DIS在高中物理實驗教學中的應(yīng)用探索

陳琪

【摘 要】本文針對物理 DIS 實驗系統(tǒng)的應(yīng)用實踐進行探討，將之和傳統(tǒng)實驗進行分析比較，使讀者更加深入地了解 DIS 實驗系統(tǒng)，并運用這種系統(tǒng)來輔助實驗教學，以便更好地提高物理實驗教學質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】物理實驗教學 DIS實驗系統(tǒng) 應(yīng)用探索

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）11B-0066-03

隨著時代發(fā)展，高中物理新課標給科學研究及實驗能力的發(fā)展指出新的方向——將信息技術(shù)應(yīng)用于實驗教學。物理 DIS 實驗教學就是其中一個例子，它是運用現(xiàn)代信息技術(shù)進行學習的一種實驗教學手段。信息技術(shù)能夠快速采集數(shù)據(jù)、運算和分析數(shù)據(jù)，對豐富課堂內(nèi)容，提高實驗效率，增加教學趣味性具有一定意義。

新課標要求教育要“以學生發(fā)展為本”。作為學生學習的引導者，教師的責任越來越大，要求越來越多。不僅要授人以“魚”，而且還要授人以“漁”，更要因人授“漁”。在教學過程中要增加學生的體驗與感悟，著眼于探究知識和構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)，讓學生介入教學資料的整理過程中，培養(yǎng)學生搜集和整理資料的能力，激發(fā)學生創(chuàng)新的熱情和實踐能力。在具體教學中，我們要借助正確的物理實驗手段，使學生理解物理概念，了解事物的表象，認清事物的本質(zhì)，明白課本上的知識和具體生活中遇到的現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，學會用理論來指導實踐。因此，DIS 的應(yīng)用為實現(xiàn)現(xiàn)代教學目標提供了便利，符合新課改要求。

對于有一定物理教學經(jīng)驗的教師，都會有這樣的體會，傳統(tǒng)物理實驗的很多方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在化教學的要求。比如，在做多種物理量測量的相關(guān)實驗，大多是靠虛擬或仿真的方式來完成，因為實驗儀器基本存在精度不高，誤差較大、不能重復，實驗得到的相關(guān)數(shù)據(jù)可信度不高等問題。這些實驗儀器使用起來極為不便，不僅費時費力，而且還在很大程度上影響學生對物理現(xiàn)象的深入理解，降低教學質(zhì)量和效率。尤其對聲學、光學、運動學、磁學等方面的基本數(shù)據(jù)的獲取比較困難，因此DIS的出現(xiàn)能夠很好地彌補傳統(tǒng)實驗的不足。

一、DIS 實驗系統(tǒng)應(yīng)用于實驗教學的特點

DIS 是 Digital Information System 三個詞的縮寫，DIS 是“數(shù)字化信息系統(tǒng)”的簡稱。作為現(xiàn)代化的教學手段，DIS 應(yīng)用于實驗有以下特點：

（一）數(shù)據(jù)精度高。DIS 實驗系統(tǒng)采用的傳感器和采集器能夠有效提高數(shù)據(jù)的準確性，傳統(tǒng)的實驗系統(tǒng)使用的實驗設(shè)備，數(shù)據(jù)難讀取，誤差較大等，導致實驗不夠精確，比如以前彈簧秤的使用，不同的人可能測出不同的數(shù)據(jù)，DIS 實驗系統(tǒng)能用壓力傳感器代替，打點計時器可以用光電門代替等，避免使用傳統(tǒng)實驗中誤差較大的實驗設(shè)備和器材，能夠有效提高數(shù)據(jù)準確性。也因為 DIS 實驗系統(tǒng)具有準確性高的優(yōu)勢，所以這種現(xiàn)代化的實驗方法得到了較快的普及，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于聲、光、電、磁、力等方面的實驗中。

（二）DIS 實驗系統(tǒng)讓實驗速度更快，數(shù)據(jù)更豐富。在傳統(tǒng)實驗中，實驗員把大量的時間用在了數(shù)據(jù)的讀取、記錄、公式運算和圖線描繪中，而除了一些各種參數(shù)的改變需要緩慢變化的實驗以外，這些步驟在 DIS 實驗系統(tǒng)中都可以用計算機代替，因而加快了實驗的速度，使實驗在非常短的時間里能夠完成更多實驗數(shù)據(jù)采集。實驗得到的數(shù)據(jù)越多，實驗的結(jié)果越具有科學性和真實性。這正是 DIS 實驗相比于傳統(tǒng)實驗系統(tǒng)的優(yōu)勢所在。

（三）DIS 中傳感技術(shù)的應(yīng)用對于測量方面具有跨時代意義，它能夠完成很多傳統(tǒng)實驗無法完成的任務(wù)。DIS 實驗能夠應(yīng)用自身的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計和完成一些比較抽象、對數(shù)據(jù)的質(zhì)與量要求比較高的實驗，比傳統(tǒng)實驗更具優(yōu)勢。如，在“驗證牛頓第三定律”的時候，以前的實驗只能借助于兩個彈簧秤，讓學生通過拉伸，看彈簧秤上的數(shù)據(jù)是否一致。依靠 DIS 的方法，不僅能夠借助兩個力傳感器得到準確數(shù)據(jù)，而且還能觀測到實驗過程中不斷變化的過程數(shù)據(jù)，能夠完成多種數(shù)據(jù)的瞬間切換。不管是處于勻速、加速還是瞬間碰撞，都能夠準確記錄整個動態(tài)過程。學生能夠看到作用力與反作用力在各個時段的數(shù)據(jù)變化，因此更能激起學生的學習興趣。DIS 實驗系統(tǒng)對于微小電信號也能夠準確捕捉，能夠完成傳統(tǒng)實驗無法做到的擴展性實驗，如在對人體導電的觀測、水果電池等。

二、DIS 在新課程教學中的應(yīng)用舉例

（一）最大靜摩擦力實驗。摩擦力是高中學生入學后遇到的首個難題，因為摩擦力問題具有自身的復雜性、多樣性、不易分辨性，即使有初中學習的基礎(chǔ)，但對于高中生來說，要想準確、全面、系統(tǒng)地搞清楚摩擦力的內(nèi)涵和外延還是有較大的難度，這就給我們的實驗提出了較高的要求。傳統(tǒng)的實驗手段顯然不能滿足我們的教學要求，DIS 實驗系統(tǒng)就展現(xiàn)了明顯優(yōu)勢：一是體現(xiàn)在觀測最大靜摩擦力大于同條件下的滑動摩擦力的時候；二是能全面展現(xiàn)滑動摩擦力的決定因素，滑動摩擦力的大小不僅跟物體的重量有關(guān)系，而且還與接觸材料及接觸面的粗糙程度有關(guān)系，與接觸面積無關(guān)；三是能夠超越傳統(tǒng)，鍛煉學生的動手能力。

（二）驗證牛頓第三定律實驗。傳統(tǒng)的教學中我們經(jīng)常采用兩個彈簧對拉的方式來驗證相互作用力之間大小相等、方向相反的關(guān)系。在具體教學過程中，經(jīng)常存在這樣的問題，因為彈簧秤較小，不容易觀測到實驗數(shù)據(jù)，當我們用投影放大之后，影響了實驗的精度，繼而影響了實驗的可信度；再者，傳統(tǒng)實驗只能展現(xiàn)靜態(tài)過程，無法完成動態(tài)過程的監(jiān)測，也就無法驗證在動態(tài)的加速或者減速的過程中，作用力與反作用力是否一致，限制比較多，造成實驗不夠精準，甚至出現(xiàn)偏差，也不能有效吸引學生的注意力。我們使用 DIS 系統(tǒng)來進行實驗可以彌補以上不足。endprint

三、利用 DIS 做好實驗的基本要求

運用 DIS 系統(tǒng)做實驗具有明顯優(yōu)勢，但是因為很多老師已經(jīng)習慣于傳統(tǒng)的實驗方式，他們對傳統(tǒng)的實驗方式已經(jīng)有了成熟的經(jīng)驗，對新方法會有本能抗拒，感覺無所適從，不知道如何下手，甚至認為 DIS 實驗過于復雜，沒有必要。在這里我們要做好 DIS 實驗，應(yīng)該做好以下準備。

（一）改變觀念，正確認識 DIS 實驗是課堂教學輔助工具。物理學與實驗是分不開的，我們是通過實驗來得出物理現(xiàn)象的規(guī)律的，物理教學離不開實驗，實驗是保證物理教學質(zhì)量的重要手段，因此，教師掌握有效的實驗教學工具是非常有必要的。 DIS 系統(tǒng)對物理學科的教學具有明顯優(yōu)勢，是幫助學生探索世界的新工具，能夠擴展教學內(nèi)容，讓學生產(chǎn)生興趣。但是，在教學的過程中，老師也要注意，課堂上還是要以教學為主，以引導為主，避免過度運用 DIS 技術(shù)，讓學生對技術(shù)的注意多于對知識的注意和掌握。

（二）DIS 實驗并不否認傳統(tǒng)實驗。傳統(tǒng)物理實驗要求學生正確使用儀器進行觀察、測量、讀數(shù)和處理數(shù)據(jù)，此過程培養(yǎng)了學生的統(tǒng)計能力、制圖能力和利用數(shù)學方法解決物理問題的能力。DIS 實驗借助各種傳感器采集、記錄肉眼無法觀察到的細微變化、瞬間變化的實驗數(shù)據(jù)，可以滿足學生的好奇心，從而加強對知識的理解。但有些實驗還是用傳統(tǒng)方式來做更加直觀，如力的合成與分解實驗，力的大小用彈簧秤來測量比用力傳感器測量要方便；研究恒定電路中電流、電壓的變化，只要記錄少量數(shù)據(jù)，也不必要用電流、電壓傳感器來代替普通的指針式電表。所以 DIS 實驗和傳統(tǒng)實驗并不排斥，而是相互補充，這樣實驗對學生能力的培養(yǎng)才能發(fā)揮最大優(yōu)勢。

（三）DIS 實驗應(yīng)實現(xiàn)與傳統(tǒng)教學有效融合，發(fā)揮各自優(yōu)勢。我們提倡 DIS 實驗教學，即使這種現(xiàn)代化的教學方法具有明顯優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)實驗也有自身特點，DIS 實驗數(shù)據(jù)依然來自傳統(tǒng)的實驗方式，比如對磁鐵、螺線管、氣墊導軌等的實驗數(shù)據(jù)，仍然采用傳統(tǒng)的方式獲取，如傳統(tǒng)的自感現(xiàn)象演示儀、向心力演示器等繼續(xù)使用在我們的實驗教學中。我們應(yīng)該將傳統(tǒng)教學與 DIS 實驗教學進行有效融合，發(fā)揮各自優(yōu)勢，運用好信息技術(shù)采集及分析動態(tài)、復雜的數(shù)據(jù)的特點。例如，教師在進行“自感現(xiàn)象”教學時，雖然采用的還是自感現(xiàn)象演示儀，但是在數(shù)據(jù)的處理上，卻是借助信息化的手段，演示的不是傳統(tǒng)的電表，取而代之的是 DIS 電流傳感器和電壓傳感器，這就是一個較好融合傳統(tǒng)教學與現(xiàn)在信息化教學的例子。以前自感過程需要依靠小燈泡的明滅，以及電表的擺動展示過程變化，信息化教學能夠通過記錄整個動態(tài)過程，以圖像的方式展現(xiàn)更多的信息，加深學生理解。我們再來舉一個“彈簧振子擺動實驗”的例子，也是通過傳統(tǒng)的彈簧振子演示器觀察現(xiàn)象，采用 DIS 系統(tǒng)來搜集數(shù)據(jù)，形成過程記錄。DIS 應(yīng)用于物理實驗，不是完全摒棄傳統(tǒng)的實驗工具，而是在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷改進、提高、延伸，進而發(fā)揮更大的效用。

我們相信 DIS 實驗教學，能夠有效培養(yǎng)學生的動手、動腦能力，讓學生從被動接受到主動實踐，充分發(fā)揮學生主觀能動性。在掌握物理知識的過程中，培養(yǎng)他們探索真知的科學精神。我們通過工具完成我們自身無法完成的實驗，是我們不斷向前的標志。現(xiàn)代化教學要求我們調(diào)整我們的教學標準，創(chuàng)新我們的教學理念，豐富我們的教學手段，由傳統(tǒng)的“教”與“學”的關(guān)系，轉(zhuǎn)化為引導、合作、協(xié)助的互動教學，讓興趣引導學生利用工具，解開知識的神秘面紗，了解事物內(nèi)在聯(lián)系。

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【作者簡介】陳 琪，男，南寧市第二中學物理教師。

（責編 盧建龍）endprint