基于DISLab的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐思考

王先府

數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）應(yīng)用傳感器和數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)獲取和輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并使用計(jì)算機(jī)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)結(jié)果，大大提高了物理實(shí)驗(yàn)課堂的效率。如果我們能將DIS與高中物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，想必高中物理實(shí)驗(yàn)課堂的效率會(huì)提高很多，而且會(huì)在一定程度上給師生帶來更多分析，討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的時(shí)間。

一、DISLab應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)等相關(guān)信息加工處理技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，將其應(yīng)用到高中物理實(shí)驗(yàn)會(huì)帶來意想不到的好處。物理實(shí)驗(yàn)易變而且內(nèi)容復(fù)雜，準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)需要很長(zhǎng)時(shí)間，甚至因?yàn)槟承?shù)據(jù)要求過于精密，有些實(shí)驗(yàn)單憑人為控制是很難完成的，那么這時(shí)候采用DIS便可以很容易地控制數(shù)據(jù)，從而得出準(zhǔn)確的結(jié)果。而且大部分的物理實(shí)驗(yàn)需要我們采用圖像來解決，數(shù)據(jù)兩組數(shù)據(jù)差值過小時(shí)，人工作圖時(shí)兩點(diǎn)容易擠在一起，難以區(qū)分，而采用信息化系統(tǒng)進(jìn)行作圖對(duì)于差值很小的數(shù)據(jù)也能準(zhǔn)確地在圖像描點(diǎn)，從而使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。例如運(yùn)動(dòng)傳感器，可用來測(cè)量物體直線運(yùn)動(dòng)的速度與加速度，但如果物體采用曲線運(yùn)動(dòng)便很難測(cè)出，若此時(shí)采用數(shù)字化信息系統(tǒng)就能測(cè)出最終數(shù)據(jù)。再例如電螺線管中的磁場(chǎng)特性實(shí)驗(yàn)中，為研究連接在電路中不同長(zhǎng)度對(duì)磁場(chǎng)的影響，我們需要磁傳感器向線罔外方向每次移動(dòng)0.5cm，而如果我們?nèi)藶椴僮骱茈y控制移動(dòng)長(zhǎng)度的精確度，但是在DIS很容易控制。再例如研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)和阻尼振動(dòng)時(shí)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中由于小球運(yùn)動(dòng)較快，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以采集，致使學(xué)生很難準(zhǔn)確地完成實(shí)驗(yàn)，而傳感器能準(zhǔn)確，快速，精確地采集實(shí)驗(yàn)信息，而且還可以采用數(shù)字化對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，為師生研究實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)現(xiàn)結(jié)論提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

二、DISLab應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)間控制

高中面臨的是事關(guān)重大的高考，師生都不敢有一絲馬虎，所以此時(shí)時(shí)間格外珍貴，不能被浪費(fèi)一分一秒。但是物理實(shí)驗(yàn)是必須要進(jìn)行的，而且傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)課堂總是占用大量的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也差強(qiáng)人意，此時(shí)提高物理實(shí)驗(yàn)課堂的效率，節(jié)省其占用時(shí)間似乎成了首要任務(wù)。當(dāng)然，完成這個(gè)任務(wù)也很容易，數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）便可以幫助我們解決。DIS遵循科學(xué)性的原則，通過計(jì)算機(jī)的快速處理得到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提高了教學(xué)效率，能幫助學(xué)生快速，準(zhǔn)確地完成物理實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生可以有更多的時(shí)間用于自主探究活動(dòng)，改變傳統(tǒng)的效率低下的教學(xué)模式。例如，當(dāng)復(fù)習(xí)完《穩(wěn)恒電流》一章時(shí)，教師通常會(huì)將所有的常見電學(xué)元件的電學(xué)特性綜合到一起進(jìn)行分析，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)中，教師采用器材進(jìn)行課堂演示，想要把所有的元件分析完需要占用幾節(jié)課時(shí)間，然而采用數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）來進(jìn)行電路元件的分析，可以節(jié)省很多時(shí)間。我們可以在一節(jié)課時(shí)間內(nèi)完成電阻的伏安特性、電感的特性、電容對(duì)直流和交流電的影響、電容器的允放電實(shí)驗(yàn)，在采用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，我們可以用計(jì)算機(jī)將電路很快連接好，并能準(zhǔn)確地收集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，從而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，完成實(shí)驗(yàn)。如果教師能更好地指導(dǎo)學(xué)生，想必這一節(jié)課可以做更多的實(shí)驗(yàn)。再例如進(jìn)行牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)加速度的實(shí)驗(yàn)中，我們可以將實(shí)驗(yàn)器材整理好，實(shí)驗(yàn)開始后我們可以采用數(shù)據(jù)處理軟件來進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄與處理，可以節(jié)省大量復(fù)雜數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，并且能提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。

三、DISLab應(yīng)用于高中物理實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化改進(jìn)

隨著新課程的改革及數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）的推廣，想必中國(guó)高中實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)在DIS的幫助下進(jìn)行了華麗的蛻變。然而結(jié)果并非如此，在中國(guó)大部分地區(qū)，數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）還未得到普及。究其原因，是DIS設(shè)備價(jià)格過高，學(xué)校沒有足夠的經(jīng)費(fèi)來安裝，再者，學(xué)校擔(dān)心學(xué)生在使用過程中會(huì)破壞實(shí)驗(yàn)儀器，所以就算某些學(xué)校擁有這些器材，也不敢放心讓學(xué)生使用。以上原因致使DIS未得到普及。DISLab價(jià)格昂貴，為了能讓更多的學(xué)生了解傳感器在物理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，我們可以嘗試設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化的基于傳感器的實(shí)驗(yàn)儀器。這些低價(jià)格實(shí)驗(yàn)儀器的創(chuàng)作還需要每一位創(chuàng)造工作者的努力。

就算將數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）普及完成，也很難完成物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。只因教師還沒有足夠的實(shí)力將物理課本實(shí)驗(yàn)與DIS很好地結(jié)合，雖然有高科技的裝備，但是教師的教授方法還是幾乎沒有改變，教師只是簡(jiǎn)單的將物理實(shí)驗(yàn)與高科技的實(shí)驗(yàn)處理設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并沒有達(dá)到我們所期待的效果。可以說教師只是生搬硬套地將課本實(shí)驗(yàn)遷移到采用DIS進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，并沒有根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際情況進(jìn)行改善。那么針對(duì)此類問題，我們需要每一位高中物理教師的努力。

數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）所帶來的益處是我們以往所不敢想象的，雖然在應(yīng)用過程中會(huì)存在一系列問題，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ脚c數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能相比的。只要教師能好好設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)，采用適合的方法，并認(rèn)真指導(dǎo)學(xué)生正確使用儀器，高中物理實(shí)驗(yàn)就能在師生共同協(xié)作下出色地完成。教師應(yīng)該在以后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中多多積累采用DIS教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，為以后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定基礎(chǔ)。