DIS在高中物理實驗教學中的應用探索

陳琪

【摘 要】本文針對物理 DIS 實驗系統的應用實踐進行探討，將之和傳統實驗進行分析比較，使讀者更加深入地了解 DIS 實驗系統，并運用這種系統來輔助實驗教學，以便更好地提高物理實驗教學質量。

【關鍵詞】物理實驗教學 DIS實驗系統 應用探索

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2017）11B-0066-03

隨著時代發展，高中物理新課標給科學研究及實驗能力的發展指出新的方向——將信息技術應用于實驗教學。物理 DIS 實驗教學就是其中一個例子，它是運用現代信息技術進行學習的一種實驗教學手段。信息技術能夠快速采集數據、運算和分析數據，對豐富課堂內容，提高實驗效率，增加教學趣味性具有一定意義。

新課標要求教育要“以學生發展為本”。作為學生學習的引導者，教師的責任越來越大，要求越來越多。不僅要授人以“魚”，而且還要授人以“漁”，更要因人授“漁”。在教學過程中要增加學生的體驗與感悟，著眼于探究知識和構建知識結構，讓學生介入教學資料的整理過程中，培養學生搜集和整理資料的能力，激發學生創新的熱情和實踐能力。在具體教學中，我們要借助正確的物理實驗手段，使學生理解物理概念，了解事物的表象，認清事物的本質，明白課本上的知識和具體生活中遇到的現象的內在聯系，學會用理論來指導實踐。因此，DIS 的應用為實現現代教學目標提供了便利，符合新課改要求。

對于有一定物理教學經驗的教師，都會有這樣的體會，傳統物理實驗的很多方法已經不能滿足現在化教學的要求。比如，在做多種物理量測量的相關實驗，大多是靠虛擬或仿真的方式來完成，因為實驗儀器基本存在精度不高，誤差較大、不能重復，實驗得到的相關數據可信度不高等問題。這些實驗儀器使用起來極為不便，不僅費時費力，而且還在很大程度上影響學生對物理現象的深入理解，降低教學質量和效率。尤其對聲學、光學、運動學、磁學等方面的基本數據的獲取比較困難，因此DIS的出現能夠很好地彌補傳統實驗的不足。

一、DIS 實驗系統應用于實驗教學的特點

DIS 是 Digital Information System 三個詞的縮寫，DIS 是“數字化信息系統”的簡稱。作為現代化的教學手段，DIS 應用于實驗有以下特點：

（一）數據精度高。DIS 實驗系統采用的傳感器和采集器能夠有效提高數據的準確性，傳統的實驗系統使用的實驗設備，數據難讀取，誤差較大等，導致實驗不夠精確，比如以前彈簧秤的使用，不同的人可能測出不同的數據，DIS 實驗系統能用壓力傳感器代替，打點計時器可以用光電門代替等，避免使用傳統實驗中誤差較大的實驗設備和器材，能夠有效提高數據準確性。也因為 DIS 實驗系統具有準確性高的優勢，所以這種現代化的實驗方法得到了較快的普及，已經廣泛應用于聲、光、電、磁、力等方面的實驗中。

（二）DIS 實驗系統讓實驗速度更快，數據更豐富。在傳統實驗中，實驗員把大量的時間用在了數據的讀取、記錄、公式運算和圖線描繪中，而除了一些各種參數的改變需要緩慢變化的實驗以外，這些步驟在 DIS 實驗系統中都可以用計算機代替，因而加快了實驗的速度，使實驗在非常短的時間里能夠完成更多實驗數據采集。實驗得到的數據越多，實驗的結果越具有科學性和真實性。這正是 DIS 實驗相比于傳統實驗系統的優勢所在。

（三）DIS 中傳感技術的應用對于測量方面具有跨時代意義，它能夠完成很多傳統實驗無法完成的任務。DIS 實驗能夠應用自身的數據處理系統設計和完成一些比較抽象、對數據的質與量要求比較高的實驗，比傳統實驗更具優勢。如，在“驗證牛頓第三定律”的時候，以前的實驗只能借助于兩個彈簧秤，讓學生通過拉伸，看彈簧秤上的數據是否一致。依靠 DIS 的方法，不僅能夠借助兩個力傳感器得到準確數據，而且還能觀測到實驗過程中不斷變化的過程數據，能夠完成多種數據的瞬間切換。不管是處于勻速、加速還是瞬間碰撞，都能夠準確記錄整個動態過程。學生能夠看到作用力與反作用力在各個時段的數據變化，因此更能激起學生的學習興趣。DIS 實驗系統對于微小電信號也能夠準確捕捉，能夠完成傳統實驗無法做到的擴展性實驗，如在對人體導電的觀測、水果電池等。

二、DIS 在新課程教學中的應用舉例

（一）最大靜摩擦力實驗。摩擦力是高中學生入學后遇到的首個難題，因為摩擦力問題具有自身的復雜性、多樣性、不易分辨性，即使有初中學習的基礎，但對于高中生來說，要想準確、全面、系統地搞清楚摩擦力的內涵和外延還是有較大的難度，這就給我們的實驗提出了較高的要求。傳統的實驗手段顯然不能滿足我們的教學要求，DIS 實驗系統就展現了明顯優勢：一是體現在觀測最大靜摩擦力大于同條件下的滑動摩擦力的時候；二是能全面展現滑動摩擦力的決定因素，滑動摩擦力的大小不僅跟物體的重量有關系，而且還與接觸材料及接觸面的粗糙程度有關系，與接觸面積無關；三是能夠超越傳統，鍛煉學生的動手能力。

（二）驗證牛頓第三定律實驗。傳統的教學中我們經常采用兩個彈簧對拉的方式來驗證相互作用力之間大小相等、方向相反的關系。在具體教學過程中，經常存在這樣的問題，因為彈簧秤較小，不容易觀測到實驗數據，當我們用投影放大之后，影響了實驗的精度，繼而影響了實驗的可信度；再者，傳統實驗只能展現靜態過程，無法完成動態過程的監測，也就無法驗證在動態的加速或者減速的過程中，作用力與反作用力是否一致，限制比較多，造成實驗不夠精準，甚至出現偏差，也不能有效吸引學生的注意力。我們使用 DIS 系統來進行實驗可以彌補以上不足。endprint

三、利用 DIS 做好實驗的基本要求

運用 DIS 系統做實驗具有明顯優勢，但是因為很多老師已經習慣于傳統的實驗方式，他們對傳統的實驗方式已經有了成熟的經驗，對新方法會有本能抗拒，感覺無所適從，不知道如何下手，甚至認為 DIS 實驗過于復雜，沒有必要。在這里我們要做好 DIS 實驗，應該做好以下準備。

（一）改變觀念，正確認識 DIS 實驗是課堂教學輔助工具。物理學與實驗是分不開的，我們是通過實驗來得出物理現象的規律的，物理教學離不開實驗，實驗是保證物理教學質量的重要手段，因此，教師掌握有效的實驗教學工具是非常有必要的。 DIS 系統對物理學科的教學具有明顯優勢，是幫助學生探索世界的新工具，能夠擴展教學內容，讓學生產生興趣。但是，在教學的過程中，老師也要注意，課堂上還是要以教學為主，以引導為主，避免過度運用 DIS 技術，讓學生對技術的注意多于對知識的注意和掌握。

（二）DIS 實驗并不否認傳統實驗。傳統物理實驗要求學生正確使用儀器進行觀察、測量、讀數和處理數據，此過程培養了學生的統計能力、制圖能力和利用數學方法解決物理問題的能力。DIS 實驗借助各種傳感器采集、記錄肉眼無法觀察到的細微變化、瞬間變化的實驗數據，可以滿足學生的好奇心，從而加強對知識的理解。但有些實驗還是用傳統方式來做更加直觀，如力的合成與分解實驗，力的大小用彈簧秤來測量比用力傳感器測量要方便；研究恒定電路中電流、電壓的變化，只要記錄少量數據，也不必要用電流、電壓傳感器來代替普通的指針式電表。所以 DIS 實驗和傳統實驗并不排斥，而是相互補充，這樣實驗對學生能力的培養才能發揮最大優勢。

（三）DIS 實驗應實現與傳統教學有效融合，發揮各自優勢。我們提倡 DIS 實驗教學，即使這種現代化的教學方法具有明顯優勢，但是傳統實驗也有自身特點，DIS 實驗數據依然來自傳統的實驗方式，比如對磁鐵、螺線管、氣墊導軌等的實驗數據，仍然采用傳統的方式獲取，如傳統的自感現象演示儀、向心力演示器等繼續使用在我們的實驗教學中。我們應該將傳統教學與 DIS 實驗教學進行有效融合，發揮各自優勢，運用好信息技術采集及分析動態、復雜的數據的特點。例如，教師在進行“自感現象”教學時，雖然采用的還是自感現象演示儀，但是在數據的處理上，卻是借助信息化的手段，演示的不是傳統的電表，取而代之的是 DIS 電流傳感器和電壓傳感器，這就是一個較好融合傳統教學與現在信息化教學的例子。以前自感過程需要依靠小燈泡的明滅，以及電表的擺動展示過程變化，信息化教學能夠通過記錄整個動態過程，以圖像的方式展現更多的信息，加深學生理解。我們再來舉一個“彈簧振子擺動實驗”的例子，也是通過傳統的彈簧振子演示器觀察現象，采用 DIS 系統來搜集數據，形成過程記錄。DIS 應用于物理實驗，不是完全摒棄傳統的實驗工具，而是在傳統的基礎上，不斷改進、提高、延伸，進而發揮更大的效用。

我們相信 DIS 實驗教學，能夠有效培養學生的動手、動腦能力，讓學生從被動接受到主動實踐，充分發揮學生主觀能動性。在掌握物理知識的過程中，培養他們探索真知的科學精神。我們通過工具完成我們自身無法完成的實驗，是我們不斷向前的標志。現代化教學要求我們調整我們的教學標準，創新我們的教學理念，豐富我們的教學手段，由傳統的“教”與“學”的關系，轉化為引導、合作、協助的互動教學，讓興趣引導學生利用工具，解開知識的神秘面紗，了解事物內在聯系。

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【作者簡介】陳 琪，男，南寧市第二中學物理教師。

（責編 盧建龍）endprint