摘 要：通過多次的外出交流真切感受到目前DIS系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)做到了真正的結(jié)合，利用該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)一般實(shí)驗(yàn)室不能完成的實(shí)驗(yàn)。本文以實(shí)際教學(xué)為例，對DIS系統(tǒng)的使用做了說明，希望能豐富老師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，增長學(xué)生的見識(shí)。

關(guān)鍵詞：智能終端DIS系統(tǒng);傳感器;物理實(shí)驗(yàn);傳統(tǒng);突破;拓展

物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。它的基本理論滲透在自然科學(xué)的許多領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個(gè)部門，它是一切自然科學(xué)和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。

中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)可劃分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)和探索性實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)階段物理教材中的實(shí)驗(yàn)通常分為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、模擬實(shí)驗(yàn)。第一類，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)所使用的器材比較容易實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)容易直接測量，在教材中的地位較高，直接訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力。

雖然近年來計(jì)算機(jī)在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到了很大的作用，但大多數(shù)是模擬作用，而非真正參與實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助模擬給教學(xué)帶來方便的同時(shí)，可能滋生了部分教師的惰性，一些可以進(jìn)行課堂演示的實(shí)驗(yàn)變成了電腦中的動(dòng)畫模擬，違背了物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)學(xué)科的精神，對學(xué)生造成了一些負(fù)面的影響。如何做到真正將電腦應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中去呢？如今電子技術(shù)已經(jīng)發(fā)展得非常成熟，我們生活中到處都能感受到電子產(chǎn)品給我們帶來的便利，我們的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也同樣可以應(yīng)用它來加強(qiáng)效果，因此很多學(xué)校配備了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室，也就是智能終端設(shè)備DIS（Digital Information System）。

“DIS”是英文“Digital Information System”的縮寫。在物理學(xué)中有很多物理量，如距離、位移、力、速度、溫度、壓強(qiáng)、電壓、電流、磁場、光強(qiáng)等，都可以用DIS進(jìn)行測量。DIS基本結(jié)構(gòu)：傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計(jì)算機(jī)。傳感器：可以測量力，位移，溫度，光，電壓，電流等各種物理量，并將物理量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)。數(shù)據(jù)采集器：將傳感器采集到的各種電信號(hào)進(jìn)行處理后輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)：將數(shù)據(jù)采集器輸入的信號(hào)（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），通過主機(jī)或者計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件進(jìn)行分析處理，并以多種表現(xiàn)形式實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。

DIS系統(tǒng)的出現(xiàn)，讓計(jì)算機(jī)真正地參與到物理實(shí)驗(yàn)中去。本文主要講述DIS系統(tǒng)對傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的輔助應(yīng)用，如何解決之前無法用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)解決的一些實(shí)驗(yàn)問題。一些發(fā)達(dá)城市比如上海等地中學(xué)物理課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：物理課程必須與信息技術(shù)整合，構(gòu)筑信息技術(shù)平臺(tái)，建立數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，這樣才能使物理課程符合時(shí)代的要求。DIS是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，它通過多種專用傳感器完成相關(guān)物理量的采集，并應(yīng)用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行處理，然后上傳到計(jì)算機(jī)，由實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)處理分析，為學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)和理解物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與規(guī)律提供了現(xiàn)代化的技術(shù)平臺(tái)，極大地改變著物理教學(xué)的現(xiàn)狀。

開課的老師提出霍爾效應(yīng)的現(xiàn)象以及歷史背景，黑板上構(gòu)建了基本情景，針對霍爾效應(yīng)做了非常規(guī)范細(xì)致的分析，到這里為止復(fù)習(xí)的模式方法非常常規(guī)，但是我們都心知肚明，只有掌握好了基礎(chǔ)理論才有進(jìn)一步的創(chuàng)新提升，才能將相似的題目，相似的模型串聯(lián)起來。用磁場探測器測量了條形磁鐵不同位置，不同距離的磁場強(qiáng)度，而且通過DIS系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)以圖像的形式展現(xiàn)給學(xué)生，非常的直觀形象，但是站在學(xué)生的立場，這個(gè)探測系統(tǒng)似乎不能夠讓他感到信服，畢竟還不知道探測系統(tǒng)的工作方式，工作原理?？梢越铏C(jī)提出為什么該設(shè)備能夠測量磁感應(yīng)強(qiáng)度，這就跟今天的課程大有關(guān)系，讓學(xué)生覺得學(xué)有所用，讓學(xué)生猜測該磁場探測的核心部件原理。

DIS系統(tǒng)中的磁場探測器核心部分就是霍爾元件，隨著分析的推進(jìn)同時(shí)提出該元件的組成部分，如何對該元件供電？接下來的學(xué)生的回答讓我們覺得這節(jié)課對學(xué)生的引導(dǎo)上收效巨大，學(xué)生通過老師的實(shí)驗(yàn)演示，通過與之前的試卷習(xí)題相關(guān)聯(lián)，以及霍爾元件的原理分析，他們真的可以將帶電粒子在磁場電場中的運(yùn)動(dòng)問題有機(jī)地結(jié)合起來，達(dá)到了很好的復(fù)習(xí)效果，做到了事半功倍，舉一反三的效果。

傳統(tǒng)的小燈泡伏安特性曲線的實(shí)驗(yàn)方案也可以改造成使用DIS系統(tǒng)。將電源，開關(guān)，小燈泡和電流傳感器串聯(lián)起來，當(dāng)閉合開關(guān)后從電腦顯示電流開始短時(shí)間較大而后穩(wěn)定，這是為什么？用普通的電壓電流表不好體現(xiàn)，因?yàn)槠胀ǖ碾姳淼闹羔槻淮蠓€(wěn)定容易受到外界因素干擾，而用DIS系統(tǒng)能非常直觀地展示電壓電流隨時(shí)間的變化，而且這個(gè)現(xiàn)象完全可以以試題的方式出現(xiàn)，考核溫度對電阻的影響。

當(dāng)然對于弊端方面，筆者個(gè)人覺得用DIS系統(tǒng)固然獲取數(shù)據(jù)快，分析快，但是它跳過了實(shí)驗(yàn)的原理，所以在某種程度上跟傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)對比削弱了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分析能力，對于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)很難測量的物理量，DIS系統(tǒng)有著非常大的優(yōu)勢。

數(shù)字信息化系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用逐日增多，地位也提升，很多老師都采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與DIS系統(tǒng)結(jié)合的形式展現(xiàn)了一節(jié)節(jié)公開課，給我們留下了深刻的印象，作為一名中學(xué)物理教師不能只把眼光停留在課本上，我們應(yīng)該多多學(xué)習(xí)交流，把握層出不窮的最新的科技前沿，開發(fā)更多的探究性實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)上應(yīng)該以學(xué)生為主體，我們要多加以引導(dǎo)啟發(fā)，提升他們的物理興趣，提供給他們良好的學(xué)習(xí)創(chuàng)新開發(fā)的環(huán)境。

為了提高學(xué)生的自我探究能力，創(chuàng)新能力，我校建設(shè)了物理探究實(shí)驗(yàn)室，配備了DIS系統(tǒng)，給學(xué)生提供了更多自主研究的空間。老師在讓學(xué)生熟悉傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行DIS實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用與開發(fā)，讓學(xué)生適當(dāng)?shù)亟佑|電子技術(shù)，了解工業(yè)生產(chǎn)中所用到的一些方法以及技術(shù)手段，相信通過這些探究實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞终{(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，進(jìn)一步端正做科學(xué)實(shí)驗(yàn)的態(tài)度。

比如以前在簡諧運(yùn)動(dòng)以及單擺部分的教學(xué)中，我們是利用水平氣墊導(dǎo)軌上演示彈簧振子，我們大多數(shù)是用眼睛觀察感受振子在運(yùn)動(dòng)中的粗略的位移和速度變化，做一些簡單的定性分析判斷，更別說能很好地得到回復(fù)力，位移，速度隨時(shí)間的變化圖像，總讓人感覺到意猶未盡。在單擺實(shí)驗(yàn)中我們教材上提供了一個(gè)傳統(tǒng)做法，利用沙漏的擺動(dòng)記錄簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像，利用頻閃照相的方法研究運(yùn)動(dòng)，這些方法雖然思想上還是很不錯(cuò)的，但是在教學(xué)中的操作性都不強(qiáng)，效果不大理想。現(xiàn)在這種狀況可以得到很好地改善了，我們可以利用力，位移和速度傳感器采集數(shù)據(jù)進(jìn)行定量的分析，如圖1通過安置力和位移傳感器對彈簧的簡諧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了快而準(zhǔn)的分析，采集到的數(shù)據(jù)直接通過軟件以 F-t，S-t和V-t的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，而且讓他們感到驚訝的是隨著時(shí)間的進(jìn)行，圖像是有節(jié)奏實(shí)時(shí)繪制的，效果非同凡響。當(dāng)然我們還可以在學(xué)生掌握基礎(chǔ)操作情況下對學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，為什么圖像幅度隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸發(fā)生變化，如何設(shè)計(jì)改造實(shí)驗(yàn)研究單擺的運(yùn)動(dòng)，如果增大砝碼質(zhì)量，改變彈簧等因素，圖像會(huì)如何變化呢？利用課余時(shí)間我?guī)ьI(lǐng)學(xué)生進(jìn)入探究實(shí)驗(yàn)室，給他們培訓(xùn)了探究設(shè)備的使用方法，計(jì)算機(jī)軟件的操作等等，實(shí)驗(yàn)過程讓我高興的是，整節(jié)課學(xué)生斗志昂揚(yáng)，表現(xiàn)出極高的興趣，同學(xué)之間互相配合協(xié)作交流探討，對實(shí)驗(yàn)做了很多的變化改造，這不就是新課程下老師最喜歡看到的一面嗎？

前不久，筆者帶領(lǐng)學(xué)生利用了DIS系統(tǒng)對二極管做了一定的探究，對二極管的伏安特性做了較為深入的測試，并開展了一節(jié)信息技術(shù)與課程整合公開課《初探二極管》。伏安特性曲線圖常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，以此畫出的I-U圖像叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線圖。這種圖像常被用來研究導(dǎo)體電阻的變化規(guī)律，是物理學(xué)常用的圖像法之一。如圖2我們對傳統(tǒng)的電路進(jìn)行改造，可以非常方便迅速地調(diào)節(jié)二極管兩端電壓，并獲得實(shí)時(shí)的電壓和電流數(shù)據(jù)，對于得到的大量數(shù)據(jù)不便于人工處理分析，可以通過DIS對應(yīng)的軟件將數(shù)據(jù)和excel進(jìn)行對接，利用excel我們很容易擬合出二極管的正向伏安特性，個(gè)別同學(xué)利用課余時(shí)間還分析了二極管的反向的伏安特性。通過這次與DIS結(jié)合的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們對實(shí)驗(yàn)本身原理有了更加深入地了解，同時(shí)還掌握了DIS系統(tǒng)的使用方法，以及簡單地使用計(jì)算機(jī)軟件處理數(shù)據(jù)，大大提升了他們對物理的熱情和興趣。

作者簡介：

林真，福建省福州市，閩侯縣第一中學(xué)。