摘要：本文討論了Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)，并通過在教學(xué)實(shí)踐中的具體應(yīng)用討論了兩者之間的關(guān)聯(lián)。

關(guān)鍵詞：Dis技術(shù)；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；結(jié)合

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003—6148(2011)9(5)-0053—3

實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的地位和實(shí)驗(yàn)本身的特點(diǎn)，決定了它在物理教學(xué)中起著重要的作用。DIS技術(shù)，即數(shù)字信息系統(tǒng)(Digital InformationSystem)，它是由“傳感器+數(shù)據(jù)采集器+實(shí)驗(yàn)軟件包+計(jì)算機(jī)”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)量技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到科學(xué)技術(shù)研究以及生產(chǎn)領(lǐng)域，如今正逐步應(yīng)用于中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文結(jié)合教學(xué)實(shí)踐談?wù)剬?duì)Dis技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)關(guān)系的認(rèn)識(shí)。

1 Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的比較

1.1Dis技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚓_、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地采集實(shí)驗(yàn)信息，實(shí)驗(yàn)誤差較小，使物理學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證更具嚴(yán)謹(jǐn)性和可信度。由此也較容易發(fā)現(xiàn)或驗(yàn)證各物理量間的數(shù)學(xué)關(guān)系，對(duì)定量研究物理學(xué)規(guī)律非常適用。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)，使得數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有很強(qiáng)的拓展性，能夠更加方便地開展研究型課程和進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，給了學(xué)生更為廣闊的進(jìn)行自主發(fā)展的空間。

1.2Dis技術(shù)的劣勢(shì)

由于對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作原理，學(xué)生一無所知，不符合學(xué)生的認(rèn)知過程。同時(shí)現(xiàn)代化設(shè)備對(duì)重現(xiàn)當(dāng)年物理學(xué)家對(duì)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)過程有所忽略。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)貼近生活，能激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。另外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備價(jià)格昂貴，而且更新速度較快。

總之，這兩類實(shí)驗(yàn)方式在對(duì)學(xué)生各方面能力的培養(yǎng)上各有側(cè)重，在教學(xué)中若能取長補(bǔ)短，會(huì)達(dá)到更好的效果。

2 機(jī)械能守恒定律一節(jié)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

“機(jī)械能守恒定律”這一節(jié)課曾獲南通市一等獎(jiǎng)，其具體內(nèi)容這里做簡略的說明，主要教學(xué)過程如圖1：

在實(shí)際教學(xué)過程中，在“新課導(dǎo)入”、“探究實(shí)驗(yàn)”、“應(yīng)用舉例”這三個(gè)方面對(duì)現(xiàn)代教育技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了整合，其中又以Dis技術(shù)的應(yīng)用為重點(diǎn)。

2.1新課導(dǎo)入

用ipad的apple store里的熱門游戲“憤怒的小鳥”電腦游戲引入(如圖2)。游戲中，小鳥的整個(gè)彈射過程包含了動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能的相互轉(zhuǎn)化。學(xué)生參與游戲，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。尤其是游戲畫面中飛鳥彈射和飛行過程出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)軌跡，學(xué)生在分析機(jī)械能間相互轉(zhuǎn)化時(shí)，對(duì)象和過程都非常明確，完美的實(shí)現(xiàn)了引課目標(biāo)。

較傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(如“單擺碰鼻”實(shí)驗(yàn)，“過山車”實(shí)驗(yàn)等)該引入不僅具有生動(dòng)性，體現(xiàn)學(xué)生的參與性，而且囊括了機(jī)械能的各種形式，較快的運(yùn)、動(dòng)過程用軌跡也得以體現(xiàn)，有助于分析。

2.2

探究實(shí)驗(yàn)

用單擺實(shí)驗(yàn)探究：只有重力做功時(shí)，系統(tǒng)機(jī)械能守恒。該實(shí)驗(yàn)的原理是：在單擺擺動(dòng)過程中測(cè)出物體的動(dòng)能(測(cè)V)和重力勢(shì)能(測(cè)h)，驗(yàn)證物體處處機(jī)械能不變，是守恒的。

本節(jié)課所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是傳統(tǒng)的單擺實(shí)驗(yàn)及用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究落體運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。傳統(tǒng)的單擺實(shí)驗(yàn)只適合定性分析，定量測(cè)量很困難。而傳統(tǒng)的落體運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)雖然可以借助打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶測(cè)量出物體的動(dòng)能，但缺點(diǎn)一是誤差大，二是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間和數(shù)據(jù)處理時(shí)間都比較長，作為探究規(guī)律的課堂演示實(shí)驗(yàn)都不合適。在實(shí)際教學(xué)過程中筆者將傳統(tǒng)的單擺實(shí)驗(yàn)和Dis技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合。最核心的內(nèi)容是用Dis技術(shù)解決單擺物體各位置的速度測(cè)量問題。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中對(duì)看似簡單的傳統(tǒng)單擺實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新。

首先，將單擺懸掛于黑板平面(如圖3)，而非懸掛于鐵架臺(tái)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是：①以黑板平面為參考釋放物塊，避免形成圓錐擺，以減小測(cè)量誤差；②便于在黑板上描繪單擺的運(yùn)動(dòng)軌跡，以便于在實(shí)驗(yàn)中方便測(cè)量高度；③便于放置光電門(實(shí)驗(yàn)中用雙面膠將光電門粘于黑板平面，易粘且易取。)；④有黑板片面作為參考，學(xué)生更容易觀測(cè)單擺運(yùn)動(dòng)。

其次，關(guān)于擺球的處理和光電門放置的竅門。利用光電門傳感器可以測(cè)量物體通過光電門的遮光時(shí)間，再用物體的寬度除以該時(shí)間，算出平均速度，近似代表物體通過該處的瞬時(shí)速度。傳統(tǒng)的單擺是用小球作為擺動(dòng)物體的。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，由于光電門放置時(shí)很難精確做到使小球的直徑AB(如圖4)恰好通過光電門的紅外線發(fā)射、接受孔CD，而往往是A'B'為遮光寬度。計(jì)算時(shí)卻用直徑來計(jì)算速度，相對(duì)誤差很大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)論錯(cuò)誤。筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了。改進(jìn)：用圓柱體(砝碼)代替小球，同時(shí)將光電門對(duì)準(zhǔn)懸點(diǎn)放置(如圖5)。這樣即使光電門放置時(shí)位置稍有偏差(圖中C'D')，也能保證每次遮光寬度為圓柱體直徑，大大減少了測(cè)量誤差。

最后，關(guān)于電腦操作和數(shù)據(jù)處理。本實(shí)驗(yàn)中物塊初始釋放時(shí)位置不好，極易形成圓錐擺，故實(shí)驗(yàn)單擺操作部分由老師完成，而Dis數(shù)據(jù)采集由學(xué)生輔助完成。雖然只是課前幾句簡單的交代，學(xué)生便能使用朗威軟件配合老師完成每次測(cè)量(如圖6)。在實(shí)驗(yàn)過程中，由于物塊放置時(shí)的偏差，出現(xiàn)了錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，學(xué)生競(jìng)能用右鍵在軟件的特定選項(xiàng)中進(jìn)行刪除。在學(xué)生利用軟件測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)其水平大大出乎筆者的意料。最后利用exce[軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并擬合出E-h圖像。實(shí)際教學(xué)中該實(shí)驗(yàn)相當(dāng)成功。

2.3應(yīng)用舉例

利用機(jī)械能守恒定律解決實(shí)際問題由習(xí)題和實(shí)驗(yàn)兩部分組成。其中的實(shí)驗(yàn)是傳統(tǒng)的“雙錐上坡”實(shí)驗(yàn)(如圖7)。在討論過程中，假設(shè)錐和坡間的阻力影響可以忽略，根據(jù)機(jī)械能守恒的條件，判定系統(tǒng)的機(jī)械能應(yīng)是守恒的，而實(shí)驗(yàn)卻明明顯示錐體向上行，學(xué)生感到困惑，是守恒條件判斷錯(cuò)誤?還是能量變多了?傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，魅力無窮!最后通過flash動(dòng)畫，學(xué)生知道：原來錐體上行過程中，重心實(shí)際是降低的。該實(shí)驗(yàn)不僅使學(xué)生加深了對(duì)機(jī)械能守恒條件的理解，同時(shí)使學(xué)生的能量守恒的思想得到進(jìn)一步加深。

機(jī)械能守恒定律這一課對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和新技術(shù)的整合比較到位，課堂效果很好。

3 結(jié)語

Dis技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，就是以實(shí)驗(yàn)為先導(dǎo)，數(shù)理分析為輔助，將物理實(shí)驗(yàn)加數(shù)學(xué)分析的實(shí)驗(yàn)研究方法，用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的整合，展現(xiàn)在課堂教學(xué)之中，這樣會(huì)有效的提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。