DIS實驗在初中物理實驗教學中的實踐

王丹

【摘要】實驗是物理學科的重要組成，在于直觀形象地為學生揭示物理規(guī)律和現(xiàn)象，在引領(lǐng)學生高效理解和掌握知識過程中發(fā)揮著不可小覷作用.隨著新課程標準實施，對初中物理實驗教學提出比以往更高的要求，教師不單單要為學生演示以及指導學生操作實驗，還需讓學生在實驗中形成自主探究知識的能力，強化科學思維與創(chuàng)新意識，進一步落實核心素養(yǎng)教學目標.DIS實驗能較好地展示可見度較小且瞬間發(fā)生變化的物理過程，并運用數(shù)據(jù)采集器實時向電腦傳送實驗數(shù)據(jù)，幫助學生深入理解物理學思想和概念，提高學習效率.

【關(guān)鍵詞】實驗教學;DIS實驗;教學策略

1 DIS實驗內(nèi)涵以及應用于物理教學意義

DIS實驗即信息技術(shù)背景下衍生而出的實驗教學平臺，即借助傳感器獲取大量信息，隨即運用計算機和采集器實時采集和處理所獲取的數(shù)據(jù)，來運用計算機完成數(shù)據(jù)顯示、存儲分析以及傳輸?shù)认嚓P(guān)任務，實現(xiàn)數(shù)字化處理目標，最重要能在此過程中直觀形象地呈現(xiàn)便于學生理解和記憶的物理規(guī)律，同時引領(lǐng)學生運用已有知識和教師、同學溝通交流，提升學習效率.與此同時，學生在DIS實驗中能應用全新方式重新設計實驗，增強解釋實驗圖象能力和思維能力，進而積極探究物理現(xiàn)象.初中物理教師通過構(gòu)建全新的教學理念改革和創(chuàng)新教學方式，提升教學效率[1].

在初中物理教學應用DIS實驗具有以下方面意義：首先深化對物理知識理解;縱觀初中物理實驗儀器，缺乏足夠的精度且較為單一，十分容易出現(xiàn)實驗結(jié)果錯誤現(xiàn)象，更無法實現(xiàn)運用實驗操作直觀呈現(xiàn)物理規(guī)律和現(xiàn)象等教學目的.與此同時，傳統(tǒng)實驗教學器材無法開展抽象性較強的實驗，正是這種局限性對拓展實驗教學范圍形成限制.

DIS實驗所具有的優(yōu)勢是傳統(tǒng)物理實驗儀器無法比擬的，該實驗方式由硬件與軟件兩大部分組成，其中軟件包括數(shù)據(jù)采集器、傳感器等設備，軟件則包括通用軟件和教材專用等，借助DIS實驗能迅速收集可運用計算機處理的物理信息，最重要是DIS實驗能為學生直觀形象地展示不同物理量間關(guān)系，為更好地研究物理量提供便利，使學生從多個角度認識物理現(xiàn)象.

其次拓寬實驗領(lǐng)域;在初中物理教學中應用DIS實驗能實現(xiàn)直觀顯示可見度小且瞬間發(fā)生變化的物理過程.

例如 可展示摩擦做功后提升系統(tǒng)溫度實驗，或液體在蒸發(fā)中會降低溫度等實驗.很多物理教師在傳統(tǒng)教學中對于上述實驗會感到困難，若單單演示實驗無法精準且全面地為學生展示實驗.通過應用DIS實驗能借助數(shù)據(jù)采集器，在短時間內(nèi)將記錄的數(shù)據(jù)實時傳送至電腦，隨即運用相應軟件處理.上述方式和傳統(tǒng)實驗裝置能幫助學生深入理解物理學思想和相關(guān)概念.

例如 DIS系統(tǒng)會在摩擦做功后其溫度發(fā)生變化，由于溫度變化較為微小且轉(zhuǎn)瞬即逝，傳統(tǒng)實驗儀器和測量方式無法直觀開展上述實驗.借助DIS實驗為學生直觀形象地展現(xiàn)溫度變化過程，促使學生在觀察中理解知識.除此之外，DIS實驗所具有的探測靈敏度較高，能實時且直觀地輸出結(jié)果，獲取良好實驗效果的同時縮短實驗時間，維持學生探究物理知識興趣，提升教學效率.

第三提升實驗深度;DIS實驗在數(shù)據(jù)采集方面具有顯著的便捷性和準確性優(yōu)勢，同時還具備良好的繪圖功能，可根據(jù)數(shù)據(jù)將其繪制成圖象.傳感器和傳統(tǒng)儀器繪制效果相比具有實時繪制效果，學生通過仔細觀察和細致分析圖象能深入理解實驗特征，并對所學知識產(chǎn)生深入理解[2].

2 在初中物理實驗教學應用DIS實驗策略

2.1 合理應用DIS實驗 發(fā)展學生理性思維能力

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)θ瞬盘岢霰纫酝叩匾蠛蜆藴?，其中理性思維與創(chuàng)新能力是考量現(xiàn)代人才的主要因素，所以，教育方面需重點培養(yǎng)學生創(chuàng)新與理性思維能力.

教學課程大綱早已將培養(yǎng)學生理性思維和實踐能力作為重點目標，在充分遵循的主體作用的基礎(chǔ)上激發(fā)學生探究物理知識興趣.從被動學習轉(zhuǎn)至積極主動的再創(chuàng)造和再發(fā)現(xiàn)學習.學校和教師在新課程改革背景下應需根據(jù)不同層次學生實施DIS實驗教學，并在教學中融入理性思維，引領(lǐng)學生運用所學知識分析和解決實際問題，不斷提升創(chuàng)新能力和學習質(zhì)量.

學習需要正確有效的方式作為支撐.教師需指導學生對已學知識進行梳理，并以循序漸進和由淺入深的方式引領(lǐng)學生掌握新知識.通過指導學生正確學習激發(fā)其學習興趣，切實提升教學效率.

對于教師和學生而言，課堂每一分每一秒都至關(guān)重要，所以教師需合理把控課堂教學時間并基于此采取合適教學方式，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維和智慧.

在新課程改革背景下提出DIS革符合現(xiàn)代經(jīng)濟社會對人才提出的要求，一定程度也改變傳統(tǒng)課堂灌輸知識和被動學習現(xiàn)狀.師生在愉悅和諧的課堂氛圍中高效互動，促使學生在自主探究思考問題中靈活應用所學知識，跳出傳統(tǒng)題海戰(zhàn)術(shù)對自身學習和發(fā)展的限制，切實提升學習能力.

當學生形成良好的創(chuàng)新思維就會積極主動參與教師設置的教學活動，增強分析問題和解決問題能力，切實提升教學效率與質(zhì)量，對學生未來發(fā)展有著重要現(xiàn)實意義.

物理知識較為抽象，故而培養(yǎng)學生理性思維是該學科重要教學目標之一.初中物理可運用DIS實驗豐富課堂教學內(nèi)容，激發(fā)學生探究興趣，達到預期教學目標.

例如 運用DIS實驗開展.先將通電螺栓管與電流傳感器串聯(lián)于電路中，再于螺線管內(nèi)某個地方放置磁傳感器，打開DIS通用擴展軟件，運用坐標繪圖中電流-磁感應強度功能調(diào)節(jié)滑動變阻器，通電螺線管中的電流大小因此發(fā)生改變.通過反復操作上述實驗能獲取一條圖象，最后對螺線管內(nèi)位置的磁傳感器探頭進行調(diào)節(jié)，再重復上述操作，獲取若干條磁感應強度與電流間關(guān)系圖象，所獲取不同圖象均僅原點，說明螺線管內(nèi)磁感應強度與螺線管中所經(jīng)電流二者有正比關(guān)系[3].

2.2 指導學生探究實驗 有效激發(fā)學生學習興趣

縱觀傳統(tǒng)物理課堂教學，教師一直占據(jù)課堂中心為學生灌輸大量知識，而學生需要在教師的引領(lǐng)和指導下才能明確學習方向和重難點，正因如此不斷弱化學生課堂主體地位，而學生長期處于此環(huán)境中會逐漸喪失自主學習意識.與此同時，教師所采取的教學方式多針對全體學生，部分地理基礎(chǔ)較為薄弱的學生因無法緊跟教學進度而產(chǎn)生厭學和消極情緒.

DIS實驗為學生直觀形象地展示不同物理量間關(guān)系，為更好地研究物理量提供便利，使學生從多個角度認識物理現(xiàn)象，更能活躍課堂氣氛，調(diào)動學生自主探究知識和學習積極性.所以物理教師可結(jié)合學生學習情況以及理解知識程度，適當調(diào)整教學節(jié)奏和把控課堂，促使學生在潛移默化中將所學知識內(nèi)化于自身學習體系.

一般描述物體運動需得知物體位移信息與相關(guān)時間點，傳統(tǒng)實驗運用固定刻度尺獲取位移數(shù)據(jù)且需運用停表記錄時間，整個過程會融入較多主觀因素，十分容易形成實驗誤差.運用DIS實驗系統(tǒng)中可準確記錄研究物體運動每一時刻時間點與位移，誤差相對較小，便于學生理解相關(guān)知識，提高學習效率.

例如 摩擦力實驗是初中物理重要知識點，雖然學生在教師的實驗演示下能感悟摩擦力的存在，然而教師在物理實驗中多采取手拉彈簧的方式，該方式無法對物體勻速直線運動進行準確控制，所以只能定性觀察摩擦力，開展定量研究則有一定難度.運用DIS實驗系統(tǒng)中位移傳感器與傳感器能簡單獲取摩擦力變化圖象，便于分析摩擦力與接觸面材料、壓力、運動速度等多方面因素關(guān)系.與此同時，運用DIS實驗實施摩擦力實驗需準備帶小車模板、DIS實驗系統(tǒng)、鐵架臺、砝碼、滑塊等器材.先固定鐵架臺與力傳感器，隨即運用繩子連接力傳感器與滑塊.帶有長木板小車放置于滑塊下方，緊接著用手為小車增添水平拉力，運用控制變量方式研究分析運動速度、接觸面的粗糙程度、接觸面積、壓力等各種因素對摩擦力產(chǎn)生影響.整個實驗過程相對簡單，最重要能得到準確結(jié)果，促使學生深入理解摩擦力的知識，提升實驗教學效率.

傳統(tǒng)物理實驗所使用的部分儀器設備存在可靠性差、精度低且系統(tǒng)誤差大等缺點.DIS具有較高地計數(shù)頻率，每秒20次，所以傳感器能捕捉無法被常規(guī)儀器捕捉到的瞬間變化物理量，同時結(jié)合計算機軟件清晰且便捷地展現(xiàn)測量對象在整個過程中變化情況.

例如 在伏安法測小電阻教學中，物理教師在該教學中運用滑動變阻器、電流表、電壓表完成實驗并引導學生對分析數(shù)據(jù)，得出隨溫度升高，燈絲電阻而增加結(jié)論.緊接著教師運用電流傳感器替代電流表接入電路，其中電流傳感器直接捕捉到電路接通瞬間電路變化情況，經(jīng)燈絲電流在0.1s時間內(nèi)從0轉(zhuǎn)變至0.7A，又迅速減小至0.37A，之后保持不變.由此說明，燈絲冷態(tài)電阻和正常工作時相比較小，普通電流表無法觀察瞬間變化電流[4].

2.3 采取小組合作學習 提高DIS實驗教學效果

生生合作互動即以學生與學生在課堂教學中相互交流與協(xié)作促進課堂生成方式.對于初中物理學科而言，運用自主探索、動手實踐以及合作交流等較好地引領(lǐng)學生掌握物理知識與技能.尤其學生在合作交流中啟發(fā)思維，擴大對所學知識的認識，形成對問題的全新見解，這種方式能提升學生思考能力和學習質(zhì)量.

20世紀70年代初，美國教育者提出合作學習，70～80年代中期獲得實質(zhì)性進展，逐漸形成集實效性和創(chuàng)新性于一體的教學策略.合作學習在提升學生學習的效率，形成良好思維品質(zhì)以及活躍課堂氣氛中發(fā)揮著不可小覷作用.

互動觀是合作學習最受關(guān)注的理念，因為合作學習將教學間的互動作為吸引學生參與課堂學習主要途徑，無論在內(nèi)容或形式上，互動觀不同于傳統(tǒng)教學觀，它將教學互動延伸至教師與學同間的互動.

初中物理是一門具有較強實踐性學科，很多知識與問題都要依附于相互協(xié)調(diào)、合作、交流、學習、補充、發(fā)展等.在物理學科中實施生生互動，能促使學生張揚個性，散發(fā)課堂教學魅力.

初中物理教師在應用DIS實驗教學時可將學生分為若干小組，充分調(diào)動學生思維能力，提升物理實驗教學效率.

例如 以“熔化與凝固”教學為例，運用DIS實驗能有效捕捉轉(zhuǎn)瞬即逝變化的量，引領(lǐng)學生理解重難點知識.該章節(jié)在于讓學生明確熔化與凝固定義，以及晶體與非晶體不同之處，還要了解凝固與熔化曲線物理含義.在教學之前先讓學生分為4人小組，其中物理教師提前指導，強調(diào)實驗中可能會遇到問題以及需注意事項，保障物理實驗順利開展.在對海波熔化時溫度變化規(guī)律探究時需從30℃開始計時，探究石蠟熔化時溫度變化規(guī)律，實驗過程中每隔1min記錄一次物質(zhì)狀態(tài)與溫度值，運用DIS展示收集數(shù)據(jù)，各個小組將實驗時描在坐標紙上的點連成曲線，再結(jié)合圖象對固體熔化時溫度變化規(guī)律進行分析.探究物質(zhì)的熔化和凝固時，利用傳感器代替普通實驗溫度計，能幫助學生更加快速準確的記錄溫度，整個過程充分體現(xiàn)科學探究特征，提升物理實驗教學效率.

【課題項目：常州市教育科學“十三五”規(guī)劃第二批立項課題“基于傳感器技術(shù)的初中物理探究教學的實踐研究”;項目編號：CJK-L2020268】

參考文獻：

[1]周軼.DIS實驗在初中物理教學中的實踐探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019， 310（06）：27-29.

[2]孫東振.促進深度學習的初中物理實驗教學優(yōu)化——以“實驗探究：物質(zhì)比熱容”實驗教學為例[J].中學物理， 2020（18）.

[3]徐夢莎，馮杰. DIS探究液體內(nèi)部壓強與深度關(guān)系實驗方法的改進[J].物理通報， 2019（S1）：113-115.

[4]劉作志，翟應品，于魯輝，等. 巧用DIS滑桿機構(gòu)破解力學實驗難題[J].中學物理，2020， 38（14）：3.