應(yīng)用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理教學(xué)的實踐研究

◎溫京

引言：我國新一輪信息技術(shù)高中物理課程改革，特別是基于傳感器和課程整合的數(shù)字化實驗室提出了明確的要求，高中物理教材和“做”等欄目的示范性實驗已經(jīng)出現(xiàn)在數(shù)字實驗系統(tǒng)應(yīng)用的具體案例中。數(shù)字實驗系統(tǒng)是實驗的開放平臺，多功能傳感器和計算機測量系統(tǒng)可以獨立或與傳統(tǒng)的儀器實驗相結(jié)合，使計算機完成數(shù)據(jù)的采集，計算，分析，并顯示實際的實驗結(jié)果。說到底，DIS物理實驗對高中物理實驗教學(xué)有什么影響？

自2002年以來，我國逐漸采用數(shù)字化實驗的方法，至今已有十幾年的發(fā)展歷程，在數(shù)字化實驗教學(xué)的研究時期大部分來自一線教師，研究與實踐教學(xué)緊密結(jié)合，這些研究大多局限于一個單一的實驗，不是普遍的；數(shù)字化實驗與傳統(tǒng)實驗的比較研究以及數(shù)字化實驗在探究式教學(xué)中的應(yīng)用也有一定的研究，目前，數(shù)字化教學(xué)研究取得了一些成果，但在實際教學(xué)中仍存在一些問題。

一、問題的提出

DIS傳感器的引入豐富了學(xué)生的實踐經(jīng)驗。表面上，借助傳感器，實驗操作已經(jīng)減少，使學(xué)生更容易掌握。因此，我認(rèn)為使用傳感器應(yīng)該是非常好的，通過這種實驗設(shè)計可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的自主實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新能力。DIS實驗系統(tǒng)為學(xué)生提供了一個更廣闊的發(fā)展空間，使用數(shù)字信息系統(tǒng)實驗可以培養(yǎng)學(xué)生思考和探究的能力。利用信息技術(shù)學(xué)習(xí)和拓展知識的能力；分析數(shù)學(xué)圖形，分析和判斷復(fù)雜物理現(xiàn)象的能力；自主探究創(chuàng)新能力的培養(yǎng)可以更加深刻和廣泛。

二、主要概念界定

1.DIS實驗DIS是英文digital information system三個詞的縮寫，也是數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡稱。DIS實驗是指運用朗威數(shù)字化信息技術(shù)手段來做物理實驗。

2.物理教學(xué)方式指體育教學(xué)中完成教學(xué)任務(wù)和使用的方法和策略，它包括教師物理教學(xué)的方法和學(xué)生學(xué)習(xí)物理方法，是教師引導(dǎo)學(xué)生掌握的知識，技能和方法，然后是獲得身心發(fā)展和相互活動的方法。

3.實驗研究 指通過在物理實驗教學(xué)中以DIS實驗為基礎(chǔ)開展物理教學(xué)活動，總結(jié)與傳統(tǒng)物理教學(xué)的差異，認(rèn)識以DIS實驗為基礎(chǔ)的物理教學(xué)方式的優(yōu)勢與不足，從而更好地為物理教學(xué)服務(wù)。

三、理論依據(jù)

1.教學(xué)過程最優(yōu)化理論 教學(xué)過程優(yōu)化是指在教學(xué)規(guī)律，現(xiàn)代教學(xué)形式和方法的條件下，綜合考慮教學(xué)系統(tǒng)的特點和內(nèi)外部條件的綜合考慮，教學(xué)過程控制的組織，確保標(biāo)準(zhǔn)的過程必須是最有效的角色。教學(xué)過程的優(yōu)化還可以具體理解為教師選擇合理的體現(xiàn)教養(yǎng)，教學(xué)與教學(xué)相結(jié)合的發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上在自己的條件范圍內(nèi)采取最有效的教學(xué)方法和教學(xué)組織形式，使每個學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能得到最大限度地發(fā)揮，使教育教學(xué)能夠達到最佳效果。教學(xué)過程優(yōu)化理論主要基于如何提高教育教學(xué)過程的效率，努力以最小的成本達到教育教學(xué)的最佳效果?；贒IS實驗的新型物理教學(xué)方法，試圖盡可能地研究如何優(yōu)化物理教學(xué)過程。

2.數(shù)字化學(xué)習(xí)理論 以數(shù)字化學(xué)習(xí)為核心的信息技術(shù)與課程的整合，不同于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，具有如下鮮明的特點：①學(xué)習(xí)是以學(xué)生為中心的，學(xué)習(xí)是個性化，能滿足個體需要的；②學(xué)習(xí)是以問題或主題為中心的；③學(xué)習(xí)過程是進行通訊交流的，學(xué)習(xí)者之間是協(xié)商的、合作的；④學(xué)習(xí)是具有創(chuàng)造性和再生性的；⑤學(xué)習(xí)是可以隨時隨地終身的。

DIS的出現(xiàn)給教學(xué)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。如何進行變革的觀念，進一步研究教學(xué)過程中的各個環(huán)節(jié)，使DIS實驗教學(xué)更加有針對性和有效性，逐步加強對學(xué)生科學(xué)方法的培養(yǎng)和科學(xué)精神的培養(yǎng)，科學(xué)探究的能力。這是一個不能被視為一線物理教師的問題。

利用DIS實驗，我們要逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)方法，教師的教學(xué)方法和師生互動的轉(zhuǎn)化，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生的學(xué)習(xí)開發(fā)提供豐富多彩的教育環(huán)境和強大的學(xué)習(xí)工具。下面我將討論DIS實驗在改進物理教學(xué)方法上的兩個優(yōu)點。

（1）DIS實驗與傳統(tǒng)實驗相比效率更高，提高了物理教學(xué)的效率。傳統(tǒng)的實驗是一個很大的問題，探索的學(xué)生大部分時間都花在記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)計算繪圖等方面，往往沒有時間鉆研，得出物理定律的結(jié)論。DIS實驗儀使用簡單，操作方便快捷，數(shù)據(jù)采集單元可以在很短的時間內(nèi)將所有記錄并傳輸?shù)接嬎銠C，大量的數(shù)據(jù)處理直接通過配套軟件進行。在實驗中，計算機完成錄音，計算繪圖，學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)數(shù)據(jù)進行探索，研究和推測。所以有更多的時間空余，方便學(xué)生更多的觀察物理現(xiàn)象，體驗過程的體驗，探索物理規(guī)律，生活與實際生產(chǎn)密切相關(guān)，這有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，探索解決問題的能力，也是提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效率。

（2）DIS豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，有利于學(xué)生進行自主探究。新課程改革要求教學(xué)要向自主學(xué)習(xí)，合作學(xué)習(xí)，探究學(xué)習(xí)的方向發(fā)展。興趣是學(xué)生獨立探索的內(nèi)在動力。他們愿意探索那些令他們感興趣的東西。DIS實驗的基本組件是位移，速度，溫度，電流，電壓和其他傳感器。這些傳感器是進行物理實驗的必要工具。教師可以使用DIS并配套特殊的通用實驗軟件，自主設(shè)計實驗，學(xué)生也可以利用這些進行獨立探索。

DIS實驗是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的催化劑，也是培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，探索能力和創(chuàng)新能力的重要舉措。培養(yǎng)學(xué)生實踐經(jīng)驗，自主探究，合作交流的能力是有益的。

數(shù)字實驗系統(tǒng)是一種新型的軟硬件集成實驗系統(tǒng)，它具有多種類型的傳感器，多路數(shù)據(jù)采集單元，各種獨立操作的平臺和功能強大的圖像處理系統(tǒng)，實現(xiàn)了實驗方法，測量數(shù)字實時渲染，可視化規(guī)律的現(xiàn)象，測量操作的簡化，在信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)相結(jié)合的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的真實實驗，同時超越傳統(tǒng)的延續(xù)。

結(jié)語：總之，在物理教學(xué)中使用DIS可以使事物和現(xiàn)象在實驗過程中改變，使科學(xué)變革瞬息萬變，使傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法難以完成的實驗變得簡單直觀，激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，提高實驗教學(xué)的主體性和象似性，同時培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，實踐能力和創(chuàng)新探索能力，合作共享能力。DIS是當(dāng)今社會進步的產(chǎn)物，具有明顯的時代性，作為新時代中學(xué)生，他們需要學(xué)習(xí)如何利用現(xiàn)有的先進技術(shù)更好地為我們服務(wù)，最終創(chuàng)造更多有價值的東西，如何更好地發(fā)揮作用值得我們?nèi)嵺`。

［1］上海市延安中學(xué).朱曉波《高中物理DIS實驗教學(xué)研究》2007.3

［2］南京師大附中.王峰《貫徹新課程理念，提高物理DIS實驗教學(xué)質(zhì)量——以摩擦力實驗教學(xué)為例》

［3］蔡秋《DIS實驗在中學(xué)物理教學(xué)中應(yīng)用》物理教學(xué)2004.8 26卷第8期