對(duì)高中力學(xué)中應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)的可行性分析

陳全海+丁鵬飛

（甘肅省蘭州第一中學(xué)，甘肅 蘭州 730030）

摘要：人教版新課標(biāo)高中物理教材中的力學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)不可缺少的的有機(jī)組成部分，和理論教學(xué)一起構(gòu)成了物理教學(xué)的整體。本文著重闡述了如何在力學(xué)中合理利用DIS實(shí)驗(yàn)來(lái)提高物理課堂教學(xué)的效率，以適應(yīng)高中物理教學(xué)改革的時(shí)代要求，培養(yǎng)師生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中力學(xué)；DIS實(shí)驗(yàn)；可行性

一、對(duì)現(xiàn)行高中物理課本中力學(xué)實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)分析

人教版新課標(biāo)高中物理教材中的力學(xué)實(shí)驗(yàn)是力學(xué)教學(xué)中不可缺少的有機(jī)組成部分[1]，和理論教學(xué)一起構(gòu)成了物理教學(xué)的整體。實(shí)驗(yàn)從教學(xué)方式上分為課堂演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，其中分組實(shí)驗(yàn)按目的可以分為訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性試驗(yàn)等。

課堂演示實(shí)驗(yàn)是教師在課堂上操作給學(xué)生看，學(xué)生通過(guò)觀察和思考從而發(fā)現(xiàn)其中的物理現(xiàn)象和物理規(guī)律，如牛頓管演示自由落體運(yùn)動(dòng)、小球的平拋運(yùn)動(dòng)、作用力和反作用力、顯示微小形變、向心力、運(yùn)動(dòng)的合成與分解（觀察紅蠟塊的運(yùn)動(dòng)）等都可在課堂上演示。

訓(xùn)練性實(shí)驗(yàn)主要訓(xùn)練學(xué)生掌握基本物理量的測(cè)量方法、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，如長(zhǎng)度的測(cè)量、質(zhì)量的測(cè)量，用彈簧秤測(cè)物體的重力、速度的測(cè)量等；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證已知的定理、定律，幫助學(xué)生理解并把握這些定理定律的物理含義，以及了解它們的形成過(guò)程。如驗(yàn)證動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律等；探究性實(shí)驗(yàn)是指在教師的指導(dǎo)下，利用各種設(shè)備和已知條件，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)探索一些在物理學(xué)上雖然早已明確，但對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)卻是未知的現(xiàn)象、規(guī)律，目的在于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和科學(xué)研究的能力[2]，如探究小車的速度隨時(shí)間變化的規(guī)律、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、探究求合力的方法等。

二、對(duì)高中力學(xué)中應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)的可行性分析

上述實(shí)驗(yàn)中有些既可以作為演示實(shí)驗(yàn)用，也可用作學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)，在這些實(shí)驗(yàn)中到底哪些實(shí)驗(yàn)適合采用DIS技術(shù)？這要從實(shí)際出發(fā)理性地做出選擇，絕不能盲目地跟風(fēng)求新而不顧學(xué)生的接受能力，不考慮高中物理學(xué)科本身的特點(diǎn)。高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)在教材中還是按照傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)編排的，少數(shù)實(shí)驗(yàn)安排了DIS技術(shù)作為參考，這一方面考慮到大多數(shù)學(xué)校還沒(méi)有DIS實(shí)驗(yàn)的條件，但更重要的是考慮到高中物理學(xué)科的特點(diǎn)和高中學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的。用不用DIS實(shí)驗(yàn)要從實(shí)際出發(fā)，既要看和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比能起到多大的效果，又要考慮高考對(duì)這一實(shí)驗(yàn)的考察要求。在教學(xué)實(shí)踐中，必須通過(guò)DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比研究，找出高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中哪些實(shí)驗(yàn)適合使用DIS技術(shù)，哪些實(shí)驗(yàn)更適合用傳統(tǒng)教學(xué)方式，哪些實(shí)驗(yàn)適合將DIS與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，并不斷探索利用DIS實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

1.不宜用DIS實(shí)驗(yàn)代替高考對(duì)傳統(tǒng)儀器和應(yīng)用原理考察的實(shí)驗(yàn)

到目前為止，雖然實(shí)行了新的課標(biāo)模式，但高考的考試模式在本質(zhì)上并沒(méi)有多大變化， 高考依然決定著課堂教學(xué)的走向，加之高中教學(xué)內(nèi)容多，課時(shí)緊張，教師在實(shí)際中不得不圍繞教學(xué)大綱組織課堂教學(xué)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)也必須考慮到學(xué)生在高考中的需求。

高考中對(duì)傳統(tǒng)儀器的使用及其原理進(jìn)行考察的實(shí)驗(yàn)主要有：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度、探究小車的速度隨時(shí)間的變化規(guī)律、探究求合力的方法、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系、研究平拋運(yùn)動(dòng)等。從近幾年的高考試題中可以看出，傳統(tǒng)方法是必須掌握的，高考對(duì)這些實(shí)驗(yàn)的考察主要以傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)為主，因此DIS實(shí)驗(yàn)在時(shí)間容許的情況下可以作為拓展，但不宜完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)。

2.在某些物理概念和規(guī)律的演示實(shí)驗(yàn)中完全可以采用DIS實(shí)驗(yàn)

在某些概念、規(guī)律和物理現(xiàn)象的教學(xué)中，教師做一些演示性的實(shí)驗(yàn)給學(xué)生看，通過(guò)老師啟發(fā)和學(xué)生的討論，從中找到事實(shí)依據(jù)，澄清謬誤，掌握規(guī)律，明確概念。在這些教學(xué)中完全可以選擇DIS實(shí)驗(yàn)，如圖1和圖2所示，在講完勻變速直線運(yùn)動(dòng)及其位移-時(shí)間圖像和速度-時(shí)間圖像之后，若采用DIS實(shí)驗(yàn)描繪其運(yùn)動(dòng)的圖像，并將這一結(jié)果和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果進(jìn)行比較，從而讓學(xué)生更深入地理解勻速直線運(yùn)動(dòng)和勻變速直線運(yùn)動(dòng)的概念和規(guī)律。

高中力學(xué)中可用DIS演示的實(shí)驗(yàn)如表所示：

做這些實(shí)驗(yàn)時(shí)，若條件允許，最好能將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和DIS實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)會(huì)收到更好的效果。比如演示超重和失重時(shí)可先用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)學(xué)生分組做，再用DIS實(shí)驗(yàn)演示。圖3為手持力傳感器做下蹲和站起過(guò)程鉤碼的超失重的DIS實(shí)驗(yàn)結(jié)果，將這一結(jié)果和學(xué)生用彈簧秤演示的結(jié)果比較，從而加深學(xué)生對(duì)超失重的理解。

3. 警惕掉入DIS實(shí)驗(yàn)的陷阱

在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)DIS實(shí)驗(yàn)的效果并非像某些文章中所說(shuō)的那樣神奇，甚至在某些實(shí)驗(yàn)中若采用DIS其效果會(huì)適得其反。正如梅云霞等人[3]指出，DIS物理實(shí)驗(yàn)是把“雙刃劍”， 其本身存在先天的不足之處，如實(shí)驗(yàn)原理的復(fù)雜化增加了學(xué)生理解上的困難；學(xué)生的注意力有時(shí)被吸引到一些并非主要關(guān)注對(duì)象的實(shí)驗(yàn)器材上，而不是概念和規(guī)律的形成過(guò)程上，導(dǎo)致學(xué)生的注意力分散，影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果；由于DIS實(shí)驗(yàn)高度自動(dòng)化和數(shù)據(jù)處理的快速化，學(xué)生來(lái)不及弄清實(shí)驗(yàn)原理，影響了學(xué)生對(duì)物理概念的形成和對(duì)物理意義的理解；缺少了在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中手工操作對(duì)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)。如果不能客觀地分析，盲目地應(yīng)用DIS實(shí)驗(yàn)將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)陷入高科技的陷阱，教師成了表演者，整個(gè)實(shí)驗(yàn)變成了數(shù)字游戲。例如在研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中若按照課本中描述的用DIS實(shí)驗(yàn)描繪平拋運(yùn)動(dòng)物體的軌跡，學(xué)生不但不能增加對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)的理解，反而對(duì)計(jì)算機(jī)所描繪的軌跡更加迷惑。

在教學(xué)實(shí)踐中，教師必須通過(guò)刻苦鉆研教材， 將DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)有效結(jié)合， 揚(yáng)長(zhǎng)避短，設(shè)計(jì)出具有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)并加以不斷實(shí)踐，才能提高物理“力學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

參考文獻(xiàn)

[1]張保雷.人教版高中物理新舊教材力學(xué)實(shí)驗(yàn)比較分析.物理教師，2011年，第32卷第06期

[2]康勇.淺談物理實(shí)驗(yàn)的重要性和現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)體系的弊病.新課程學(xué)習(xí)（中），2011年，第06期

[3]梅云霞 唐曉亮.DIS物理實(shí)驗(yàn)是把“雙刃劍”.物理教學(xué)，2012年.第12期