蔡福珍

摘 要：DIS實驗用于高中物理探究式教學，不僅成為信息技術與物理課程整合、教育手段現(xiàn)代化的一個新的突破口，而且對于物理教學方式和學生學習方式的轉(zhuǎn)變，對學生物理學科素養(yǎng)與實踐能力的培養(yǎng)起到了重要的作用。本文結(jié)合教學案例，闡述了DIS實驗的優(yōu)越性，并就DIS實驗與高中物理探究式教學相結(jié)合提出幾點反思。

關鍵詞：DIS實驗；高中物理；探究式教學；實證研究

《課程標準》指出，物理課程必須與信息技術整合，構筑信息平臺，建立數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室。物理教材要適應信息時代的變革，整合物理教學與信息技術，及時構建信息技術平臺。中學物理課堂中DIS實驗與探究式教學的結(jié)合，是指在教師的指導下，學生運用學過的物理知識，針對研究課題提出假設，設計DIS實驗方案，用DIS實驗得出結(jié)論，歸納出物理概念或物理規(guī)律，而且在DIS實驗過程中用探究式教學方式改進實驗方案、分析實驗誤差、拓展生成問題等 [1 ]。

1 什么是DIS實驗？

DIS是Digital Information System英語單詞的簡稱，即是“數(shù)字化信息系統(tǒng)”的簡稱，DIS的核心組成元件為傳感器和數(shù)據(jù)采集器，因此，DIS是一套基于傳感器技術的信息系統(tǒng)。DIS實驗是指運用數(shù)字化信息技術手段的實驗，由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、實驗軟件、計算機以及實驗附件構成。

2 DIS實驗用于探究式教學的優(yōu)越性

2.1 具有強大的數(shù)據(jù)處理功能， 利于學生學習方式的改變

傳統(tǒng)實驗探究需要人工測量、讀取并記錄數(shù)據(jù)，占去了大部分時間，導致課堂上學生自主時間太少，沒有足夠的時間讓學生充分自由表達、質(zhì)疑和提問。而DIS實驗利用傳感器和數(shù)據(jù)采集器代替人眼讀取數(shù)據(jù)，用計算機軟件取代紙筆方式記錄數(shù)據(jù)，通過相應的軟件對探測到的信息轉(zhuǎn)化為相應的物理量的類型和數(shù)值。由于DIS實驗強大的數(shù)據(jù)處理功能，學生可以從讀記數(shù)據(jù)和圖線描繪等繁瑣費時的簡單勞動中解放出來，將有更多的時間設計不同的實驗方案深入探究，也會有更多時間進行廣泛的體驗、合作、交流，從而獲得知識、技能、情感與態(tài)度的發(fā)展 [1 ]，特別是獲得探究精神和創(chuàng)新能力的發(fā)展，大大改變了學生學習方式。因此，運用DIS有利于優(yōu)化學生學習方式，是實施探究式教學的重要工具。

[案例1]探究共點力作用下物體的平衡條件

傳統(tǒng)的實驗中，將木板放在水平面上鋪上白紙，采用三個彈簧稱套上三根細繩互成角度的拉。以繩子的結(jié)點為受力對象，用彈簧稱測拉力大小，利用結(jié)點和繩子定拉力方向。若其中兩個拉力的合力與第三個力能等值反向，則說明合力為0。但是這個實驗中不僅要讀數(shù)，記錄數(shù)據(jù)，還要作力的圖示，不僅偶然誤差較大，還要花費較多時間。教師可介紹一種新的實驗儀器——力傳感器，如圖1所示。用兩個傳感器取代彈簧稱通過細繩吊起一砝碼，研究對象仍然是結(jié)點，且結(jié)點在圓盤的圓心?？潭缺P能很好地確定兩細繩的拉力方向，通過移動兩根桿可改變兩拉力間的夾角。傳感器取代了彈簧稱可以實時測拉力大小，不僅提高實驗的精確度，還節(jié)省時間。兩個傳感器（F1、F2）對應連接到采集器接口A、B，采集器連接到電腦USB接口即可，操作簡單方便。采集到的數(shù)據(jù)通過事先設定以圖表形式顯示，并自動畫圖。通過圖像，學生容易發(fā)現(xiàn)規(guī)律。在這種情況下，在數(shù)據(jù)處理上有明確的處理形式的機械性工作實際上是由計算機來自動完成的，這樣學生可將更多的精力投注在分析數(shù)據(jù)之間以及數(shù)據(jù)背后更深入的物理關系上。

2.2 增加了探究實驗的準確度，利于學生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律

傳統(tǒng)實驗在測力、時間、電壓、電流等物理量時，不僅存在讀數(shù)誤差，而且可讀性較差，尤其在儀器指針不穩(wěn)定時無法讀數(shù)，或是在很短時間內(nèi)來不及讀數(shù)。但是DIS實驗克服了這個缺陷，它準確且“實時”的實驗數(shù)據(jù)加上強大的數(shù)據(jù)處理功能，能讓學生快速地發(fā)現(xiàn)規(guī)律。

[案例2]DIS探究作用力與反作用力的關系

傳統(tǒng)實驗中，即使用兩個同規(guī)格的彈簧稱水平對拉，靜止時也會出現(xiàn)兩個彈簧稱的讀數(shù)不同的情況。這里面不僅有讀數(shù)誤差，彈簧也很容易與外殼摩擦從而加大誤差，而且這個實驗在探究非靜止狀態(tài)下作用力與反作用力的關系時，就會出現(xiàn)操作上的困難。在這種情況下，學生是很難發(fā)現(xiàn)作用力與反作用力的關系。DIS實驗中，可將兩只力傳感器的掛鉤鉤在一起代替彈簧向相反方向拉動，減少了偶然誤差。力傳感器可實時、準確、快速采集數(shù)據(jù)，彌補了測量空白，學生可監(jiān)測每一瞬時的數(shù)據(jù)，并通過計算機及相應的軟件設定后將數(shù)據(jù)擬合為圖形。在觀察和分析兩個力傳感器間的相互作用力隨時間變化的曲線關系時會發(fā)現(xiàn)無論力的大小如何變化，顯示出的兩個圖形始終完全對稱，這樣很容易就能得到牛頓第三定律的結(jié)論。為了全面研究相互作用力的關系，教師還可以引導學生思考“運動”中的兩個物體之間的作用力和反作用力是否同樣遵守牛頓第三定律。比如把兩個力傳感器的掛鉤對拉，把一個力傳感器固定在運動的物體上 [1 ]，另一只握在手中。在這里DIS實驗不是簡單地探究一種現(xiàn)象，而有了深一步且全面的思考，利于學生透過物理現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)物理本質(zhì)與規(guī)律。

2.3 增加了探究實驗的深度，利于激發(fā)學生學習物理的興趣

DlS實時、準確快捷地處理繁瑣數(shù)據(jù)，捕捉瞬時量，使實驗過程可視，微觀現(xiàn)象直觀化，暫態(tài)現(xiàn)象“凝固”，能使原來不容易實現(xiàn)的實驗或者無法定量分析的實驗順利完成，增加了探究實驗的深度，不僅開拓了學生的視野激發(fā)他們學習物理的興趣，而且極大地調(diào)動了學生的學習主動性，從而提高了教學效率。

[案例3]探究向心力大小的影響因素

這節(jié)課可先借助傳統(tǒng)的向心力演示器創(chuàng)設問題情境，引導學生利用控制變量法猜想向心力大小的影響因素，讓學生先有親身體驗，獲得感性認識。再運用DlSlab向心力實驗器通過力傳感器測向心力大小，通過光電門測量角速度，并將測量的數(shù)據(jù)擬合成圖形。借助DIS實驗，使學生從問題的感性認識上升到理性認識的層面，從定性了解上升到定量研究，從而增加了探究實驗的深度，激發(fā)學生學習的興趣。

3 關于DIS實驗與高中物理探究式教學相結(jié)合的幾點反思

將DIS實驗與探究式教學結(jié)合是為了最大程度發(fā)揮二者的作用，讓它們成為常態(tài)， 增強學生的探究能力、創(chuàng)新意識和實踐能力，提高學生的科學素養(yǎng)。DIS實驗與高中物理探究式教學相結(jié)合一方面可以在探究式教學時運用DIS實驗優(yōu)化探究式教學的效果，另一方面可以在進行DIS實驗時運用探究式教學優(yōu)化DIS實驗的效果。但是，在教學過程中也發(fā)現(xiàn)DIS用于探究式教學有其不足之處，其最大的缺點就是對知識點內(nèi)容的理解或形成的原因比傳統(tǒng)實驗作用小。再者，DIS強大的數(shù)據(jù)處理功能在給學生提供便捷的同時，也在一定程度上削弱了學生處理數(shù)據(jù)的能力。因為真實的物理實驗是在各種紛繁復雜的環(huán)境中產(chǎn)生的，需要在實驗中去粗存精地合理估計測量，這種估計能力和近似處理的能力也是必備的基本技能，而DIS引入后學生學習和鍛煉這種能力的機會無疑減少了。所以教師需要讓學生掌握基本處理數(shù)據(jù)的方法并判斷測量值的合理性。此外，傳統(tǒng)實驗本身也有自身的優(yōu)勢，如取材容易，實驗成本低，實驗原理清楚，現(xiàn)象分明，易于操作，其本身就能達到很好的實驗效果，這時就不需要用DIS。所以DIS應用于高中物理實驗與傳統(tǒng)的實驗應是共存與互補，相輔相成，既無主次之分，更不能完全替換，是繼承與發(fā)展的關系。在物理教學過程中既要提倡DIS應用于高中物理實驗，又不能偏廢傳統(tǒng)實驗原理、實驗手段和實驗方法的學習，而應該從教學實驗內(nèi)容實際出發(fā)，將兩者有機地結(jié)合起來，共存互補，才能充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢 [2 ]。

參考文獻：

[1]徐蓓蓓.物理DIS實驗與探究式教學的整合和案例研究 [D].上海：華東師范大學，2010.

[2]余雪妹.傳感器在高中物理新課程實驗教學中的應用與思考[J]. 物理教學探討， 2011（2）.