DIS實(shí)驗(yàn)在高中物理課堂教學(xué)中的輔助實(shí)例分析

朱瑞珠

摘 要： 本文從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，闡述如何把DISLab儀器設(shè)備這種快捷處理數(shù)據(jù)的儀器與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合，充分發(fā)揮它的長(zhǎng)處，幫助師生提高課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞： DIS實(shí)驗(yàn) 商助物理 輔助實(shí)例

一、傳統(tǒng)教學(xué)遇到的困難

物理學(xué)是一種來(lái)源于生活實(shí)際的學(xué)科，很多規(guī)律定律都是從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)概括出來(lái)的，經(jīng)過(guò)提升去除雜質(zhì)，最后應(yīng)用到生活中的一門(mén)學(xué)科科學(xué)。在這個(gè)過(guò)程中，觀察與思考能力要求很重要，觀察與思考的載體是實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考為什么會(huì)這樣，真實(shí)情況是怎樣，這是在教學(xué)過(guò)程中必須培養(yǎng)學(xué)習(xí)能力與學(xué)習(xí)習(xí)慣。處理數(shù)據(jù)，這是學(xué)生最害怕的事，因?yàn)閷W(xué)生的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力很弱，更何況科學(xué)家們?cè)跀?shù)據(jù)處理時(shí)都是借助電子產(chǎn)品，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程是不能用手計(jì)算的，太煩瑣，還很容易計(jì)算錯(cuò)誤。那么，在課堂上，時(shí)間是有限的，如果數(shù)據(jù)處理時(shí)間占用太多時(shí)間，將影響得出結(jié)論的速度與準(zhǔn)確率，更何況有些實(shí)驗(yàn)需要多次進(jìn)行，不可能是很剛好的數(shù)字，必須尊重科學(xué)，這樣上課效率根本無(wú)法保障。

在這種情況下，DIS實(shí)驗(yàn)處理數(shù)據(jù)技能剛好能幫上大忙。

二、簡(jiǎn)單描述DIS實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是英文Digital information system的縮寫(xiě)，通常翻譯為數(shù)字化信息系統(tǒng)，它是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器與圖形計(jì)算機(jī)（有實(shí)驗(yàn)軟件包）組成的，其中傳感器用來(lái)快速、高精度地實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)采集器。采集器對(duì)傳感器傳輸?shù)碾娦盘?hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分析，然后將結(jié)果傳輸給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件中的專(zhuān)用軟件和通用軟件，以數(shù)值、圖表、曲線等各種方式表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并根據(jù)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、曲線猜想與擬合等各種分析與處理。特點(diǎn)是：處理數(shù)據(jù)速度迅速，在某些實(shí)驗(yàn)中選擇適當(dāng)?shù)能浖芊从橙我鈺r(shí)刻物理量的變化，器件輕小、便于攜帶，在特殊場(chǎng)合如野外也能使用。

DIS實(shí)驗(yàn)有很多現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)軟件包，筆者不再詳細(xì)解說(shuō)。我們有時(shí)可以根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，對(duì)軟件重新組合成適合自己教學(xué)需要的實(shí)驗(yàn)裝置，下面就《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》一課中的探究實(shí)驗(yàn)，利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)重組了一個(gè)裝置，真正充分利用了DIS實(shí)驗(yàn)的快捷、方便，達(dá)到提高課堂教學(xué)效率、調(diào)動(dòng)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的熱情的目的。

三、《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與DIS實(shí)驗(yàn)相比較

1.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)

在高中物理實(shí)驗(yàn)室里，這個(gè)實(shí)驗(yàn)主要使用的儀器是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器配合紙帶重物完成，實(shí)驗(yàn)原理比較簡(jiǎn)單，麻煩的是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，雖然實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單易懂，但對(duì)于不能使用計(jì)算器的學(xué)生來(lái)說(shuō)，計(jì)算能力不強(qiáng)的容易出錯(cuò)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的得出既慢又不準(zhǔn)確，如果需要多次測(cè)量得出結(jié)論，多次反復(fù)計(jì)算在課堂上是不符合實(shí)際的。那么，如何讓學(xué)生既明白實(shí)驗(yàn)原理及處理數(shù)據(jù)的方法，又在課堂上得出多組數(shù)據(jù)讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更有說(shuō)服力呢？傳統(tǒng)教學(xué)有幾種處理方式：（1）課堂上先由理論得出結(jié)論（有的直接得出結(jié)論），并學(xué)會(huì)運(yùn)用定律，老師再另找一個(gè)課時(shí)用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證重物在自由下落過(guò)程中的機(jī)械能守恒。這種方法的不足體現(xiàn)不出實(shí)驗(yàn)出真理的學(xué)科特點(diǎn)。（2）在課堂上給學(xué)生一段時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，得出結(jié)果后再用理論進(jìn)行驗(yàn)證。這種方法看起來(lái)非常完美，但在操作過(guò)程中時(shí)間拖拉很?chē)?yán)重，實(shí)驗(yàn)操作部分不到一分鐘（重物下落本身很快），但一次實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理卻需要至少十分鐘，更何況很大一部分學(xué)生計(jì)算比較慢，容易算錯(cuò)，得不出正確的結(jié)果。

2.利用DIS實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)

針對(duì)上面所述問(wèn)題，如果我們利用DIS實(shí)驗(yàn)進(jìn)行這個(gè)實(shí)驗(yàn)，就能克服數(shù)據(jù)處理的困難。具體方法如下：

實(shí)驗(yàn)器材：光電門(mén)傳感器（2個(gè)），長(zhǎng)金屬板軌道，細(xì)長(zhǎng)形圓柱體重物1個(gè)。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）按上圖把儀器裝備好。（2）讓重物從靜止開(kāi)始下落，豎直地經(jīng)過(guò)兩個(gè)光電門(mén)傳感器。（3）事先在計(jì)算機(jī)里的相應(yīng)軟件上設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)公式，由計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。（4）重復(fù)前面步驟進(jìn)行多次測(cè)量。（5）根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)儀器很簡(jiǎn)單，操作不復(fù)雜，最大的特點(diǎn)是借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合處理，非常方便，避免人工處理的不準(zhǔn)確性，省時(shí)省力，把學(xué)生的注意力集中在實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析方面，學(xué)生興致非常高，可以進(jìn)行無(wú)數(shù)次的驗(yàn)證，這一方法能讓學(xué)生把對(duì)數(shù)學(xué)處理的恐慌降到最低，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的熱情。

注意事項(xiàng)：需要細(xì)心。如重物下落時(shí)務(wù)必保持豎直，否則容易撞到光電門(mén)。再者，重物選擇圓柱體，在下落時(shí)要平動(dòng)、不傾斜。否則容易使光電門(mén)測(cè)到的遮光長(zhǎng)度比直徑長(zhǎng)，那么測(cè)得的瞬時(shí)速度就會(huì)偏大，增加的動(dòng)能也偏大，這就是表格中會(huì)出現(xiàn)增加的動(dòng)能比減少的重力勢(shì)能大的原因。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，這是不可能出現(xiàn)的。

四、結(jié)語(yǔ)

DIS實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)再多，不能完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，特別是對(duì)數(shù)據(jù)處理的能力，也是高考的必考能力之一，所以DIS實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)強(qiáng)調(diào)的側(cè)重點(diǎn)與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)是有區(qū)別的，與教師的教學(xué)目的應(yīng)該互相呼應(yīng)。如果這節(jié)課的教學(xué)目的側(cè)重于原理規(guī)律的獲得，那么可以考慮DIS實(shí)驗(yàn)，畢竟在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室里，一位科研者要得出一個(gè)規(guī)律，是必須經(jīng)常使用計(jì)算機(jī)幫忙處理數(shù)據(jù)的。拋開(kāi)高考的考試目的，對(duì)于簡(jiǎn)單的計(jì)算，可以借助計(jì)算機(jī)得出結(jié)果，何樂(lè)而不為？至于傳統(tǒng)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理能力，必須另外安排時(shí)間讓學(xué)生掌握，在信息化高速發(fā)展的時(shí)代，原始傳統(tǒng)的計(jì)算能力有它必須存在的原因。

參考文獻(xiàn)：

[1]余雪妹.高中物理DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)整合初探.物理教學(xué)探討，2011年第9期上半月.