高中物理DIS實驗與傳統實驗融合的研究
——以機械能守恒定律為例

欒愛民

（江蘇省泰興中學，江蘇泰州 225400）

引言

DIS實驗是Digital Information System的縮寫，意思是“數字化信息系統”，是由“傳感器+數據采集器+計算機”構成的新型實驗系統。通過DIS實驗可以將實驗中的數據分析得更加透徹和清晰，并且能夠將實驗中的數據轉換成數值和圖表等方式對實驗數據進行統計，相比于傳統實驗來說更加省時和精確[1]。為了提高高中物理實驗教學的效率，筆者將DIS實驗與傳統實驗進行結合，節省了一些數據處理的時間，保證學生在有限的時間內能夠完成實驗，并且鍛煉了學生的創新能力，讓學生能夠結合自身的基礎知識解決物理問題，實現了高中物理實驗教學的目的。

一、正確認識DIS實驗技術

由于傳統實驗存在一定的弊端，導致學生在進行實驗操作時經常會出現一些誤差，或者實驗工具選取不當，學生必須進行反復操作，阻礙了實驗的順利開展。而DIS實驗中的傳感器技術可以解決這一問題，該技術可以利用采集器和傳感器對物理實驗的數據進行自動采集，代替了學生的手工記錄、采集和分析物理實驗數據的過程，這樣大大減少了人為因素導致的實驗誤差和錯誤[2]。所以，DIS實驗是目前高中物理實驗教學中提倡的一種教學技術。但是每個事物都有兩面性，該技術既然有優點，也會有缺點。教師在教學的過程中要正確認識這一技術，不能用其代替全部傳統實驗，而是要將這兩者進行融合，揚長避短，才能提高實驗教學的效率。

例如，有些教師年齡偏大且具有足夠的教學經驗，不喜歡接受新鮮元素，在實驗教學中不愿意采用DIS實驗技術，認為這樣的實驗教學忽視了對學生基礎技能的培養，簡化了實驗過程。所以，即使學校安排了DIS實驗教學器具也是一種擺設，教師不但不學習該技術的使用方法，還對其一直持否定的態度。還有一些教師主動學習了這種先進的教學工具，并將其完全取代了傳統實驗教學，這也是不對的。因為DIS實驗會讓學生變得依賴器具分析數據，缺乏對基本技能的鍛煉。所以，在實驗教學中引入DIS實驗時，教師要擺正態度，合理地使用和融入DIS實驗，充分發揮其價值。

二、分析傳統實驗的不足

在信息技術不發達的時期，高中物理教學一直采用傳統實驗教學，運用實驗器具讓學生動手操作實驗過程，并直觀地觀看實驗現象，這樣能鍛煉學生的動手能力，激發學生的積極性，從而提升學生的實踐能力和創新能力。但是，由于傳統實驗教學中存在著一定的問題，受一些工具的不確定性和人為操作失誤的影響，容易產生誤差，實驗的成功率較低。并且，不斷地反復操作會延誤實驗的時間，最終無法在有限的時間內完成實驗。所以，目前的高中物理實驗教學提倡將DIS實驗與傳統實驗相結合，發揮各自的優勢，彌補其不足，從而得到預期的教學效果。

例如，在做《機械能守恒定律》的實驗時，在傳統實驗中，由于紙帶的摩擦和空氣阻力都會產生誤差，為了減少重物下落過程的阻力，學生必須選擇一個動能增加量小于重力勢能減少量的重物，所以在選擇重錘時，重一些的比較好。而對紙帶進行測量時，要選擇第一、二兩點間的距離接近2mm的清晰點跡進行測量。在驗證機械能守恒時，要選取某個點，用刻度尺測量第一個點到該點的距離h，測量該點前后兩點間的距離，再算出某個位置的速度。但是這一操作會產生誤差，為了減少誤差，就得多測幾次求平均值。并且，這種數據分析的過程大大延長了實驗時間，導致這一數據不僅存在誤差，還存在分析時間較長的問題，這就是傳統實驗的不足。

三、巧用DIS實驗加以改進

經過分析傳統實驗教學中的不足，教師可以將學生分成若干個小組，將DIS實驗引入實驗課堂中，巧用DIS實驗的工具對實驗進行改進，并在保留傳統實驗的基礎上加以完善，減少實驗的誤差，在節省時間的基礎上保證實驗的準確性和科學性。從而拓展學生的創新思維，培養學生的物理意識，以此達到預期的實驗教學目的。

例如，在《機械能守恒定律》這一實驗中，筆者帶領學生運用DIS實驗計算對傳統實驗進行了改進。讓學生利用DIS的工具光電門測出重錘通過某點的瞬時速度，并經過演示儀的刻度讀出該點的高度。之后，計算機再根據光電門測得速度和該點的高度，計算出重錘在該點的機械能。通過改變不同的數據來驗證“機械能量守恒”這一定律。但是在這個過程中，還是以傳統的教學器材為基礎，以重錘和打點計時器等為依據測定不同的數據，并分析數據，減少了數據分析的時間，從而達到了傳統實驗與DIS實驗的融合，促進了實驗教學的發展。

四、總結DIS實驗與傳統實驗的利弊

DIS實驗技術在運用時，由傳感器、數據采集器、計算機系統等器材對實驗數據以及現象進行分析，應用范圍廣，可靠且精度高，還可以運用數據處理器繪制各種圖像，如“P-V”“V-t”圖像等。這樣免去了學生的數學分析過程，縮短了時間，讓學生在圖像中分析物理規律，從而完成教學目標。但是，在這些優點的背后同樣存在著一定的缺點，由于DIS實驗工具的價格高，很多學校受到條件的限制并沒有配備DIS實驗器具，所以這一教學技術無法在物理實驗教學中得到應用。同時，DIS實驗無法將實驗現象直觀地展示給學生，使學生在實驗的過程中沒有充足的時間來進行思考和分析，結果就快速地展示給了學生，這樣缺少了培養學生實驗基本技能的過程和機會。

而傳統實驗教學可以運用實驗器材讓學生動手操作實驗步驟，直觀地將實驗現象展示給學生，加深學生的記憶。并且，還讓學生通過小組探究對實驗進行分析和創新，從而拓展了學生的物理思維，分析了實驗中的不足并加以改進。同時，在數據中分析實驗過程中出現的問題，鍛煉了學生的分析能力和理解能力。但是，在傳統實驗中，由于人為操作不當，容易導致誤差的出現，無法得到理想的實驗數據。并且在進行實驗數據分析時需要的時間太長，經常導致一節實驗課堂無法做完實驗而得不到實驗結果。因此，總結DIS實驗和傳統實驗的利弊之后，教師要將其加以融合，揚長避短，從而將實驗教學的價值發揮到最大。

結語

綜上所述，DIS實驗與傳統實驗教學的融合是目前高中物理實驗教學的趨勢，教師要結合學生的認知規律和知識框架，設計符合學生自主探究的實驗過程，讓學生通過自身的物理知識進行創新。從而在實驗中發揮自身的潛能，掌握實驗規律和特點，選擇合適的實驗方法設計實驗過程，并將物理知識運用到生活中以解決實際問題。