展现状第2章现代教育技术的相关概念及特点2.1现代教育技术的相关概念2.2现代教育技术的特点第3章现代教育技术在中学物理实验中的应用及影响3.1现代教育技术在中学物理实验中的应用3.2现代教育技术对中学物理实验的影响第4章结束语参考文献致谢摘要伴随着信息时代的到来，以及科学技术的迅猛发展，现代科技在教育领域得到了广泛运用和推广。在物理实验教学中运用现代教育技术有利于打破时间、空间和课堂条件的限制，可以模拟出课堂上不能做的实验，解决传统教学手段所面临的一些困难。本文通过分析现代化教育技术在中学物理实验的应用，总结其对中学物理实验教学的影响，提出将现代教育技术与物理实验教学良性结合的几点现实思考。关键词：物理实验教学、现代教育技术、良性结合AbstractAccompaniedbytheinformationage,therapiddevelopmentofscienceandtechnology,moderntechnologyinthefieldofeducationhasbeenextensiveuseandpromotion.Conducivetobreakingtheconstraintsoftime,spaceandclassroomuseofmoderneducationaltechnologyintheteachingofphysicsexperiments,cannotdointheanalogclassroomexperimentstosolvesomeofthedifficultiesfacedbytraditionalteachingmethods.Analysisofmoderneducationaltechnologyintheapplicationofhighschoolphysicsexperiment,summarizethephysicsexperimentteachinginsecondaryschools,SomeReflectionsonthevirtuouscombinationofmoderneducationaltechnologyandphysicsexperimentteaching.KeyWords:Moderneducationaltechnology;Physicsexperimentteaching；Organiccombinationof；第1章绪论1.1本课题研究背景及研究的意义伴随着信息时代的到来，科学技术的迅猛发展，现代教育技术在教育领域得到了广泛运用和推广，用现代教育技术辅助教学的方式日臻成熟。物理学是一门以实验为基础的学科，通过生动有趣的物理实验，来让学生分析归纳物理的概念和规律。然而在中学物理中，经常需要讲授一些抽象的物理概念，由于时间、空间或条件的限制，单纯的语言、文字、教具等传统教育方式都难以实现，而通过一些现代教育技术的帮助，可以很好的解决这类问题，使过去只能在想象中进行的实验得以通过声音、图形、动画等方式生动形象地展现出来，有利于学生通过观察、归纳来发现规律。另外，物理学的概念的建立和规律的获取大都是以实验为基础的，包括各种假说和设想都要通过实验来加以验证。然而由于受实际条件的限制，很多实验都无法完美的进行，或者由于实验效果较差，导致实验结论与理论不符，给课堂教学带来了很多的不利影响。例如：小车在光滑水平桌面上的运动，滑轮组提升重物的拉力，单摆或滚摆的运动等由于不可避免的存在摩擦等因素的影响，使实验的说服力大打折扣。现代教育技术的发展对于物理实验教学，对于激发学生学习物理的兴趣和动机，完善和优化物理课堂教学过程，都具有特别重要的意义。

1.2现代教育技术的起源与发展现状“教育技术”（Educationtechnology）一词源自于美国，定义为：教育技术是关于学习资源和学习过程的设计、开发、利用、管理和评价的理论和实践。现代教育技术名称不同之处在于加上了“现代”二字，现代教育技术是以计算机为核心的信息技术在教育教学中的理论与技术，运用现代教育理论和技术，通过对教学过程和资源的设计、开发、应用、管理和评价，以实现教学现代化的理论与实践。我国现代教育技术的发展起始于本世纪20年代,当时称为为电化教育。电化教育活动中使用的幻灯、电影等媒体比原始的教学方式跃进了一大步，已属现代教育技术的范畴。进入20世纪80年代的中后期，计算机网络技术和通信技术迅猛发展，对我国教育影响不断扩大，使得我国教育方式从形式到内容都产生了巨大变革，电化教育也逐步被教育技术的名称所取代。我国的教育技术起步较晚，但由于国家重视它的发展，再加上一批教育学者积极参加到研究和实践当中，逐步形成了符合我国国情的教育技术理论体系。第2章现代教育技术的相关概念及特点2.1现代教育技术的相关概念教育技术在20世纪初成为教育学科中的一门分支学科，到20世纪70年代教育技术作为教育学科的一个专业术语被确定下来。1970年美国教育传播与技术(AssociationforEducationalCommunicationsandTechnology—简称AECT)协会成立，首次对教育技术进行了定义，此后又多次对它进行定义，但一直没有一个统一的定义。1994年，AECT对教育技术重新进行定义：Instructionaltechnologyisthetheoryandpracticeofdesign,development,utilization,management,andevaluationofprocessesandresourcesforlearning。我们一般译为：教学技术是为了促进学习，对有关的学习过程和学习资源进行设计、开发、使用、管理和评价的理论与实践。该定义指出了教育技术的目的是促进学习，研究对象是学习过程和学习资源，研究范畴是设计、开发、应用、管理和评价，如图2-1所示。图2-12004年6月，AECT定义与术语委员会在充分讨论的基础上，提出了新的定义，由于定义的正式文本于2005年公布，所以又称为AECT2005定义。AECT2005教育技术定义：Educationaltechnologyisthestudyandethicalpracticeoffacilitatinglearningandimprovingperformancebycreating,using,andmanagingappropriatetechnologicalprocessesandresources.我们一般译为：教育技术是通过创造，使用和管理合适的技术性的过程和资源，以促进学习和提高绩效的研究与符合伦理道德的实践。与AECT1994定义相比，AECT2004定义将原来的“为了学习”（forlearning）明确的改为“促进学习”（facilitatinglearning），既强调“学”的积极性，也重视了“教”的作用；将教育技术的研究范围从教学领域扩展到企业绩效领域，并且把对一般的教学过程和教学资源的研究限定为对“适当的技术过程和资源”的研究，弥补了AECT1994定义未能体现教育技术学科特色和工作重点的不足；将五大职能范畴变成三大职能，设计和开发的职能演化为一个职能：创造，强调了教育技术的创新性，并且首次明确提出了教育技术的实践应符合道德规范的要求，彰显了对人的尊重。“现代教育技术”是20世纪90年代以后在国内被大量使用的一个术语，它与教育技术在本质上是指同一个概念。但是现代教育技术带有强烈的现代化、信息化色彩，以现代信息技术（计算机、多媒体、网络、数字音像、卫星广播、虚拟现实、人工智能等技术）的开发、应用为核心。所以，在定义上与教育技术稍有不同。所谓现代教育技术，是指运用现代教育理论和现代信息技术，通过对教与学过程和教与学资源的设计、开发、利用、管理和评价，以实现教育最优化的理论与实践。

2.2现代教育技术的特点1.从教学规律看：现代教育技术克服了传统教学知识结构线性的缺陷，具有信息呈现多形式、非线性网络结构的特点，这符合现代教育的认知规律。这是一种以人类思维方法组织教学信息的学习环境，学生可以根据自己的实际能力和学习需要来安排自己的学习。显然，传统教学知识结构的线性化，不仅限制了多层次、多角度地获得知识信息，并且让学生只能按照教师的教学计划来完成学习。另外，传统的教学过程，尤其是理论教学部分，是由感知教材、理解教材、巩固与运用知识几个环节顺序连接的，形成的时间周期长，使得学生的记忆易于淡化。而现代教育技术则把感知、理解、巩固与运用融合起来,使得学生在较短时间内记忆得到强化，可以有效地促进个体主动参与认知不断递进的学习过程。2.从教育模式看现代教育技术教学系统是一个可以进行个别化自主学习的教学环境与系统，同时又是能够形成相互协作的教学环境与系统。不论是传统的电化教育手段，还是多媒体教学系统组成的现代教育技术教学系统，输入与输出手段的多样化使其具有很强的交互能力。多种学习形式交替使用，可以最大限度地发挥学生学习的主动性，从而完成自主学习。与网络技术相结合的多媒体教学系统还可以使学生与学生之间、学生与教师之间跨越时空的限制进行互相交流，实现自由讨论式的协同学习，这显然是传统教学模式无法与之相提并论的。从教学内容看现代教育技术可以集声、文、图、像于一体，使知识信息来源丰富，且容量大，内容充实，形象生动而更具吸引力。为学生创造一个宽阔的时域空间，既可以超越现实时间，生动地展示历史或未来的认知对象，又能够拓宽活动范围，将巨大空间与微观世界的事物展示在学生面前加以认知。应用现代教育技术教学系统改变了传统教学方式，使学生占有的时空不断扩大。而传统教学方式则依靠文字教材和教师的课堂讲课，强调教学过程由近及远、由浅入深、由具体到抽象的原则。4．从教学手段看现代教育技术的教学系统主要是指多媒体教学系统。多媒体教学系统强调以计算机为中心的多媒体群的作用。从根本上改变了传统教学中的教师、教材、学生三点一线的格局，学生面对的不再是单一枯燥无味的文字教材和一成不变的粉笔加黑板的课堂，呈现在学生面前的是图文并茂的音像教材、视听组合的多媒体教学环境与手段和在网络、远距离双向传输的教学系统，所有这一切使得传统教法中抽象的书本知识转化为学生易于接受的立体多元组合形式，使得教学过程与教学效果达到最优化状态。学生在整个学习过程中，充分利用学生的视觉与听觉功能，对大脑产生多重刺激作用，从而使得学习效果显著提高。第3章现代教育技术在中学物理实验中的应用及影响3.1现代教育技术在中学物理实验中的应用1．多媒体技术多媒体技术（MultimediaTechnology）是利用计算机对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息综合处理、建立逻辑关系和人机交互作用的技术。多媒体技术在教育方面的应用遵循了学习理论、传播理论和视听教育理论等的指导。随着科技的进步和经济的发展，大部分中学都配备了多媒体教学系统，主要包括中央控制系统、多媒体计算机、多媒体投影机、视频展示台、音像媒体、音响等设备。它具有极强的可视性、模拟性、交互性、重组性以及高度的智能化。中学物理实验教学中,由于时间、空间、资源等的限制,实验中常常出现实验过程、现象不清楚、不全面或根本不可能实现等问题。而运用多媒体技术,充分利用其集成声音、图像、文本、影像、动画的功能,突破空间、突破时间、化抽象为具体、动静结合,对实验现象进行模拟甚至仿真,既能吸引学生注意又可以充分调动学生的各种感官刺激,使学生在最短的时间内尽可能获得更多的信息,取得更好的教学和实验效果。如前所述,在中学物理实验教学中,很多实验在实验室根本就不能完成,我们就应该借助多媒体技术的强大模仿力,利用动画技术模拟无法直接用实验演示的物理现象、物理过程,为理解、接受和记忆有关抽象物理知识创设生动形象的物理情景。如在进行α粒子散射实验教学时,利用仿真实验室展现出整个实验过程,动态模拟出从装有放射性物质钋的铝盒中不断有α粒子发生了较大的偏转,并且有极少数α粒子偏转角超过90°,有的甚至被弹回,偏转角几乎达到180°。看过α粒子散射实验的动态模拟过程后,师生再共同分析出现此现象的原因,探索原子结构。这样,学生很容易记下α粒子散射实验装置、过程、现象,深刻理解了卢瑟福的原子核结构理论,使得教学效果和效率都得到提高。另外，一些物理实验非常强调实验操作的细节和方法的演练,强调实验条件的控制和注意事项等,这些就应充分利用多媒体系统强大的投影放大展示功能,提高实验演示的可见程度,强化实验教学效果。如:利用多媒体视频展台将实验仪器、实物、模型、标本等直接投影放大,让全体学生直观地了解它们的构造细节、仪器规格以及使用方法。利用摄像头对演示实验的操作过程进行同步放大直播,提高现象、过程、方法示范的可见程度,强化实验方法和实验操作的示范作用,让全体学生同时获得过程与方法的直观感觉,培养实验观察能力。利用影碟机、录像机展示相关实验和知识的社会、生活背景,展示宏观的无法搬入课堂的自然现象,展示微观过程的显微摄像资料,展示瞬间快速发生的物理过程或现象,并通过快录慢放或者慢录快放和暂停定格技术,摆脱实验的时间、空间限制,给学生创造学习必需的情景氛围,让他们充分详细地了解相关物理过程或现象的细节。最后，多媒体技术辅助物理实验教学的一个最大优点就是实验中所涉及的仪器、设备、耗材、原料等都是虚拟的,既不需要专门的资金购买,也不存在任何污染和浪费,还可以多次使用。有鉴于此,在中学物理实验教学中,凡涉及的实验对仪器和设备损耗较大、实验耗材和原料昂贵、实验操作过程危险等,理应选择多媒体技术。应用案例（一）利用Excel研究测量电源的电动势和内阻实验1.本实验的目标：测定电池的电动势和内阻，学会用图像处理实验数据的方法。2.具体操作方法如下：首先按教材要求，正确进行实验操作和记录数据，得到如下表的数据U/V1.371.321.241.181.101.05I/A0.120.200.310.320.500.573.实验处理结果现在我们得到了路端电压与电流的关系图线，且得到的关系式y=-0.7128x+1.45可对应公式Ｕ＝Ｅ－Ir,可以得出电源电动势为Ｅ＝1.45V，内电阻r=0.7128Ω，从而很快得到实验结论。图3-1（二）利用Excel研究研究匀变速直线运动实验的目标：利用打上点的纸带测定匀变速直线运动的加速度和某点的瞬时速度。在研究匀变速直线运动的实验中，利用打了点的纸带判断物体的运动情况，利用打点计时器打出的纸带测定匀变速直线运动某点的和加速度。例如在某次实验中，从0点开始，每打5个点取一个计数点的纸带，其中0,1,2，3,4，5,6都为计数点，测得：s1＝1.40cm,s2=1.90cm,s3=2.38cm,s4=2.88cm,s5=3.39cm,s6=3.87cm.传统的处理方法是：计算某点的速度用公式逐个进行计算，加速度用公式计算，再求平均值，费时且计算繁琐，精确度差。我们完全可以用Excel进行处理，方法如下。2.具体操作方法如下：研究匀加速直线运动tT2T3T4T5T6T0.10.20.30.40.5S/ms1s2s3s4s5s60.0140.0190.0240.0290.0340.039v/ms-1v1v2v3v4v50.1650.2140.2630.3140.363ΔsΔs1Δs2Δs3Δs4Δs5Δs0.0050.0050.0050.0050.0050.005a/ms-20.494用逐差法求加速度a,在B7至F7单元格中求出每个T时间内的位移差，G7单元算出其平均值，再在B8单元格中根据，输入公式=G7/0.01，其中G7为ΔS的平均值，0.01为T2的值，即可求出加速度a=0.494m/s2，如图所示。图3-23、用图表法来求加速度a：得到了速度与时间的关系图线，得到的关系式y=0.496x+0.1151,可对应公式v＝v0+at,其斜率即为加速度a＝0.496m/s2，得到实验结论,如图3-2。2．物理仿真实验室《仿真物理实验室》是一款面向中学物理课堂、教师和学生的开放性的物理实验仿真软件。本文主要研究的是由南京金华科软件有限公司设计开发，它由仿真物理实验室主模块、电学模块、光学模块、初中模块四个模块组成，它不是单纯的演示几个系统现有的实验，而是为用户提供一个拥有完备的实验器具的综合性实验室，并且用户还可以亲自动手创建自己所需的物理场景和物理实验。因此，仿真物理实验室的开发应用，能弥补一些实验缺陷，如实验器材老化，不够精密，实验条件限制等，对于解决一些实验室无法完成或抽象的物理现象、规律，帮助教师及学生分析、探究一些物理问题亦能发挥重要作用。此软件不是单纯地演示几个现成的实验，而是提供了一个实验器具比较完备的综合性实验环境，可以创设出一个合适的物理模型，然后按照这个模型的要求设定实验环境及有关参数，创建出所需的实验。比如：实验电路的设计与连接是恒定电流这一章内容的综合考察，要求掌握各种仪表的使用方法、滑动变阻器的连接、测量原理，并会进行实物连接，是这一章的难点，也是高考的难点。传统教学中学生只能按照教师的设计意图去做，自己的设计为什么不行，不能到实验室验证。使用“仿真物理实验室”软件，按学生的设计连接电路，可以真实模拟实验，电表的读数会随电路结构的变化而变化，如果操作不规范，还会显示出灯泡被烧坏、超出电表量程等。并且能够比较滑动变阻器两种接法对电路中电流电压的调节效果。在学生实验时用图象处理数据是一种常用的方法，使用此软件可以直接获得数据并能用电脑作图，完全可以模仿物理实验室的操作，既能节省实验时间，又能很快得出所需要的图像，总结出实验所揭示的物理规律。应用案例（一）测量电阻的阻值图3-3实验电路：图3-3实验步骤：1. 从器件箱中分别选择所需的实验器件，把它们放在实验区中。2. 然后设置一些器件的参数。先用鼠标右键点中对应的实验器件，在弹出的菜单中选择“属性”，就进入了对应的属性设置对话筐。在这个实验中，把定值电阻的阻值设置成2欧姆。设置滑动变阻器的总电阻为10欧姆。设置干电池组电池的节数为4节，内阻为0欧姆，这样它就是个理想的电压源了。3. 使用导线把这些器件根据电学原理连接起来，如图2所示。4. 用鼠标双击单刀单掷开关的下半部，就可以把开关闭合了。这时安培表和伏特表上显示出了它们所测量的电流和电压。滑动变阻器的滑片是可以拖动的，用鼠标左键按住滑片不放，左右滑动鼠标，就可以改变滑片的位置了。图3-45 点击工具栏上的“显示电流方向”按钮，还可以在导线上显示出电流的运行方向。点击工具栏上的“实物图/符号图”图3-4（二）金属杆切割磁力线模型实验电路：如图3-4所示。实验步骤：1.在这个实验中，要使用到“切割磁力线”模型。从器件箱中，选择这个模型。并设置它的参数：磁场方向、磁感应强度、金属杆的长度、金属杆的速度、有效电阻等参数。并选中“显示金属杆的速度”和“金属杆受到的安培力”。2.使这个切割磁力线的器件形成一个闭合回路，用导线把线框的两个接头连接起来。因为有了电流，金属杆受到了安培力的作用。图3-53.还也可以来直接测量因金属杆切割磁力线而在线框上产生的电压，电路如图3-6所示。图3-63．DIS实验技术DIS实验室，即数字信息系统实验室(DigitalInformationSystemLaboratory)，简称DISLab。是由“传感器＋数据采集器＋实验软件包（教材专用软件、通用扩展软件）＋计算机”构成的新型实验系统。该系统成功地克服了传统物理实验仪器的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合。DIS实验技术的价值主要表现在:可以方便、迅速地采集现实生活或实验室中各类物理量的信息，并通过计算机接口技术，将采集到的各类物理量信息传输给计算机进行多元化的分析处理。其中，DSI实验技术所具有的函数图像处理功能，能直观地揭示出相关物理量之间的关系。因而，有利于我们对研究对象进行定性和定量两个层面的探究。此外不难看出，多类型的信息传感器、多通道的数据采集器、多样化的自主操控平台、强大的函数图象处理等是DSI实验技术具有的主要技术特征。借助于这样的技术支撑，可以使我们对物理现象进行多角度的感知和多视角的深入分析与研究。应用案例：（一）利用DIS实验系统探究简谐运动的规律1.教学目标(1)通过简谐运动规律的揭示和整合，培养学生自主意义建构的能力。(2)通过操作DIS实验系统，使学生能够熟悉现代化的实验仪器，掌握新的信息采集和处理方式。2.教学重点与难点(1)简谐运动概念的理解。(2)水平弹簧振子运动规律的探索。3.实验过程(1)实验目的：观察弹簧振子的振动图像。(2)实验原理：将位移传感器发射器作为弹簧振子固定在弹簧振子实验器上并使之振动，获得的s-t曲线即为弹簧振子的振动图像。(3)实验器材：DIS数字化实验系统、计算机、弹簧振子实验器等。(4)实验装置（如图3-7）。图3-7实验装置图实验操作：①将位移传感器发射器作为弹簧振子使用，悬吊并可做水平振动。将位移传感器接收器固定在另一侧，使之与接收器处于同一平面且基本正对；②将实验窗口调整为“示波显示”方式；③打开位移传感器发射器的电源开关，使之水平振动，可以观察到弹簧振子振动图像（如图3-2所示）。图3-8震动图像利用DIS实验系统探究一定质量的气体，在温度不变时，压强和体积的关系1.实验目的：探究一定质量的气体，在温度不变时，压强和体积的关系。2.实验仪器：DIS数字化实验系统、注射器、压强传感器、电脑。3.实验步骤：①注射器中保留一部分气体，将出口与压强传感器连接，压强传感器与电脑连接。②推动活塞改变密闭气体的体积，在电脑上会出现相应的压强值。③待稳定后采集，在左测数据栏留下相应压强值，在P-V图上留下相应的点。④改变气体体积重复实验，绘出P-V图像。四，实验数据：图3-9图3-10

3.2现代教育技术对中学物理实验的影响在实验教学中应用现代教育技术，可以加大信息容量，丰富学生的感知认识，有利于他们知能的形成。物理的概念和规律是建立在大量事实及实验进行分析、归纳、推理的基础之上的。利用现代教育技术可以打破时间和空间的障碍，可以