欒愛民

（江蘇省泰興中學(xué)，江蘇泰州 225400）

引言

DIS實(shí)驗(yàn)是Digital Information System的縮寫，意思是“數(shù)字化信息系統(tǒng)”，是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過DIS實(shí)驗(yàn)可以將實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)分析得更加透徹和清晰，并且能夠?qū)?shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)值和圖表等方式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，相比于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)來說更加省時(shí)和精確[1]。為了提高高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，筆者將DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行結(jié)合，節(jié)省了一些數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，保證學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)能夠完成實(shí)驗(yàn)，并且鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力，讓學(xué)生能夠結(jié)合自身的基礎(chǔ)知識(shí)解決物理問題，實(shí)現(xiàn)了高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的。

一、正確認(rèn)識(shí)DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)

由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)存在一定的弊端，導(dǎo)致學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些誤差，或者實(shí)驗(yàn)工具選取不當(dāng)，學(xué)生必須進(jìn)行反復(fù)操作，阻礙了實(shí)驗(yàn)的順利開展。而DIS實(shí)驗(yàn)中的傳感器技術(shù)可以解決這一問題，該技術(shù)可以利用采集器和傳感器對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，代替了學(xué)生的手工記錄、采集和分析物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程，這樣大大減少了人為因素導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)誤差和錯(cuò)誤[2]。所以，DIS實(shí)驗(yàn)是目前高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中提倡的一種教學(xué)技術(shù)。但是每個(gè)事物都有兩面性，該技術(shù)既然有優(yōu)點(diǎn)，也會(huì)有缺點(diǎn)。教師在教學(xué)的過程中要正確認(rèn)識(shí)這一技術(shù)，不能用其代替全部傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，而是要將這兩者進(jìn)行融合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，才能提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

例如，有些教師年齡偏大且具有足夠的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不喜歡接受新鮮元素，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不愿意采用DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)，認(rèn)為這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)忽視了對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)技能的培養(yǎng)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過程。所以，即使學(xué)校安排了DIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)器具也是一種擺設(shè)，教師不但不學(xué)習(xí)該技術(shù)的使用方法，還對(duì)其一直持否定的態(tài)度。還有一些教師主動(dòng)學(xué)習(xí)了這種先進(jìn)的教學(xué)工具，并將其完全取代了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這也是不對(duì)的。因?yàn)镈IS實(shí)驗(yàn)會(huì)讓學(xué)生變得依賴器具分析數(shù)據(jù)，缺乏對(duì)基本技能的鍛煉。所以，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入DIS實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師要擺正態(tài)度，合理地使用和融入DIS實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮其價(jià)值。

二、分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足

在信息技術(shù)不發(fā)達(dá)的時(shí)期，高中物理教學(xué)一直采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)器具讓學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)過程，并直觀地觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這樣能鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的積極性，從而提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。但是，由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)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(chǎn)生誤差，實(shí)驗(yàn)的成功率較低。并且，不斷地反復(fù)操作會(huì)延誤實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，最終無法在有限的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。所以，目前的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提倡將DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其不足，從而得到預(yù)期的教學(xué)效果。

例如，在做《機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，由于紙帶的摩擦和空氣阻力都會(huì)產(chǎn)生誤差，為了減少重物下落過程的阻力，學(xué)生必須選擇一個(gè)動(dòng)能增加量小于重力勢(shì)能減少量的重物，所以在選擇重錘時(shí)，重一些的比較好。而對(duì)紙帶進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要選擇第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm的清晰點(diǎn)跡進(jìn)行測(cè)量。在驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，要選取某個(gè)點(diǎn)，用刻度尺測(cè)量第一個(gè)點(diǎn)到該點(diǎn)的距離h，測(cè)量該點(diǎn)前后兩點(diǎn)間的距離，再算出某個(gè)位置的速度。但是這一操作會(huì)產(chǎn)生誤差，為了減少誤差，就得多測(cè)幾次求平均值。并且，這種數(shù)據(jù)分析的過程大大延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，導(dǎo)致這一數(shù)據(jù)不僅存在誤差，還存在分析時(shí)間較長(zhǎng)的問題，這就是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的不足。

三、巧用DIS實(shí)驗(yàn)加以改進(jìn)

經(jīng)過分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足，教師可以將學(xué)生分成若干個(gè)小組，將DIS實(shí)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)課堂中，巧用DIS實(shí)驗(yàn)的工具對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，并在保留傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加以完善，減少實(shí)驗(yàn)的誤差，在節(jié)省時(shí)間的基礎(chǔ)上保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。從而拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學(xué)生的物理意識(shí)，以此達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的。

例如，在《機(jī)械能守恒定律》這一實(shí)驗(yàn)中，筆者帶領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用DIS實(shí)驗(yàn)計(jì)算對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。讓學(xué)生利用DIS的工具光電門測(cè)出重錘通過某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，并經(jīng)過演示儀的刻度讀出該點(diǎn)的高度。之后，計(jì)算機(jī)再根據(jù)光電門測(cè)得速度和該點(diǎn)的高度，計(jì)算出重錘在該點(diǎn)的機(jī)械能。通過改變不同的數(shù)據(jù)來驗(yàn)證“機(jī)械能量守恒”這一定律。但是在這個(gè)過程中，還是以傳統(tǒng)的教學(xué)器材為基礎(chǔ)，以重錘和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器等為依據(jù)測(cè)定不同的數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)，減少了數(shù)據(jù)分析的時(shí)間，從而達(dá)到了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與DIS實(shí)驗(yàn)的融合，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展。

四、總結(jié)DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的利弊

DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)在運(yùn)用時(shí)，由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等器材對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及現(xiàn)象進(jìn)行分析，應(yīng)用范圍廣，可靠且精度高，還可以運(yùn)用數(shù)據(jù)處理器繪制各種圖像，如“P-V”“V-t”圖像等。這樣免去了學(xué)生的數(shù)學(xué)分析過程，縮短了時(shí)間，讓學(xué)生在圖像中分析物理規(guī)律，從而完成教學(xué)目標(biāo)。但是，在這些優(yōu)點(diǎn)的背后同樣存在著一定的缺點(diǎn)，由于DIS實(shí)驗(yàn)工具的價(jià)格高，很多學(xué)校受到條件的限制并沒有配備DIS實(shí)驗(yàn)器具，所以這一教學(xué)技術(shù)無法在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到應(yīng)用。同時(shí)，DIS實(shí)驗(yàn)無法將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀地展示給學(xué)生，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中沒有充足的時(shí)間來進(jìn)行思考和分析，結(jié)果就快速地展示給了學(xué)生，這樣缺少了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)基本技能的過程和機(jī)會(huì)。

而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以運(yùn)用實(shí)驗(yàn)器材讓學(xué)生動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)步驟，直觀地將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象展示給學(xué)生，加深學(xué)生的記憶。并且，還讓學(xué)生通過小組探究對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析和創(chuàng)新，從而拓展了學(xué)生的物理思維，分析了實(shí)驗(yàn)中的不足并加以改進(jìn)。同時(shí)，在數(shù)據(jù)中分析實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，鍛煉了學(xué)生的分析能力和理解能力。但是，在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，由于人為操作不當(dāng)，容易導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)，無法得到理想的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。并且在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析時(shí)需要的時(shí)間太長(zhǎng)，經(jīng)常導(dǎo)致一節(jié)實(shí)驗(yàn)課堂無法做完實(shí)驗(yàn)而得不到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，總結(jié)DIS實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的利弊之后，教師要將其加以融合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，從而將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值發(fā)揮到最大。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的融合是目前高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趨勢(shì)，教師要結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和知識(shí)框架，設(shè)計(jì)符合學(xué)生自主探究的實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生通過自身的物理知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新。從而在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮自身的潛能，掌握實(shí)驗(yàn)規(guī)律和特點(diǎn)，選擇合適的實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，并將物理知識(shí)運(yùn)用到生活中以解決實(shí)際問題。