高中物理DIS實驗與傳統(tǒng)實驗融合的研究
——以機械能守恒定律為例

欒愛民

（江蘇省泰興中學，江蘇泰州 225400）

引言

DIS實驗是Digital Information System的縮寫，意思是“數(shù)字化信息系統(tǒng)”，是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計算機”構(gòu)成的新型實驗系統(tǒng)。通過DIS實驗可以將實驗中的數(shù)據(jù)分析得更加透徹和清晰，并且能夠?qū)嶒炛械臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)值和圖表等方式對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，相比于傳統(tǒng)實驗來說更加省時和精確[1]。為了提高高中物理實驗教學的效率，筆者將DIS實驗與傳統(tǒng)實驗進行結(jié)合，節(jié)省了一些數(shù)據(jù)處理的時間，保證學生在有限的時間內(nèi)能夠完成實驗，并且鍛煉了學生的創(chuàng)新能力，讓學生能夠結(jié)合自身的基礎(chǔ)知識解決物理問題，實現(xiàn)了高中物理實驗教學的目的。

一、正確認識DIS實驗技術(shù)

由于傳統(tǒng)實驗存在一定的弊端，導致學生在進行實驗操作時經(jīng)常會出現(xiàn)一些誤差，或者實驗工具選取不當，學生必須進行反復操作，阻礙了實驗的順利開展。而DIS實驗中的傳感器技術(shù)可以解決這一問題，該技術(shù)可以利用采集器和傳感器對物理實驗的數(shù)據(jù)進行自動采集，代替了學生的手工記錄、采集和分析物理實驗數(shù)據(jù)的過程，這樣大大減少了人為因素導致的實驗誤差和錯誤[2]。所以，DIS實驗是目前高中物理實驗教學中提倡的一種教學技術(shù)。但是每個事物都有兩面性，該技術(shù)既然有優(yōu)點，也會有缺點。教師在教學的過程中要正確認識這一技術(shù)，不能用其代替全部傳統(tǒng)實驗，而是要將這兩者進行融合，揚長避短，才能提高實驗教學的效率。

例如，有些教師年齡偏大且具有足夠的教學經(jīng)驗，不喜歡接受新鮮元素，在實驗教學中不愿意采用DIS實驗技術(shù)，認為這樣的實驗教學忽視了對學生基礎(chǔ)技能的培養(yǎng)，簡化了實驗過程。所以，即使學校安排了DIS實驗教學器具也是一種擺設(shè)，教師不但不學習該技術(shù)的使用方法，還對其一直持否定的態(tài)度。還有一些教師主動學習了這種先進的教學工具，并將其完全取代了傳統(tǒng)實驗教學，這也是不對的。因為DIS實驗會讓學生變得依賴器具分析數(shù)據(jù)，缺乏對基本技能的鍛煉。所以，在實驗教學中引入DIS實驗時，教師要擺正態(tài)度，合理地使用和融入DIS實驗，充分發(fā)揮其價值。

二、分析傳統(tǒng)實驗的不足

在信息技術(shù)不發(fā)達的時期，高中物理教學一直采用傳統(tǒng)實驗教學，運用實驗器具讓學生動手操作實驗過程，并直觀地觀看實驗現(xiàn)象，這樣能鍛煉學生的動手能力，激發(fā)學生的積極性，從而提升學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。但是，由于傳統(tǒng)實驗教學中存在著一定的問題，受一些工具的不確定性和人為操作失誤的影響，容易產(chǎn)生誤差，實驗的成功率較低。并且，不斷地反復操作會延誤實驗的時間，最終無法在有限的時間內(nèi)完成實驗。所以，目前的高中物理實驗教學提倡將DIS實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，彌補其不足，從而得到預期的教學效果。

例如，在做《機械能守恒定律》的實驗時，在傳統(tǒng)實驗中，由于紙帶的摩擦和空氣阻力都會產(chǎn)生誤差，為了減少重物下落過程的阻力，學生必須選擇一個動能增加量小于重力勢能減少量的重物，所以在選擇重錘時，重一些的比較好。而對紙帶進行測量時，要選擇第一、二兩點間的距離接近2mm的清晰點跡進行測量。在驗證機械能守恒時，要選取某個點，用刻度尺測量第一個點到該點的距離h，測量該點前后兩點間的距離，再算出某個位置的速度。但是這一操作會產(chǎn)生誤差，為了減少誤差，就得多測幾次求平均值。并且，這種數(shù)據(jù)分析的過程大大延長了實驗時間，導致這一數(shù)據(jù)不僅存在誤差，還存在分析時間較長的問題，這就是傳統(tǒng)實驗的不足。

三、巧用DIS實驗加以改進

經(jīng)過分析傳統(tǒng)實驗教學中的不足，教師可以將學生分成若干個小組，將DIS實驗引入實驗課堂中，巧用DIS實驗的工具對實驗進行改進，并在保留傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上加以完善，減少實驗的誤差，在節(jié)省時間的基礎(chǔ)上保證實驗的準確性和科學性。從而拓展學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生的物理意識，以此達到預期的實驗教學目的。

例如，在《機械能守恒定律》這一實驗中，筆者帶領(lǐng)學生運用DIS實驗計算對傳統(tǒng)實驗進行了改進。讓學生利用DIS的工具光電門測出重錘通過某點的瞬時速度，并經(jīng)過演示儀的刻度讀出該點的高度。之后，計算機再根據(jù)光電門測得速度和該點的高度，計算出重錘在該點的機械能。通過改變不同的數(shù)據(jù)來驗證“機械能量守恒”這一定律。但是在這個過程中，還是以傳統(tǒng)的教學器材為基礎(chǔ)，以重錘和打點計時器等為依據(jù)測定不同的數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)分析的時間，從而達到了傳統(tǒng)實驗與DIS實驗的融合，促進了實驗教學的發(fā)展。

四、總結(jié)DIS實驗與傳統(tǒng)實驗的利弊

DIS實驗技術(shù)在運用時，由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機系統(tǒng)等器材對實驗數(shù)據(jù)以及現(xiàn)象進行分析，應用范圍廣，可靠且精度高，還可以運用數(shù)據(jù)處理器繪制各種圖像，如“P-V”“V-t”圖像等。這樣免去了學生的數(shù)學分析過程，縮短了時間，讓學生在圖像中分析物理規(guī)律，從而完成教學目標。但是，在這些優(yōu)點的背后同樣存在著一定的缺點，由于DIS實驗工具的價格高，很多學校受到條件的限制并沒有配備DIS實驗器具，所以這一教學技術(shù)無法在物理實驗教學中得到應用。同時，DIS實驗無法將實驗現(xiàn)象直觀地展示給學生，使學生在實驗的過程中沒有充足的時間來進行思考和分析，結(jié)果就快速地展示給了學生，這樣缺少了培養(yǎng)學生實驗基本技能的過程和機會。

而傳統(tǒng)實驗教學可以運用實驗器材讓學生動手操作實驗步驟，直觀地將實驗現(xiàn)象展示給學生，加深學生的記憶。并且，還讓學生通過小組探究對實驗進行分析和創(chuàng)新，從而拓展了學生的物理思維，分析了實驗中的不足并加以改進。同時，在數(shù)據(jù)中分析實驗過程中出現(xiàn)的問題，鍛煉了學生的分析能力和理解能力。但是，在傳統(tǒng)實驗中，由于人為操作不當，容易導致誤差的出現(xiàn)，無法得到理想的實驗數(shù)據(jù)。并且在進行實驗數(shù)據(jù)分析時需要的時間太長，經(jīng)常導致一節(jié)實驗課堂無法做完實驗而得不到實驗結(jié)果。因此，總結(jié)DIS實驗和傳統(tǒng)實驗的利弊之后，教師要將其加以融合，揚長避短，從而將實驗教學的價值發(fā)揮到最大。

結(jié)語

綜上所述，DIS實驗與傳統(tǒng)實驗教學的融合是目前高中物理實驗教學的趨勢，教師要結(jié)合學生的認知規(guī)律和知識框架，設(shè)計符合學生自主探究的實驗過程，讓學生通過自身的物理知識進行創(chuàng)新。從而在實驗中發(fā)揮自身的潛能，掌握實驗規(guī)律和特點，選擇合適的實驗方法設(shè)計實驗過程，并將物理知識運用到生活中以解決實際問題。