李煥新

摘 要：隨著現代技術與高中物理實驗教學的不斷融合，DIS實驗走進了高中物理課堂。DIS實驗有別于傳統(tǒng)實驗，作為高中物理教師也要與時俱進，不斷的調整教學方法和教學方式，優(yōu)化高中物理實驗教學，使高中物理更高效，更富有吸引力，能吸引更多的學生選修物理。

關鍵詞：DIS實驗；傳統(tǒng)實驗；新課程；教育信息化；核心素養(yǎng) 高中物理

面對日趨激烈的國際競爭，2017年教育部制定的《普通高中物理課程標準》提出了“立德樹人，培養(yǎng)學生物理學科核心素養(yǎng)，滿足學生終身發(fā)展的需求，關注科技進步和社會發(fā)展需求，提倡教學方式多樣化”。新課程標準加強課程內容與生活中物理以及現代社會和科技發(fā)展的聯系，關注物理學的技術應用所帶來的各種問題，引導學生積極參與、樂于探究、善于實驗，倡導教師通過多樣化的教學方式[ 1 ]，利用現代信息技術增強科學探究能力和解決問題的能力。

DIS實驗通常指在實驗過程中利用傳感器獲取實驗數據、通過數據采集器采集實驗數據，利用電腦記錄并處理實驗數據，得到實驗結果[ 2 ] 。DIS實驗是教育信息化不可缺少的組成部分，利用DIS實驗可使很多實驗的測量精度大大提升，使物理實驗教學更高效，可以優(yōu)化高中物理的實驗教學。

1 為什么要推廣DIS實驗

1.1 是教育信息化的需要

教育信息化是指在各級教育行政部門的規(guī)劃、指導和組織下，在教育系統(tǒng)的各個領域全面深入地應用信息技術，實現教育信息化、現代化的過程[ 3 ]。它將使我國的教育更高效、更符合時代要求。在中小學教學中教育信息化體現在教學過程、教學管理、教學反饋、教學評價等方面深入地應用現代信息技術。DIS實驗在高中物理課堂的普及，是高中物理課堂教學的重大變革，對傳統(tǒng)的教學理念、方式、內容和方法產生巨大的影響[ 4 ]。DIS實驗正潛移默化地轉變人們的教育思想和教育觀念，提高教學質量和效率。

1.2 有利于培養(yǎng)物理學科核心素養(yǎng)

實驗在高中物理教學中占十分重要的地位。高中生在學習物理的過程中，需要面對大量的物理實驗。物理實驗對學生物理學科素養(yǎng)的形成起到至關重要的作用，從物理觀念的形成到科學思維的培養(yǎng)再到科學探究的意識以及科學態(tài)度與責任的具備，每一個環(huán)節(jié)都與觀察實驗息息相關。同時，從浙江和上海的高考選考情況反映出學生在學習高中物理時面臨的困難。因此，作為高中物理教師要有正確的教學方法的引導，才能盡量避免物理在學生心中的尷尬地位。如果高中物理教師能重視實驗教學的應用，應用DIS實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和訓練科學的思維方法，將會助力于我國教育目前推崇“核心素養(yǎng)教育”。DIS實驗不僅僅是手、腦并用的實踐活動，同時由于它與現代科技的發(fā)展更加緊密更加能激發(fā)學生的探究熱情，更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在實驗過程中，通過查閱相關傳感器實驗資料、理解實驗儀器工作原理、創(chuàng)新實驗方法、觀察實驗現象、排除實驗故障、通過軟件得到實驗數據并分析實驗數據等活動，使學生的自主學習能力、科學思維能力、物理學科與信息技術的整合能力、觀察能力、分析論證能力以及語言表達能力都能得到鍛煉。

1.3 使物理實驗教學更高效

傳統(tǒng)物理實驗十分重視儀器儀表方面的要求。首先要學會選擇合適量程的儀器儀表，其次要弄清儀器儀表的精確度是否符合實驗要求，再次要明確實驗對儀器儀表的讀數方法，最后還要懂得數據記錄與處理。每個環(huán)節(jié)都會給學生造成困擾。應用DIS實驗對學生要求轉為要了解各種傳感器的使用方法，會選擇合適的傳感器進行數據的采集，會應用電腦軟件等等。而對于讀數、精確度、數據處理等都將由傳感器、數據采集器和電腦來完成。比如在“描繪小燈泡的伏安特性曲線”的這個實驗中，利用傳統(tǒng)的電流表和電壓表測量電流和電壓，先要學會選擇合適量程的電流表和電壓表，其次還要注意電流表和電壓表的讀數方法，最后還要用描點法在坐標紙上描點，再用平滑曲線連接。而DIS實驗則不用這么麻煩，只要利用電流和電壓傳感器，通過數據采集器直接在電腦軟件中顯示電流和電壓的數值并做出圖象?？傊珼IS實驗會大大提高物理實驗效率。

1.4 更能激發(fā)學生學習物理的興趣

實驗教學一直以來被物理教師視為激發(fā)學習興趣最有效方法。傳統(tǒng)實驗由于儀器相對簡單、老舊，學生對于實驗的熱情很難提高，對于學習幾百年前的物理知識部分學生總提不起興致，這對于培養(yǎng)學生學習物理的興趣效果不明顯。DIS實驗相對來說看起來更加的“高大上”，更貼近時代，更有新鮮感，更有吸引力，更能激發(fā)學生學習物理的動力。在教學中如果我們能善于觀察學生的表現并因勢利導，將學生的好奇心、對實驗探究的興趣逐漸轉化為探求科學知識的動力，也會使物理在學生心目中的地位得到提升。

2 如何更有效的應用DIS實驗

2.1 遇到難以觀測的實驗

在高中物理教學中經常會遇到一些難以觀測的實驗或實驗現象不能清楚呈現的。特別是有些用時比較短暫的實驗。比如選修3-1中“觀測電容器的充放電”實驗，雖然利用傳統(tǒng)的電流表能觀察到電流表的指針發(fā)生偏轉和電流方向，但是想進一步觀察電流大小的變化情況就無法做到了。利用電流傳感器通過電腦就可以清楚把電流隨時間變化規(guī)律呈現出來了。又如“驗證動量守恒實驗”，傳統(tǒng)實驗在速度的測量上通過遮光條遮住光電門的時間來計算速度，誤差是比較大的。應用速度傳感器可以更直觀把速度顯示出來，也可以通過電腦快速算出碰撞前的動量和碰撞后動量。

2.2 遇到難以控制的實驗

除了遇到難以測量的實驗，在教學中也會經常遇到難以控制的實驗。比如必修1中“測量最大靜摩擦力”這個實驗。傳統(tǒng)實驗經常是利用裝有細沙的小桶通過細繩繞過定滑輪拉動小滑塊，在小滑塊剛要滑動的瞬間所對應的沙和桶的重力作為小滑塊的最大靜摩擦力。首先本實驗中剛要滑動的瞬間，看起來簡單但實際操作時往往難以控制，如果處理不好還會出現細沙灑落的情況。同時，由于細繩與滑輪等存在的摩擦都會對于最終的測量造成較大的誤差。這個實驗利用力傳感器再通過電腦整個問題就容易多了。

2.3 對于數據處理要求高的

由于課堂教學時間的限制，很多的實驗我們在測量時只能粗略計算，甚至有些實驗只能定性分析，無法做到定量計算，更談不上精確測量了。例如，通過控制變量法“探究向心力大小與半徑、角速度、質量的關系”時。傳統(tǒng)的向心力演示器雖然有其獨特的優(yōu)勢，但無法精確測量角速度和向心力，更談不上二者之間的定量關系?，F在教學中新的向心力DIS實驗演示器通過藍牙與電腦連接，可以顯示向心力隨角速度變化的實時數據，借助于電腦軟件對數據進行處理，分別做出向心力與角速度一次方的圖象和向心力與角速度二次方的圖象，可以精確得到兩個物理量之間的關系。這些在傳統(tǒng)的實驗上是實現不了的。

2.4 對測量精度要求較高的

任何實驗都有誤差。實驗誤差可分為兩類：系統(tǒng)誤差和偶然誤差。傳統(tǒng)的實驗大多需要人工讀取和記錄實驗數據，因此偶然誤差占實驗總誤差的很大比例。DIS實驗可以自動采集實驗數據，同時可以通過圖象進行數據擬合（通過軟件可以實現一次擬合、二次擬合等），從而基本上最小化了偶然誤差。比如在做“平拋運動”實驗時，利用二維空間描跡儀，把平拋運動的軌跡通過傳感器進行空間定位并傳輸到電腦中并進行描點，并對所描點進行擬合，大大減小了實驗誤差。

3 應用DIS實驗時幾點個人看法

3.1 在使用DIS實驗時，不能拋棄傳統(tǒng)實驗

在應用DIS實驗優(yōu)化高中物理實驗時，如果每節(jié)課都采用DIS實驗把傳統(tǒng)的一些實驗都拋棄了，這顯然不利于高中物理教學。好多傳統(tǒng)的物理實驗，設計非常巧妙，實驗現象非常清楚，方法非常簡單明了，獲得的實驗現象和實驗數據也更富有真實感，學生更容易接受，也很喜歡，沒必要都拋棄不用。

3.2 在使用DIS實驗時，要向學生簡要地介紹儀器的工作原理

好多DIS實驗儀器制作很精美，但是由于學生是第一次接觸這種儀器，搞不清楚儀器的工作原理。這時作為老師就不能想當然地認為這個儀器很簡單，一拿起來就直接開始操作。實際上即便是老師，如果他以前沒用過這個儀器，第一次看到也是一頭霧水。正因為這樣，在實驗之前應對儀器的工作過程加以介紹，讓學生弄清實驗是如何進行的，數據是怎么來的。

3.3 在使用DIS實驗時，要引導學生學會設計實驗方案

對一些可自行組裝和改進的分離式傳感器，可引導學生面對實際情況，提出并準確表達可探索的物理問題，從不同角度作出科學假設，制定科學的探究方案。比如電路部分實驗中很多DIS實驗采用磁吸式模塊化的實驗系統(tǒng)，可以讓學生快速靈活地選擇合適的實驗器材設備，實現自己的一些想法，有了一定的創(chuàng)新，而且通過采集器來獲取數據，并用電腦軟件顯示并處理數據。通過DIS實驗可以幫助學生找出規(guī)律并快速得出合理的結論。

總之，DIS實驗有利于國家教育信息化的開展，有利于現代技術與高中物理的深度融合。合理使用，DIS實驗將會比傳統(tǒng)物理實驗更有效率，更能激發(fā)學生學習物理的熱情，更有利于物理學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。建議有條件的地區(qū)為學校專門創(chuàng)建數字化實驗室，引進教師演示用的數字實驗系統(tǒng)，重視引導教師研究數字實驗系統(tǒng)對傳統(tǒng)實驗的改進方法，研究數字實驗系統(tǒng)的教學方式，促進教學手段與方式的現代化。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.1

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[3]景莉. 信息環(huán)境下績效支持的農村教師區(qū)域專業(yè)發(fā)展模式研究[D]. 北京：首都師范大學， 2008.

[4]李述武. 聚焦開放大學背景下的電大信息化建設[J]. 湖北廣播電視大學學報， 2013， 33（11）：5-7.