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1、DIS在高中物理实验教学中的应用探索 本文针对物理 DIS 实验系统的应用实践进行探讨，将之和传统实验进行分析比较，使读者更加深入地了解 DIS 实验系统，并运用这种系统来辅助实验教学，以便更好地提高物理实验教学质量。 随着时代发展，高中物理新课标给科学研究及实验能力的发展指出新的方向将信息技术应用于实验教学。物理 DIS 实验教学就是其中一个例子，它是运用现代信息技术进行学习的一种实验教学手段。信息技术能够快速采集数据、运算和分析数据，对丰富课堂内容，提高实验效率，增加教学趣味性具有一定意义。 新课标要求教育要“以学生发展为本”。作为学生学习的引导者，教师的责任越来越大，要求越来越多。不仅要
2、授人以“鱼”，而且还要授人以“渔”，更要因人授“渔”。在教学过程中要增加学生的体验与感悟，着眼于探究知识和构建知识结构，让学生介入教学资料的整理过程中，培养学生搜集和整理资料的能力，激发学生创新的热情和实践能力。在具体教学中，我们要借助正确的物理实验手段，使学生理解物理概念，了解事物的表象，认清事物的本质，明白课本上的知识和具体生活中遇到的现象的内在联系，学会用理论来指导实践。因此，DIS 的应用为实现现代教学目标提供了便利，符合新课改要求。 对于有一定物理教学经验的教师，都会有这样的体会，传统物理实验的很多方法已经不能满足现在化教学的要求。比如，在做多种物理量测量的相关实验，大多是靠虚拟或仿
3、真的方式来完成，因为实验仪器基本存在精度不高，误差较大、不能重复，实验得到的相关数据可信度不高等问题。这些实验仪器使用起来极为不便，不仅费时费力，而且还在很大程度上影响学生对物理现象的深入理解，降低教学质量和效率。尤其对声学、光学、运动学、磁学等方面的基本数据的获取比较困难，因此DIS的出现能够很好地弥补传统实验的不足。 一、DIS 实验系统应用于实验教学的特点 DIS 是 Digital Information System 三词的缩写，DIS 是“数字化信息系统”的简称。作为现代化的教学手段，DIS 应用于实验有以下特点 （一）数据精度高。DIS 实验系统采用的传感器和采集器能够有效提高数
4、据的准确性，传统的实验系统使用的实验设备，数据难读取，误差较大等，导致实验不够精确，比如以前弹簧秤的使用，不同的人可能测出不同的数据，DIS 实验系统能用压力传感器代替，打点计时器可以用光电门代替等，避免使用传统实验中误差较大的实验设备和器材，能够有效提高数据准确性。也因为 DIS 实验系统具有准确性高的优势，所以这种现代化的实验方法得到了较快的普及，已经广泛应用于声、光、电、磁、力等方面的实验中。 （二）DIS 实验系统让实验速度更快，数据更丰富。在传统实验中，实验员把大量的时间用在了数据的读取、记录、公式运算和图线描绘中，而除了一些各种参数的改变需要缓慢变化的实验以外，这些步骤在 DIS
5、实验系统中都可以用计算机代替，因而加快了实验的速度，使实验在非常短的时间里能够完成更多实验数据采集。实验得到的数据越多，实验的结果越具有科学性和真实性。这正是 DIS 实验相比于传统实验系统的优势所在。 （三）DIS 中传感技术的应用对于测量方面具有跨时代意义，它能够完成很多传统实验无法完成的任务。DIS 实验能够应用自身的数据处理系统设计和完成一些比较抽象、对数据的质与量要求比较高的实验，比传统实验更具优势。如，在“验证牛顿第三定律”的时候，以前的实验只能借助于两个弹簧秤，让学生通过拉伸，看弹簧秤上的数据是否一致。依靠 DIS 的方法，不仅能够借助两个力传感器得到准确数据，而且还能观测到实验
6、过程中不断变化的过程数据，能够完成多种数据的瞬间切换。不管是处于匀速、加速还是瞬间碰撞，都能够准确记录整个动态过程。学生能够看到作用力与反作用力在各个时段的数据变化，因此更能激起学生的学习兴趣。DIS 实验系统对于微小电信号也能够准确捕捉，能够完成传统实验无法做到的扩展性实验，如在对人体导电的观测、水果电池等。 二、DIS 在新课程教学中的应用举例 （一）最大静摩擦力实验。摩擦力是高中学生入学后遇到的首个难题，因为摩擦力问题具有自身的复杂性、多样性、不易分辨性，即使有初中学习的基础，但对于高中生来说，要想准确、全面、系统地搞清楚摩擦力的内涵和外延还是有较大的难度，这就给我们的实验提出了较高的要
7、求。传统的实验手段显然不能满足我们的教学要求，DIS 实验系统就展现了明显优势一是体现在观测最大静摩擦力大于同条件下的滑动摩擦力的时候；二是能全面展现滑动摩擦力的决定因素，滑动摩擦力的大小不仅跟物体的重量有关系，而且还与接触材料及接触面的粗糙程度有关系，与接触面积无关；三是能够超越传统，锻炼学生的动手能力。 （二）验证牛顿第三定律实验。传统的教学中我们经常采用两个弹簧对拉的方式来验证相互作用力之间大小相等、方向相反的关系。在具体教学过程中，经常存在这样的问题，因为弹簧秤较小，不容易观测到实验数据，当我们用投影放大之后，影响了实验的精度，继而影响了实验的可信度；再者，传统实验只能展现静态过程，无
8、法完成动态过程的监测，也就无法验证在动态的加速或者减速的过程中，作用力与反作用力是否一致，限制比较多，造成实验不够精准，甚至出现偏差，也不能有效吸引学生的注意力。我们使用 DIS 系统来进行实验可以弥补以上不足。 三、利用 DIS 做好实验的基本要求 运用 DIS 系统做实验具有明显优势，但是因为很多老师已经习惯于传统的实验方式，他们对传统的实验方式已经有了成熟的经验，对新方法会有本能抗拒，感觉无所适从，不知道如何下手，甚至认为 DIS 实验过于复杂，没有必要。在这里我们要做好 DIS 实验，应该做好以下准备。 （一）改变观念，正确认识 DIS 实验是课堂教学辅助工具。物理学与实验是分不开的，
9、我们是通过实验来得出物理现象的规律的，物理教学离不开实验，实验是保证物理教学质量的重要手段，因此，教师掌握有效的实验教学工具是非常有必要的。 DIS 系统对物理学科的教学具有明显优势，是帮助学生探索世界的新工具，能够扩展教学内容，让学生产生兴趣。但是，在教学的过程中，老师也要注意，课堂上还是要以教学为主，以引导为主，避免过度运用 DIS 技术，让学生对技术的注意多于对知识的注意和掌握。 （二）DIS 实验并不否认传统实验。传统物理实验要求学生正确使用仪器进行观察、测量、读数和处理数据，此过程培养了学生的统计能力、制图能力和利用数学方法解决物理问题的能力。DIS 实验借助各种传感器采集、记录肉眼
10、无法观察到的细微变化、瞬间变化的实验数据，可以满足学生的好奇心，从而加强对知识的理解。但有些实验还是用传统方式来做更加直观，如力的合成与分解实验，力的大小用弹簧秤来测量比用力传感器测量要方便；研究恒定电路中电流、电压的变化，只要记录少量数据，也不必要用电流、电压传感器来代替普通的指针式电表。所以 DIS 实验和传统实验并不排斥，而是相互补充，这样实验对学生能力的培养才能发挥最大优势。 （三）DIS 实验应实现与传统教学有效融合，发挥各自优势。我们提倡 DIS 实验教学，即使这种现代化的教学方法具有明显优势，但是传统实验也有自身特点，DIS 实验数据依然来自传统的实验方式，比如对磁铁、螺线管、气
11、垫导轨等的实验数据，仍然采用传统的方式获取，如传统的自感现象演示仪、向心力演示器等继续使用在我们的实验教学中。我们应该将传统教学与 DIS 实验教学进行有效融合，发挥各自优势，运用好信息技术采集及分析动态、复杂的数据的特点。例如，教师在进行“自感现象”教学时，虽然采用的还是自感现象演示仪，但是在数据的处理上，却是借助信息化的手段，演示的不是传统的电表，取而代之的是 DIS 电流传感器和电压传感器，这就是一个较好融合传统教学与现在信息化教学的例子。以前自感过程需要依靠小灯泡的明灭，以及电表的摆动展示过程变化，信息化教学能够通过记录整个动态过程，以图像的方式展现更多的信息，加深学生理解。我们再来举
12、一个“弹簧振子摆动实验”的例子，也是通过传统的弹簧振子演示器观察现象，采用 DIS 系统来搜集数据，形成过程记录。DIS 应用于物理实验，不是完全摒弃传统的实验工具，而是在传统的基础上，不断改进、提高、延伸，进而发挥更大的效用。 我们相信 DIS 实验教学，能够有效培养学生的动手、动脑能力，让学生从被动接受到主动实践，充分发挥学生主观能动性。在掌握物理知识的过程中，培养他们探索真知的科学精神。我们通过工具完成我们自身无法完成的实验，是我们不断向前的标志。现代化教学要求我们调整我们的教学标准，创新我们的教学理念，丰富我们的教学手段，由传统的“教”与“学”的关系，转化为引?献鳌?助的互动教学，让兴趣引导学生利用工具，解开知识的神秘面纱，了解事物内在联系。 第 8 页