淺談DIS實驗在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

耿慶忠

【摘 要】近幾年隨著國家新課程改革的逐步推進(jìn)和信息化教育技術(shù)的快速發(fā)展，DIS（數(shù)字化實驗）已在高中教學(xué)中普及，但在初中還處在起步階段。筆者通過DIS（數(shù)字化實驗）在初中物理課堂教學(xué)中若干案例的實踐研究，積極探索DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)在初中物理課堂教學(xué)特別是實驗教學(xué)所帶來的作用、使用方法和效果。

【關(guān)鍵詞】初中物理；實驗教學(xué)；DIS（數(shù)字化實驗）

物理實驗是物理學(xué)的根基，是學(xué)生理解物理概念、掌握物理規(guī)律的基本手段。但傳統(tǒng)實驗存在一些不足，DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)能實時記錄實驗數(shù)據(jù)并及時進(jìn)行處理和分析，呈現(xiàn)物理動態(tài)變化的過程，在探索物理規(guī)律方面，有著一些傳統(tǒng)實驗無法比擬的優(yōu)勢。本文通過DIS（數(shù)字化實驗）在初中物理課堂教學(xué)中若干案例的實踐研究，積極探索DIS（數(shù)字化實驗）設(shè)備在初中物理課堂教學(xué)中運(yùn)用的方向與模式。

一、數(shù)字化實驗系統(tǒng)簡介

數(shù)字化實驗系統(tǒng)簡稱DIS，是Digital Information System的縮寫。是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實驗軟件包（教材專用軟件、通用擴(kuò)展軟件）+計算機(jī)”構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功地克服了傳統(tǒng)物理實驗儀器的諸多弊端， 有力地支持了信息技術(shù)與物理教學(xué)的全面整合。傳感器主要包括電流、電壓、壓強(qiáng)、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門等多種傳感器。它們的主要功能是：實時地動態(tài)地測量各種物理量并把他們統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成電信號送入數(shù)據(jù)采集器。并且，多種傳感器可以組合使用。教材專用軟件主要是針對物理教材中的實驗研發(fā)而成，它可以完成中學(xué)物理教材中幾乎所有的演示實驗和學(xué)生實驗，簡潔、易用，更貼近課堂教學(xué)；教材通用軟件，可以自行設(shè)定許多功能，如組合、顯示、分析計算、曲線擬合等擴(kuò)展功能，因而更適于探索研究。

二、DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

1.發(fā)揮DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)在物理實驗中實時測量并記錄數(shù)據(jù)，便于展示測量數(shù)據(jù)在過程中的變化的優(yōu)勢

傳統(tǒng)實驗中使用的部分儀器設(shè)備，存在著精度低、可靠性差、系統(tǒng)誤差大等缺點。DIS（數(shù)字化實驗系統(tǒng)）的計數(shù)頻率高，可達(dá)每秒20次，因此，傳感器能捕捉到常規(guī)儀器不易捕捉的瞬間變化的物理量。結(jié)合計算機(jī)軟件可將測量對象在整個過程中的變化情況更便捷、清晰的展現(xiàn)出來。

案例一：伏安法測小電燈的電阻

在“伏安法測小電燈的電阻”的教學(xué)中，在用電壓表、電流表和滑動變阻器做完實驗，并引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出“燈絲的電阻與隨溫度的升高而增加”結(jié)論后，筆者將電流表換成電流傳感器接入電路，電流傳感器捕捉到了電路接通瞬間電流的變化情況，如圖1所示，由圖1可看出，通過燈絲的電流在0.1s的時間內(nèi)由零變到0.74A又迅速減小為0.37A并保持不變。從而說明燈絲的冷態(tài)電阻比正常工作時要小，很顯然，電流的這種瞬間變化用普通的電流表根本就觀察不到。

案例二：測量摩擦力

學(xué)習(xí)簡單力學(xué)知識的過程中，學(xué)生對摩擦力尤其是靜摩擦力理解上有困難，傳統(tǒng)實驗使用彈簧測力計測量，由于滑塊在作變速運(yùn)動時示數(shù)不穩(wěn)定，難于甚至無法讀數(shù)，且在較為粗糙的接觸面上，用測力計拉動滑塊，每時每刻的示數(shù)差異較大。由于教材上的實驗設(shè)計存在著上述缺陷，故教師在教學(xué)過程中困難重重，無法圓滿解釋學(xué)生提出的問題。對此我們可以使用力傳感器進(jìn)行測量，實時顯示在教室大屏幕上，幫助學(xué)生理解概念。過程如下：

（1）將力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器；

（2）調(diào)節(jié)傳感器窗口為“示波”顯示；

（3）木塊（加配重塊）放置在斜面板上，用小細(xì)繩連接傳感器的測鉤與木塊，保持水平方向緩慢拉動，待木塊開始運(yùn)動后停止拉動；

（4）點擊“停止”，在圖2所示的實驗圖線上找出代表靜摩擦力及最大靜摩擦力的部分；

（5） 根據(jù)實驗結(jié)果，分析拉動木塊過程中受力情況。

2.發(fā)揮發(fā)揮DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)在物理實驗中測量精度高、靈敏度好，節(jié)省數(shù)據(jù)處理時間的優(yōu)勢

物理教學(xué)在研究包含大量數(shù)據(jù)的物理規(guī)律時，傳統(tǒng)實驗因數(shù)據(jù)繁瑣，加之缺乏有效的手段來處理數(shù)據(jù)，所以就不得不放棄對大量實驗數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究，而數(shù)據(jù)數(shù)量少又有背科學(xué)研究的規(guī)律，由此草率得出的結(jié)論自然難以令人信服。DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理方式和記憶功能，為學(xué)生進(jìn)行多組實驗采集和處理節(jié)約了時間， 使在大量數(shù)據(jù)下形成的規(guī)律更具科學(xué)性。

案例三：固體熔化時的溫度變化規(guī)律

本實驗用海波為材料，最大的難點是海波比熱較小，實驗過程中每隔0.5分鐘讀一次溫度計，溫度計示數(shù)都在上升，所以很難得出晶體熔化溫度不變的結(jié)果。利用DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)，把溫度計換成溫度傳感器，用朗威？遠(yuǎn)紅外加熱器進(jìn)行加熱，通過數(shù)據(jù)采集器傳輸在電腦中，并將所測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像如圖3-1、3-2

根據(jù)實驗現(xiàn)象，不但能歸納出晶體和非晶體的特點，還能歸納出它們?nèi)刍湍痰囊?guī)律。

案例四：電流與電壓和電阻的關(guān)系

本實驗是通過測量數(shù)據(jù)推導(dǎo)出電流與電壓和電阻的關(guān)系的，但由于課堂時間有限，無法完成多組實驗數(shù)據(jù)的測量和計算，所以得出的結(jié)論的科學(xué)性會受到質(zhì)疑，改用電流、電壓傳感器，配合相應(yīng)軟件將所測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，同理，很容易得出電流與電壓和電阻的關(guān)系規(guī)律。

三、DIS（數(shù)字化實驗）系統(tǒng)在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用的思考

從以上的初中物理課堂教學(xué)的部分案例中我們可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化實驗系統(tǒng)精度高，搭建簡單，因此能夠完成一些傳統(tǒng)實驗較難完成的探究實驗。傳感器采集數(shù)據(jù)和軟件自動分析的過程能夠減少手工作圖和數(shù)據(jù)分析的麻煩，使探究實驗更簡單易行，更有趣味性。數(shù)字化實驗拓展了學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的空間，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的合作意識和創(chuàng)造能力。

總之，在物理課堂教學(xué)中使用數(shù)字化實驗系統(tǒng)，能夠體現(xiàn)新課標(biāo)對初中物理教學(xué)的要求，符合學(xué)生認(rèn)知，體現(xiàn)自主探究特點的數(shù)字化實驗是學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的有力工具。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顏浩，陶本友.DIS實驗系統(tǒng)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].實驗教學(xué)與儀器，2014.05：11-13