DIS實驗在初中物理實驗教學中的實踐

王丹

【摘要】實驗是物理學科的重要組成，在于直觀形象地為學生揭示物理規律和現象，在引領學生高效理解和掌握知識過程中發揮著不可小覷作用.隨著新課程標準實施，對初中物理實驗教學提出比以往更高的要求，教師不單單要為學生演示以及指導學生操作實驗，還需讓學生在實驗中形成自主探究知識的能力，強化科學思維與創新意識，進一步落實核心素養教學目標.DIS實驗能較好地展示可見度較小且瞬間發生變化的物理過程，并運用數據采集器實時向電腦傳送實驗數據，幫助學生深入理解物理學思想和概念，提高學習效率.

【關鍵詞】實驗教學;DIS實驗;教學策略

1 DIS實驗內涵以及應用于物理教學意義

DIS實驗即信息技術背景下衍生而出的實驗教學平臺，即借助傳感器獲取大量信息，隨即運用計算機和采集器實時采集和處理所獲取的數據，來運用計算機完成數據顯示、存儲分析以及傳輸等相關任務，實現數字化處理目標，最重要能在此過程中直觀形象地呈現便于學生理解和記憶的物理規律，同時引領學生運用已有知識和教師、同學溝通交流，提升學習效率.與此同時，學生在DIS實驗中能應用全新方式重新設計實驗，增強解釋實驗圖象能力和思維能力，進而積極探究物理現象.初中物理教師通過構建全新的教學理念改革和創新教學方式，提升教學效率[1].

在初中物理教學應用DIS實驗具有以下方面意義：首先深化對物理知識理解;縱觀初中物理實驗儀器，缺乏足夠的精度且較為單一，十分容易出現實驗結果錯誤現象，更無法實現運用實驗操作直觀呈現物理規律和現象等教學目的.與此同時，傳統實驗教學器材無法開展抽象性較強的實驗，正是這種局限性對拓展實驗教學范圍形成限制.

DIS實驗所具有的優勢是傳統物理實驗儀器無法比擬的，該實驗方式由硬件與軟件兩大部分組成，其中軟件包括數據采集器、傳感器等設備，軟件則包括通用軟件和教材專用等，借助DIS實驗能迅速收集可運用計算機處理的物理信息，最重要是DIS實驗能為學生直觀形象地展示不同物理量間關系，為更好地研究物理量提供便利，使學生從多個角度認識物理現象.

其次拓寬實驗領域;在初中物理教學中應用DIS實驗能實現直觀顯示可見度小且瞬間發生變化的物理過程.

例如 可展示摩擦做功后提升系統溫度實驗，或液體在蒸發中會降低溫度等實驗.很多物理教師在傳統教學中對于上述實驗會感到困難，若單單演示實驗無法精準且全面地為學生展示實驗.通過應用DIS實驗能借助數據采集器，在短時間內將記錄的數據實時傳送至電腦，隨即運用相應軟件處理.上述方式和傳統實驗裝置能幫助學生深入理解物理學思想和相關概念.

例如 DIS系統會在摩擦做功后其溫度發生變化，由于溫度變化較為微小且轉瞬即逝，傳統實驗儀器和測量方式無法直觀開展上述實驗.借助DIS實驗為學生直觀形象地展現溫度變化過程，促使學生在觀察中理解知識.除此之外，DIS實驗所具有的探測靈敏度較高，能實時且直觀地輸出結果，獲取良好實驗效果的同時縮短實驗時間，維持學生探究物理知識興趣，提升教學效率.

第三提升實驗深度;DIS實驗在數據采集方面具有顯著的便捷性和準確性優勢，同時還具備良好的繪圖功能，可根據數據將其繪制成圖象.傳感器和傳統儀器繪制效果相比具有實時繪制效果，學生通過仔細觀察和細致分析圖象能深入理解實驗特征，并對所學知識產生深入理解[2].

2 在初中物理實驗教學應用DIS實驗策略

2.1 合理應用DIS實驗 發展學生理性思維能力

隨著經濟社會快速發展，各個領域對人才提出比以往更高地要求和標準，其中理性思維與創新能力是考量現代人才的主要因素，所以，教育方面需重點培養學生創新與理性思維能力.

教學課程大綱早已將培養學生理性思維和實踐能力作為重點目標，在充分遵循的主體作用的基礎上激發學生探究物理知識興趣.從被動學習轉至積極主動的再創造和再發現學習.學校和教師在新課程改革背景下應需根據不同層次學生實施DIS實驗教學，并在教學中融入理性思維，引領學生運用所學知識分析和解決實際問題，不斷提升創新能力和學習質量.

學習需要正確有效的方式作為支撐.教師需指導學生對已學知識進行梳理，并以循序漸進和由淺入深的方式引領學生掌握新知識.通過指導學生正確學習激發其學習興趣，切實提升教學效率.

對于教師和學生而言，課堂每一分每一秒都至關重要，所以教師需合理把控課堂教學時間并基于此采取合適教學方式，啟發學生的創新思維和智慧.

在新課程改革背景下提出DIS革符合現代經濟社會對人才提出的要求，一定程度也改變傳統課堂灌輸知識和被動學習現狀.師生在愉悅和諧的課堂氛圍中高效互動，促使學生在自主探究思考問題中靈活應用所學知識，跳出傳統題海戰術對自身學習和發展的限制，切實提升學習能力.

當學生形成良好的創新思維就會積極主動參與教師設置的教學活動，增強分析問題和解決問題能力，切實提升教學效率與質量，對學生未來發展有著重要現實意義.

物理知識較為抽象，故而培養學生理性思維是該學科重要教學目標之一.初中物理可運用DIS實驗豐富課堂教學內容，激發學生探究興趣，達到預期教學目標.

例如 運用DIS實驗開展.先將通電螺栓管與電流傳感器串聯于電路中，再于螺線管內某個地方放置磁傳感器，打開DIS通用擴展軟件，運用坐標繪圖中電流-磁感應強度功能調節滑動變阻器，通電螺線管中的電流大小因此發生改變.通過反復操作上述實驗能獲取一條圖象，最后對螺線管內位置的磁傳感器探頭進行調節，再重復上述操作，獲取若干條磁感應強度與電流間關系圖象，所獲取不同圖象均僅原點，說明螺線管內磁感應強度與螺線管中所經電流二者有正比關系[3].

2.2 指導學生探究實驗 有效激發學生學習興趣

縱觀傳統物理課堂教學，教師一直占據課堂中心為學生灌輸大量知識，而學生需要在教師的引領和指導下才能明確學習方向和重難點，正因如此不斷弱化學生課堂主體地位，而學生長期處于此環境中會逐漸喪失自主學習意識.與此同時，教師所采取的教學方式多針對全體學生，部分地理基礎較為薄弱的學生因無法緊跟教學進度而產生厭學和消極情緒.

DIS實驗為學生直觀形象地展示不同物理量間關系，為更好地研究物理量提供便利，使學生從多個角度認識物理現象，更能活躍課堂氣氛，調動學生自主探究知識和學習積極性.所以物理教師可結合學生學習情況以及理解知識程度，適當調整教學節奏和把控課堂，促使學生在潛移默化中將所學知識內化于自身學習體系.

一般描述物體運動需得知物體位移信息與相關時間點，傳統實驗運用固定刻度尺獲取位移數據且需運用停表記錄時間，整個過程會融入較多主觀因素，十分容易形成實驗誤差.運用DIS實驗系統中可準確記錄研究物體運動每一時刻時間點與位移，誤差相對較小，便于學生理解相關知識，提高學習效率.

例如 摩擦力實驗是初中物理重要知識點，雖然學生在教師的實驗演示下能感悟摩擦力的存在，然而教師在物理實驗中多采取手拉彈簧的方式，該方式無法對物體勻速直線運動進行準確控制，所以只能定性觀察摩擦力，開展定量研究則有一定難度.運用DIS實驗系統中位移傳感器與傳感器能簡單獲取摩擦力變化圖象，便于分析摩擦力與接觸面材料、壓力、運動速度等多方面因素關系.與此同時，運用DIS實驗實施摩擦力實驗需準備帶小車模板、DIS實驗系統、鐵架臺、砝碼、滑塊等器材.先固定鐵架臺與力傳感器，隨即運用繩子連接力傳感器與滑塊.帶有長木板小車放置于滑塊下方，緊接著用手為小車增添水平拉力，運用控制變量方式研究分析運動速度、接觸面的粗糙程度、接觸面積、壓力等各種因素對摩擦力產生影響.整個實驗過程相對簡單，最重要能得到準確結果，促使學生深入理解摩擦力的知識，提升實驗教學效率.

傳統物理實驗所使用的部分儀器設備存在可靠性差、精度低且系統誤差大等缺點.DIS具有較高地計數頻率，每秒20次，所以傳感器能捕捉無法被常規儀器捕捉到的瞬間變化物理量，同時結合計算機軟件清晰且便捷地展現測量對象在整個過程中變化情況.

例如 在伏安法測小電阻教學中，物理教師在該教學中運用滑動變阻器、電流表、電壓表完成實驗并引導學生對分析數據，得出隨溫度升高，燈絲電阻而增加結論.緊接著教師運用電流傳感器替代電流表接入電路，其中電流傳感器直接捕捉到電路接通瞬間電路變化情況，經燈絲電流在0.1s時間內從0轉變至0.7A，又迅速減小至0.37A，之后保持不變.由此說明，燈絲冷態電阻和正常工作時相比較小，普通電流表無法觀察瞬間變化電流[4].

2.3 采取小組合作學習 提高DIS實驗教學效果

生生合作互動即以學生與學生在課堂教學中相互交流與協作促進課堂生成方式.對于初中物理學科而言，運用自主探索、動手實踐以及合作交流等較好地引領學生掌握物理知識與技能.尤其學生在合作交流中啟發思維，擴大對所學知識的認識，形成對問題的全新見解，這種方式能提升學生思考能力和學習質量.

20世紀70年代初，美國教育者提出合作學習，70～80年代中期獲得實質性進展，逐漸形成集實效性和創新性于一體的教學策略.合作學習在提升學生學習的效率，形成良好思維品質以及活躍課堂氣氛中發揮著不可小覷作用.

互動觀是合作學習最受關注的理念，因為合作學習將教學間的互動作為吸引學生參與課堂學習主要途徑，無論在內容或形式上，互動觀不同于傳統教學觀，它將教學互動延伸至教師與學同間的互動.

初中物理是一門具有較強實踐性學科，很多知識與問題都要依附于相互協調、合作、交流、學習、補充、發展等.在物理學科中實施生生互動，能促使學生張揚個性，散發課堂教學魅力.

初中物理教師在應用DIS實驗教學時可將學生分為若干小組，充分調動學生思維能力，提升物理實驗教學效率.

例如 以“熔化與凝固”教學為例，運用DIS實驗能有效捕捉轉瞬即逝變化的量，引領學生理解重難點知識.該章節在于讓學生明確熔化與凝固定義，以及晶體與非晶體不同之處，還要了解凝固與熔化曲線物理含義.在教學之前先讓學生分為4人小組，其中物理教師提前指導，強調實驗中可能會遇到問題以及需注意事項，保障物理實驗順利開展.在對海波熔化時溫度變化規律探究時需從30℃開始計時，探究石蠟熔化時溫度變化規律，實驗過程中每隔1min記錄一次物質狀態與溫度值，運用DIS展示收集數據，各個小組將實驗時描在坐標紙上的點連成曲線，再結合圖象對固體熔化時溫度變化規律進行分析.探究物質的熔化和凝固時，利用傳感器代替普通實驗溫度計，能幫助學生更加快速準確的記錄溫度，整個過程充分體現科學探究特征，提升物理實驗教學效率.

【課題項目：常州市教育科學“十三五”規劃第二批立項課題“基于傳感器技術的初中物理探究教學的實踐研究”;項目編號：CJK-L2020268】

參考文獻：

[1]周軼.DIS實驗在初中物理教學中的實踐探索[J].中國現代教育裝備，2019， 310（06）：27-29.

[2]孫東振.促進深度學習的初中物理實驗教學優化——以“實驗探究：物質比熱容”實驗教學為例[J].中學物理， 2020（18）.

[3]徐夢莎，馮杰. DIS探究液體內部壓強與深度關系實驗方法的改進[J].物理通報， 2019（S1）：113-115.

[4]劉作志，翟應品，于魯輝，等. 巧用DIS滑桿機構破解力學實驗難題[J].中學物理，2020， 38（14）：3.