淺談DIS實(shí)驗(yàn)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

耿慶忠

【摘 要】近幾年隨著國(guó)家新課程改革的逐步推進(jìn)和信息化教育技術(shù)的快速發(fā)展，DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）已在高中教學(xué)中普及，但在初中還處在起步階段。筆者通過(guò)DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）在初中物理課堂教學(xué)中若干案例的實(shí)踐研究，積極探索DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)在初中物理課堂教學(xué)特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)所帶來(lái)的作用、使用方法和效果。

【關(guān)鍵詞】初中物理；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）

物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的根基，是學(xué)生理解物理概念、掌握物理規(guī)律的基本手段。但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在一些不足，DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)能實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并及時(shí)進(jìn)行處理和分析，呈現(xiàn)物理動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，在探索物理規(guī)律方面，有著一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。本文通過(guò)DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）在初中物理課堂教學(xué)中若干案例的實(shí)踐研究，積極探索DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）設(shè)備在初中物理課堂教學(xué)中運(yùn)用的方向與模式。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DIS，是Digital Information System的縮寫。是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實(shí)驗(yàn)軟件包（教材專用軟件、通用擴(kuò)展軟件）+計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)成功地克服了傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)儀器的諸多弊端， 有力地支持了信息技術(shù)與物理教學(xué)的全面整合。傳感器主要包括電流、電壓、壓強(qiáng)、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門等多種傳感器。它們的主要功能是：實(shí)時(shí)地動(dòng)態(tài)地測(cè)量各種物理量并把他們統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成電信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集器。并且，多種傳感器可以組合使用。教材專用軟件主要是針對(duì)物理教材中的實(shí)驗(yàn)研發(fā)而成，它可以完成中學(xué)物理教材中幾乎所有的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)潔、易用，更貼近課堂教學(xué)；教材通用軟件，可以自行設(shè)定許多功能，如組合、顯示、分析計(jì)算、曲線擬合等擴(kuò)展功能，因而更適于探索研究。

二、DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用

1.發(fā)揮DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)中實(shí)時(shí)測(cè)量并記錄數(shù)據(jù)，便于展示測(cè)量數(shù)據(jù)在過(guò)程中的變化的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中使用的部分儀器設(shè)備，存在著精度低、可靠性差、系統(tǒng)誤差大等缺點(diǎn)。DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）的計(jì)數(shù)頻率高，可達(dá)每秒20次，因此，傳感器能捕捉到常規(guī)儀器不易捕捉的瞬間變化的物理量。結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件可將測(cè)量對(duì)象在整個(gè)過(guò)程中的變化情況更便捷、清晰的展現(xiàn)出來(lái)。

案例一：伏安法測(cè)小電燈的電阻

在“伏安法測(cè)小電燈的電阻”的教學(xué)中，在用電壓表、電流表和滑動(dòng)變阻器做完實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)得出“燈絲的電阻與隨溫度的升高而增加”結(jié)論后，筆者將電流表?yè)Q成電流傳感器接入電路，電流傳感器捕捉到了電路接通瞬間電流的變化情況，如圖1所示，由圖1可看出，通過(guò)燈絲的電流在0.1s的時(shí)間內(nèi)由零變到0.74A又迅速減小為0.37A并保持不變。從而說(shuō)明燈絲的冷態(tài)電阻比正常工作時(shí)要小，很顯然，電流的這種瞬間變化用普通的電流表根本就觀察不到。

案例二：測(cè)量摩擦力

學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單力學(xué)知識(shí)的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)摩擦力尤其是靜摩擦力理解上有困難，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)使用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量，由于滑塊在作變速運(yùn)動(dòng)時(shí)示數(shù)不穩(wěn)定，難于甚至無(wú)法讀數(shù)，且在較為粗糙的接觸面上，用測(cè)力計(jì)拉動(dòng)滑塊，每時(shí)每刻的示數(shù)差異較大。由于教材上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在著上述缺陷，故教師在教學(xué)過(guò)程中困難重重，無(wú)法圓滿解釋學(xué)生提出的問(wèn)題。對(duì)此我們可以使用力傳感器進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)顯示在教室大屏幕上，幫助學(xué)生理解概念。過(guò)程如下：

（1）將力傳感器接入數(shù)據(jù)采集器；

（2）調(diào)節(jié)傳感器窗口為“示波”顯示；

（3）木塊（加配重塊）放置在斜面板上，用小細(xì)繩連接傳感器的測(cè)鉤與木塊，保持水平方向緩慢拉動(dòng)，待木塊開(kāi)始運(yùn)動(dòng)后停止拉動(dòng)；

（4）點(diǎn)擊“停止”，在圖2所示的實(shí)驗(yàn)圖線上找出代表靜摩擦力及最大靜摩擦力的部分；

（5） 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析拉動(dòng)木塊過(guò)程中受力情況。

2.發(fā)揮發(fā)揮DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)在物理實(shí)驗(yàn)中測(cè)量精度高、靈敏度好，節(jié)省數(shù)據(jù)處理時(shí)間的優(yōu)勢(shì)

物理教學(xué)在研究包含大量數(shù)據(jù)的物理規(guī)律時(shí)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)因數(shù)據(jù)繁瑣，加之缺乏有效的手段來(lái)處理數(shù)據(jù)，所以就不得不放棄對(duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究，而數(shù)據(jù)數(shù)量少又有背科學(xué)研究的規(guī)律，由此草率得出的結(jié)論自然難以令人信服。DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理方式和記憶功能，為學(xué)生進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)采集和處理節(jié)約了時(shí)間， 使在大量數(shù)據(jù)下形成的規(guī)律更具科學(xué)性。

案例三：固體熔化時(shí)的溫度變化規(guī)律

本實(shí)驗(yàn)用海波為材料，最大的難點(diǎn)是海波比熱較小，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每隔0.5分鐘讀一次溫度計(jì)，溫度計(jì)示數(shù)都在上升，所以很難得出晶體熔化溫度不變的結(jié)果。利用DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)，把溫度計(jì)換成溫度傳感器，用朗威？遠(yuǎn)紅外加熱器進(jìn)行加熱，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器傳輸在電腦中，并將所測(cè)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像如圖3-1、3-2

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不但能歸納出晶體和非晶體的特點(diǎn)，還能歸納出它們?nèi)刍湍痰囊?guī)律。

案例四：電流與電壓和電阻的關(guān)系

本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)推導(dǎo)出電流與電壓和電阻的關(guān)系的，但由于課堂時(shí)間有限，無(wú)法完成多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量和計(jì)算，所以得出的結(jié)論的科學(xué)性會(huì)受到質(zhì)疑，改用電流、電壓傳感器，配合相應(yīng)軟件將所測(cè)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成圖像，同理，很容易得出電流與電壓和電阻的關(guān)系規(guī)律。

三、DIS（數(shù)字化實(shí)驗(yàn)）系統(tǒng)在初中物理課堂教學(xué)中的應(yīng)用的思考

從以上的初中物理課堂教學(xué)的部分案例中我們可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)精度高，搭建簡(jiǎn)單，因此能夠完成一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)較難完成的探究實(shí)驗(yàn)。傳感器采集數(shù)據(jù)和軟件自動(dòng)分析的過(guò)程能夠減少手工作圖和數(shù)據(jù)分析的麻煩，使探究實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)單易行，更有趣味性。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)拓展了學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的空間，能夠更好地培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和創(chuàng)造能力。

總之，在物理課堂教學(xué)中使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠體現(xiàn)新課標(biāo)對(duì)初中物理教學(xué)的要求，符合學(xué)生認(rèn)知，體現(xiàn)自主探究特點(diǎn)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展的有力工具。

【參考文獻(xiàn)】

[1]顏浩，陶本友.DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014.05：11-13