Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實驗的結(jié)合

摘要：本文討論了Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實驗的優(yōu)缺點，并通過在教學(xué)實踐中的具體應(yīng)用討論了兩者之間的關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：Dis技術(shù)；傳統(tǒng)實驗；實驗教學(xué)；結(jié)合

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003—6148(2011)9(5)-0053—3

實驗在物理教學(xué)中的地位和實驗本身的特點，決定了它在物理教學(xué)中起著重要的作用。DIS技術(shù)，即數(shù)字信息系統(tǒng)(Digital InformationSystem)，它是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實驗軟件包+計算機(jī)”構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)。計算機(jī)實時測量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到科學(xué)技術(shù)研究以及生產(chǎn)領(lǐng)域，如今正逐步應(yīng)用于中學(xué)實驗教學(xué)。本文結(jié)合教學(xué)實踐談?wù)剬is技術(shù)和傳統(tǒng)實驗關(guān)系的認(rèn)識。

1 Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實驗的比較

1.1Dis技術(shù)的優(yōu)勢

數(shù)字化實驗?zāi)軌蚓_、實時、動態(tài)地采集實驗信息，實驗誤差較小，使物理學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)或驗證更具嚴(yán)謹(jǐn)性和可信度。由此也較容易發(fā)現(xiàn)或驗證各物理量間的數(shù)學(xué)關(guān)系，對定量研究物理學(xué)規(guī)律非常適用。同時，實驗設(shè)備先進(jìn)，使得數(shù)字化實驗具有很強(qiáng)的拓展性，能夠更加方便地開展研究型課程和進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，給了學(xué)生更為廣闊的進(jìn)行自主發(fā)展的空間。

1.2Dis技術(shù)的劣勢

由于對數(shù)字化實驗設(shè)備的工作原理，學(xué)生一無所知，不符合學(xué)生的認(rèn)知過程。同時現(xiàn)代化設(shè)備對重現(xiàn)當(dāng)年物理學(xué)家對物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程有所忽略。傳統(tǒng)物理實驗貼近生活，能激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。另外，數(shù)字化實驗設(shè)備價格昂貴，而且更新速度較快。

總之，這兩類實驗方式在對學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)上各有側(cè)重，在教學(xué)中若能取長補(bǔ)短，會達(dá)到更好的效果。

2 機(jī)械能守恒定律一節(jié)的實驗教學(xué)

“機(jī)械能守恒定律”這一節(jié)課曾獲南通市一等獎，其具體內(nèi)容這里做簡略的說明，主要教學(xué)過程如圖1：

在實際教學(xué)過程中，在“新課導(dǎo)入”、“探究實驗”、“應(yīng)用舉例”這三個方面對現(xiàn)代教育技術(shù)和傳統(tǒng)實驗進(jìn)行了整合，其中又以Dis技術(shù)的應(yīng)用為重點。

2.1新課導(dǎo)入

用ipad的apple store里的熱門游戲“憤怒的小鳥”電腦游戲引入(如圖2)。游戲中，小鳥的整個彈射過程包含了動能、重力勢能、彈性勢能的相互轉(zhuǎn)化。學(xué)生參與游戲，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。尤其是游戲畫面中飛鳥彈射和飛行過程出現(xiàn)運(yùn)動軌跡，學(xué)生在分析機(jī)械能間相互轉(zhuǎn)化時，對象和過程都非常明確，完美的實現(xiàn)了引課目標(biāo)。

較傳統(tǒng)實驗(如“單擺碰鼻”實驗，“過山車”實驗等)該引入不僅具有生動性，體現(xiàn)學(xué)生的參與性，而且囊括了機(jī)械能的各種形式，較快的運(yùn)、動過程用軌跡也得以體現(xiàn)，有助于分析。

2.2

探究實驗

用單擺實驗探究：只有重力做功時，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。該實驗的原理是：在單擺擺動過程中測出物體的動能(測V)和重力勢能(測h)，驗證物體處處機(jī)械能不變，是守恒的。

本節(jié)課所設(shè)計的實驗是傳統(tǒng)的單擺實驗及用打點計時器探究落體運(yùn)動中機(jī)械能守恒實驗的改進(jìn)。傳統(tǒng)的單擺實驗只適合定性分析，定量測量很困難。而傳統(tǒng)的落體運(yùn)動實驗雖然可以借助打點計時器和紙帶測量出物體的動能，但缺點一是誤差大，二是實驗操作時間和數(shù)據(jù)處理時間都比較長，作為探究規(guī)律的課堂演示實驗都不合適。在實際教學(xué)過程中筆者將傳統(tǒng)的單擺實驗和Dis技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合。最核心的內(nèi)容是用Dis技術(shù)解決單擺物體各位置的速度測量問題。在實際實驗中對看似簡單的傳統(tǒng)單擺實驗進(jìn)行了創(chuàng)新。

首先，將單擺懸掛于黑板平面(如圖3)，而非懸掛于鐵架臺。這樣做的優(yōu)點是：①以黑板平面為參考釋放物塊，避免形成圓錐擺，以減小測量誤差；②便于在黑板上描繪單擺的運(yùn)動軌跡，以便于在實驗中方便測量高度；③便于放置光電門(實驗中用雙面膠將光電門粘于黑板平面，易粘且易取。)；④有黑板片面作為參考，學(xué)生更容易觀測單擺運(yùn)動。

其次，關(guān)于擺球的處理和光電門放置的竅門。利用光電門傳感器可以測量物體通過光電門的遮光時間，再用物體的寬度除以該時間，算出平均速度，近似代表物體通過該處的瞬時速度。傳統(tǒng)的單擺是用小球作為擺動物體的。在實際實驗中，由于光電門放置時很難精確做到使小球的直徑AB(如圖4)恰好通過光電門的紅外線發(fā)射、接受孔CD，而往往是A'B'為遮光寬度。計算時卻用直徑來計算速度，相對誤差很大，導(dǎo)致實驗結(jié)論錯誤。筆者對實驗進(jìn)行了。改進(jìn)：用圓柱體(砝碼)代替小球，同時將光電門對準(zhǔn)懸點放置(如圖5)。這樣即使光電門放置時位置稍有偏差(圖中C'D')，也能保證每次遮光寬度為圓柱體直徑，大大減少了測量誤差。

最后，關(guān)于電腦操作和數(shù)據(jù)處理。本實驗中物塊初始釋放時位置不好，極易形成圓錐擺，故實驗單擺操作部分由老師完成，而Dis數(shù)據(jù)采集由學(xué)生輔助完成。雖然只是課前幾句簡單的交代，學(xué)生便能使用朗威軟件配合老師完成每次測量(如圖6)。在實驗過程中，由于物塊放置時的偏差，出現(xiàn)了錯誤數(shù)據(jù)，學(xué)生競能用右鍵在軟件的特定選項中進(jìn)行刪除。在學(xué)生利用軟件測量數(shù)據(jù)時其水平大大出乎筆者的意料。最后利用exce[軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并擬合出E-h圖像。實際教學(xué)中該實驗相當(dāng)成功。

2.3應(yīng)用舉例

利用機(jī)械能守恒定律解決實際問題由習(xí)題和實驗兩部分組成。其中的實驗是傳統(tǒng)的“雙錐上坡”實驗(如圖7)。在討論過程中，假設(shè)錐和坡間的阻力影響可以忽略，根據(jù)機(jī)械能守恒的條件，判定系統(tǒng)的機(jī)械能應(yīng)是守恒的，而實驗卻明明顯示錐體向上行，學(xué)生感到困惑，是守恒條件判斷錯誤?還是能量變多了?傳統(tǒng)實驗，魅力無窮!最后通過flash動畫，學(xué)生知道：原來錐體上行過程中，重心實際是降低的。該實驗不僅使學(xué)生加深了對機(jī)械能守恒條件的理解，同時使學(xué)生的能量守恒的思想得到進(jìn)一步加深。

機(jī)械能守恒定律這一課對傳統(tǒng)實驗和新技術(shù)的整合比較到位，課堂效果很好。

3 結(jié)語

Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實驗的結(jié)合，就是以實驗為先導(dǎo)，數(shù)理分析為輔助，將物理實驗加數(shù)學(xué)分析的實驗研究方法，用傳統(tǒng)實驗與數(shù)字化實驗的整合，展現(xiàn)在課堂教學(xué)之中，這樣會有效的提高物理實驗教學(xué)的質(zhì)量。