DIS實(shí)驗(yàn)在高中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究

摘 要：分析了傳統(tǒng)高中物理儀器設(shè)備的不足和DIS實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)，研究了DIS實(shí)驗(yàn)在物理課堂教學(xué)中的作用，表明利用DIS實(shí)驗(yàn)可使學(xué)生形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式的多樣化、科學(xué)的分配教學(xué)時(shí)空、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)探究、促進(jìn)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的改變。

關(guān)鍵詞：DIS實(shí)驗(yàn) 傳感器 優(yōu)點(diǎn) 課堂教學(xué)作用

中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（c）-0168-01

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理教學(xué)中怎樣體現(xiàn)這一學(xué)科特性是新課程標(biāo)準(zhǔn)理念下高中物理教學(xué)改革的重要內(nèi)容。隨著新課程改革的推進(jìn)，DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)逐漸成為物理教學(xué)“新式武器”和學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的“技術(shù)平臺(tái)”。

DIS是數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，是利用傳感器獲取信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集器由計(jì)算機(jī)對(duì)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)和圖形處理的數(shù)字化技術(shù)平臺(tái)[1]。DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了物理教學(xué)和信息技術(shù)的整合，是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的一種手段，是物理新課改的一個(gè)亮點(diǎn)。

1 傳統(tǒng)中學(xué)物理儀器設(shè)備的不足

傳統(tǒng)高中物理儀器設(shè)備很難表現(xiàn)一些物理教學(xué)中的新科學(xué)現(xiàn)象，成為阻礙實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量提高的瓶頸[2]。主要表現(xiàn)在：多種物理量的測(cè)量手段欠缺，例如在聲學(xué)、光學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、磁學(xué)實(shí)驗(yàn)所要求的基本數(shù)據(jù)較難獲取，往往靠虛擬或仿真加以代替；儀器設(shè)備普遍精確度較低，計(jì)數(shù)有誤差，可重復(fù)性差，影響學(xué)生對(duì)物理規(guī)律的深入理解；儀器設(shè)備的讀數(shù)僅靠人眼觀察，手工記錄，操作耗時(shí)費(fèi)力，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率低下；傳統(tǒng)的高中儀器設(shè)備品種少、技術(shù)含量低、功能弱、性能不穩(wěn)定、精確度、精密度低。

2 DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比的優(yōu)點(diǎn)

2.1 傳感器靈敏度高

高靈敏度的傳感器使很多普通高中物理儀器無(wú)法測(cè)得的數(shù)據(jù)較好地顯現(xiàn)出來(lái)，提高了教學(xué)的效果。如用超聲波測(cè)距儀測(cè)量房屋的長(zhǎng)度時(shí)，只需用一個(gè)超聲波測(cè)距儀靠在墻上，對(duì)準(zhǔn)對(duì)面的墻壁，按下按鈕，屏幕上立即就能顯示距離的數(shù)值，測(cè)量值可以精確到0.1 cm。

2.2 精確度高，易操作

數(shù)字化、信息化技術(shù)給物理量的測(cè)量帶來(lái)了革命性的變化，不僅簡(jiǎn)單方便，而且減少了主觀判斷引起的誤差，測(cè)量精度高、誤差小。

2.3 數(shù)據(jù)處理快

DIS實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理是由計(jì)算機(jī)完成的，大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以在瞬間處理完畢，可以把學(xué)生從大量的計(jì)算中解脫出來(lái)。

2.4 效率高

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是直觀、效率高。例如，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究自由落體運(yùn)動(dòng)大約用時(shí)15 min，DIS大約2 min就探究出了自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，并測(cè)出了加速度。

2.5 形象、直觀

利用攝像機(jī)或數(shù)碼相機(jī)將整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程拍攝下來(lái)，再將視頻導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，并與保存的數(shù)據(jù)文件放在同一目錄下，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)視頻和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖像）同步運(yùn)動(dòng)。

3 DIS實(shí)驗(yàn)在高中物理課堂教學(xué)中的作用

物理課堂上用DIS采集真實(shí)數(shù)據(jù)，學(xué)生能夠及時(shí)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果，記錄和處理數(shù)據(jù)快速、便捷，學(xué)生能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間用于實(shí)驗(yàn)研究，深入認(rèn)識(shí)物理現(xiàn)象、理解物理規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生由應(yīng)試型學(xué)習(xí)到探究型學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)變，使教育回歸其本原。

3.1 利用DIS實(shí)驗(yàn)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生形成積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)態(tài)度

DIS實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、靈活，能自動(dòng)、實(shí)時(shí)快捷地采集數(shù)據(jù)并能將其顯示在相應(yīng)的表格里，可以依據(jù)這些數(shù)據(jù)繪制出相應(yīng)的圖像。用DIS實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，容易使學(xué)生感悟到思考問(wèn)題的方向。

學(xué)生公認(rèn)為“最有趣”的牛頓第三定律教學(xué)時(shí)DIS實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果，使“相互作用的力，大小相等方向相反”的規(guī)律直觀的展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生感性認(rèn)識(shí)到“相互作用的兩個(gè)力，大小相等、方向相反的規(guī)律與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)”，輕易地突破教學(xué)的難點(diǎn)。

3.2 利用DIS實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式的多樣化

以“電磁感應(yīng)現(xiàn)象”為例，教材上采用閉合電路所在的空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化來(lái)獲得電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)際上要獲得電磁感應(yīng)現(xiàn)象有多種途徑，學(xué)生可能有多種設(shè)計(jì)思路。使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生的設(shè)計(jì)方案往往會(huì)由于感應(yīng)電流微弱且儀器靈敏度不高、精確度不高而無(wú)法實(shí)現(xiàn)，利用DIS實(shí)驗(yàn)可解決這一困難。如此，既可以采用教材上提供的實(shí)驗(yàn)方案，又可以采用其它方案，實(shí)現(xiàn)了物理課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)方式的多樣化。

3.3 利用DIS實(shí)驗(yàn)科學(xué)的分配教學(xué)時(shí)空，為實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的多樣化提供了時(shí)間和空間

DIS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、處理和圖線描述都由計(jì)算機(jī)完成，師生可以從數(shù)據(jù)讀取、記錄、公式計(jì)算和圖線描繪等簡(jiǎn)單勞動(dòng)中解脫出來(lái)，為實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的多樣化，培養(yǎng)學(xué)生的自主探索研究進(jìn)行廣泛的體驗(yàn)、合作和交流提供了時(shí)間和空間。大量課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)證明：采用DIS實(shí)驗(yàn)只需要3%的時(shí)間用于數(shù)據(jù)處理，40%的時(shí)間用于實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，57%的時(shí)間可用于探索研究。

3.4 利用DIS實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)探究

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所承載的教育功能不僅是讓學(xué)生學(xué)會(huì)物理知識(shí)本身，而且必須有助于培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思維品質(zhì)，能夠?qū)W(xué)生的自主學(xué)習(xí)和自主探究形成有力的支持，DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫貪M足這一要求。

部分學(xué)生不滿足于給定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，他們提出將磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器與位移傳感器組合使用，組合后的新裝置能夠?qū)崟r(shí)描繪出“位移-磁感應(yīng)強(qiáng)度”關(guān)系，利用控制變量法，改變電流強(qiáng)度，依次獲得了多條“位移-磁感應(yīng)強(qiáng)度”關(guān)系圖，進(jìn)一步提高了實(shí)驗(yàn)效率。

3.5 利用DIS實(shí)驗(yàn)有利于促進(jìn)課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的改變

改觀物理教學(xué)，必須建立“以教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)結(jié)構(gòu)，在這種教學(xué)結(jié)構(gòu)中，教師是教學(xué)過(guò)程的組織者、指導(dǎo)者，學(xué)生是教學(xué)的主體，是知識(shí)建構(gòu)過(guò)程的積極參與者，要求充分發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性，讓學(xué)生主動(dòng)、有目的地獲取材料。

科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代教育技術(shù)進(jìn)入課堂，給傳統(tǒng)的物理教學(xué)模式注入了活力。新技術(shù)的引入，是現(xiàn)代化的要求，也是新課程改革的需要。DIS實(shí)驗(yàn)既注重知識(shí)與技能，又強(qiáng)化了過(guò)程與方法，兼顧了情感、態(tài)度、價(jià)值觀的培養(yǎng)，把學(xué)生的主動(dòng)性、積極性充分的調(diào)動(dòng)起來(lái)，促進(jìn)了學(xué)習(xí)方式的改變，促進(jìn)了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)的改變。在物理課堂中應(yīng)合理的使用DIS實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使其更好的為物理課堂教學(xué)服務(wù)，發(fā)揮其最大的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]韓海波.利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改進(jìn)自感演示實(shí)驗(yàn)[J].物理通報(bào)，2011（10）：66-67.

[2]徐海龍.利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重構(gòu)實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].物理通報(bào)，2010（9）：42-44.