雒暉

摘 要：DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)為高中物理實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新提供了新途徑、新思路，解決了傳統(tǒng)教學(xué)模式中電容測(cè)量這一難題。

關(guān)鍵詞：DIS；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

DIS就是Digital Information System Laboratory的縮寫(xiě)，是數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是一種用于實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的智能化分析系統(tǒng)，主要由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及配套應(yīng)用軟件所構(gòu)成?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》中明確指出：“物理實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)中的重要內(nèi)容”?！敖處煾鶕?jù)教學(xué)內(nèi)容積極開(kāi)發(fā)適合自己教學(xué)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能夠利用各種實(shí)驗(yàn)資源，用各種不同型號(hào)、不同規(guī)格的儀器做實(shí)驗(yàn)。鼓勵(lì)將電子計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代多媒體技術(shù)應(yīng)用在物理實(shí)驗(yàn)中”。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是現(xiàn)代信息技術(shù)與物理課程的整合，對(duì)物理課程的教學(xué)模式和內(nèi)容都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，更重要的是教育觀念的轉(zhuǎn)變。

一、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)分析系統(tǒng)

1.構(gòu)成

測(cè)量傳感器、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集器、軟件和配套實(shí)驗(yàn)器材構(gòu)成了朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)。

①傳感器：將非電學(xué)量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，并將電信號(hào)傳遞到數(shù)據(jù)采集器，是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的核心部件。其測(cè)量精度、性能與使用效果均達(dá)到先進(jìn)水平。

②數(shù)據(jù)采集器：采集在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中通過(guò)傳感器的數(shù)據(jù)，并傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)平臺(tái)，它是傳感器和計(jì)算機(jī)平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)換器，也是橋梁。

③軟件：包含教材專(zhuān)用軟件和教材通用軟件。完成物理量的顯示、數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算、組合圖線分析等教學(xué)任務(wù)。

④配套實(shí)驗(yàn)器材：如多用力學(xué)導(dǎo)軌、向心力實(shí)驗(yàn)器、環(huán)形線圈、螺線管等完成實(shí)驗(yàn)所需要的儀器。

2.特點(diǎn)

①在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，能夠自動(dòng)、連續(xù)、快捷地采集數(shù)據(jù)，能夠檢測(cè)到信號(hào)量的微小變化和瞬時(shí)變化，大大擴(kuò)展了研究范圍。

②運(yùn)用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段則會(huì)花大量時(shí)間對(duì)紙帶進(jìn)行處理，計(jì)算物體的加速度。

③在觀察環(huán)節(jié)，實(shí)時(shí)顯示，直觀、明顯，極大地?cái)U(kuò)展了實(shí)驗(yàn)的可視性和可重復(fù)性。

3.與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)比

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是相對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)而言的，其實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用傳統(tǒng)儀器都是近代物理學(xué)中常見(jiàn)的，例如天平、測(cè)溫計(jì)、卡尺等，已經(jīng)使用超過(guò)了百年，就算比較先進(jìn)的電壓表、計(jì)時(shí)器，也都有十余年的歷史。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中數(shù)字化程度較高的設(shè)備都是上世紀(jì)作為科技前沿支撐的，到上世紀(jì)末實(shí)際使用過(guò)程使用了科技含量較高的設(shè)備。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所用的設(shè)備絕大多數(shù)都是以18世紀(jì)、19世紀(jì)物理學(xué)知識(shí)作為支撐的。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差明顯小于傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的系統(tǒng)誤差。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)需要占用比較多的課堂時(shí)間。運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則可以在很大程度上提高數(shù)據(jù)采集、處理、分析的效率。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段所用時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段所用的時(shí)間。整個(gè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備的費(fèi)用是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的7到8倍。面對(duì)昂貴的建設(shè)費(fèi)用，中學(xué)對(duì)此的投資比較慎重。此外，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的維護(hù)成本高。

二、應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)優(yōu)化高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

通過(guò)數(shù)字化平臺(tái)的應(yīng)用，能夠有效解決教學(xué)過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)，開(kāi)辟出物理實(shí)驗(yàn)的新領(lǐng)域，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的興致，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的直觀性、形象性和趣味性。這樣學(xué)生能夠牢固地記住知識(shí)點(diǎn)，另外學(xué)生親身體會(huì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，啟發(fā)了擴(kuò)散思維，積累了實(shí)踐體驗(yàn)，豐富了知識(shí)，啟迪學(xué)生研究更深、更廣的學(xué)術(shù)范疇領(lǐng)域，實(shí)踐知識(shí)的結(jié)合使得信息技術(shù)與物理教學(xué)融為一體。例如，人教新課標(biāo)高中物理必修1，沒(méi)有提到最大靜摩擦力與滑動(dòng)摩擦力間的關(guān)系問(wèn)題，但在實(shí)際教學(xué)時(shí)，由于這個(gè)問(wèn)題經(jīng)常出現(xiàn)在練習(xí)題中，老師提及這個(gè)問(wèn)題，一般都是直接告訴學(xué)生：最大靜摩擦力略大于滑動(dòng)摩擦力，可以認(rèn)為最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力。關(guān)于摩擦力產(chǎn)生的微觀機(jī)制，至今無(wú)定論。此外，由于彈簧測(cè)力計(jì)的精度有限，也無(wú)法從實(shí)驗(yàn)角度讓學(xué)生信服。應(yīng)用譚興文老師指導(dǎo)設(shè)計(jì)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，得到摩擦力隨時(shí)間變化的圖像，則可以從實(shí)驗(yàn)的角度突破這一難點(diǎn)，從而避免人為的理想化分析。

三、對(duì)DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)的分析與思考

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)測(cè)量、快速計(jì)量，靈活操作，由計(jì)算機(jī)代替人腦對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，避免了繁瑣的計(jì)算與作圖過(guò)程，誤差小。

但數(shù)字化實(shí)驗(yàn)并不是沒(méi)有缺點(diǎn)。由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備精密度高，易損壞，操作復(fù)雜，這使得信息技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代加快，促使其維護(hù)成本提高。其次，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都需要教師在課前花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去校準(zhǔn)儀器，而且在學(xué)生操作方面也需要花費(fèi)一定的精力。不管是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，還是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，都各有所長(zhǎng)，都有助于學(xué)生認(rèn)知、理解、掌握高中物理中的基本概念和規(guī)律。

總之，新課程改革強(qiáng)調(diào)從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)維度全面培養(yǎng)學(xué)生，為學(xué)生終身發(fā)展、應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)和未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。強(qiáng)調(diào)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感因素與價(jià)值觀念三個(gè)角度的新課程改革，全方位為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展和現(xiàn)代化社會(huì)的挑戰(zhàn)夯實(shí)了基礎(chǔ)。因此，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也需在這三個(gè)維度比較數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的異同，相輔相成地應(yīng)用在教學(xué)中，以達(dá)到最佳的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

李新鄉(xiāng)，張軍朋.物理教學(xué)論[M].科學(xué)出版社，2011.