劉璐

摘 要：本文先對DISLab實驗系統(tǒng)進行簡單介紹，分析現(xiàn)行人教版高中物理教材必修一中的“力的合成”傳統(tǒng)實驗的不足，基于DISLab實驗手段對傳統(tǒng)實驗進行改進，開發(fā)設計出更高效的實驗。把DISLab實驗與傳統(tǒng)實驗有機地結合，使其各自發(fā)揮自己的教育教學優(yōu)勢，克服彼此的弊端，使教學效果達到最優(yōu)化。

關鍵詞：DISLab實驗;實驗開發(fā);力的合成

1 DISLab實驗系統(tǒng)

DISLab是數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡稱，是現(xiàn)代信息技術的一種。DISLab可以運用到教學的各個方面，當DISLab運用到物理實驗中時，傳統(tǒng)的物理實驗便有了新的性質和名稱，我們將這種實驗模式叫做數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗，簡稱為DISLab實驗。

1.1 DISLab實驗與傳統(tǒng)實驗的對比

1）硬件方面的比較。DISLab實驗中的設備大多以現(xiàn)代科技理論為支撐建立起來的，是具有科學性和技術性的實驗設備。優(yōu)點是實驗運行速度快、實驗結果精確、數(shù)字化信息顯示、直觀性強、實時性強、數(shù)據(jù)處理專業(yè)化等。但也有缺點，如傳感器使用壽命短、軟件更新?lián)Q代快、價格昂貴、攜帶不便、維護成本高等。

傳統(tǒng)實驗儀器就是我們一般課堂上常用的實驗儀器，它的優(yōu)點有使用壽命長、價格便宜、取材簡便、維護成本低等。它的缺點也顯而易見，如實驗連接復雜、實驗誤差過大、對人工依賴性過大、直觀性較弱、實驗規(guī)范的要求過高等。

2）軟件方面的比較。（1）對實驗操作能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實驗的實驗儀器多，操作時間長，實驗中容易出現(xiàn)故障，因此傳統(tǒng)實驗可培養(yǎng)學生清晰有序的思維能力，但傳統(tǒng)實驗的操作主要在模仿，對學生能力的提升不大。DISLab實驗的在數(shù)據(jù)采集和處理方面進行了實驗儀器的簡化，因此DISLab實驗儀器簡便，實驗操作也較為簡單。DIS實驗要求精細的操作，對計算機水平也有一定的要求。因此DIS實驗有利于學生掌握利用現(xiàn)代信息技術學習、拓展知識的能力。（2）對學生創(chuàng)新能力和探究能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)實驗儀器較為固定，學生進行實驗探究均采用不變的實驗模式和實驗儀器。這些固定的外在條件制約了學生創(chuàng)新能力與探究能力的提升。

DISLab實驗中傳感器可拆卸，也可作為其他實驗的測量儀器。計算機軟件系統(tǒng)僅提供數(shù)據(jù)處理和呈現(xiàn)的功能。因此DISLab實驗的開放性很大，約束性很小，DISLab實驗更利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和探究能力。

1.2 DISLab實驗應與傳統(tǒng)實驗結合

在人教版的教材中，一些較難理解和操作的物理實驗仍然采用傳統(tǒng)物理實驗的儀器與方法。但這些傳統(tǒng)物理實驗存在很多不足，例如操作要求過多、變量不易控制、誤差大、直觀性不強等等，顯然這已經(jīng)無法滿足物理實驗教學的需求。而DISLab數(shù)字化實驗具有實驗過程‘可視性、數(shù)據(jù)采集‘智能化、數(shù)據(jù)處理‘智能化等特點。因此傳統(tǒng)的物理教學儀器應該與DISLab實驗相結合，利用DISLab實驗自身的優(yōu)勢對傳統(tǒng)物理疑難實驗進行改進。

2 結合DISLab的“力的合成”實驗改進

1）“力的合成”傳統(tǒng)實驗分析?！读Φ暮铣伞分?，運用“力F對橡皮條作用的效果與F1、F2共同作用的效果相同，所以力F看作是F1和F2的合力”，用這一裝置探究力的合成規(guī)律，這一原理也叫做“平行四邊形定則”。（如圖1）

從傳統(tǒng)實驗的實驗可以看出，在進行實驗時，為了方便分析實驗數(shù)據(jù)，做力的圖示，在分力與合力的數(shù)據(jù)上會有選擇，使實驗數(shù)據(jù)不具有普遍性。實驗過程中，實驗的精確度除了會受到人為因素的影響之外，還會受實驗器材的影響，對實驗結果造成誤差。

2）結合DISLab的“力的合成”改進實驗。（1）創(chuàng)新之處。利用現(xiàn)有的“力的合成與分解”實驗儀器，結合DISLab實驗系統(tǒng)進行實驗改進，很大程度上避免了讀數(shù)誤差。傳統(tǒng)實驗是利用兩個彈簧測力計互成一定角度拉砝碼，在實驗過程中，測力計的示數(shù)不是很穩(wěn)定，這樣會導致讀數(shù)出現(xiàn)誤差;彈簧測力計本身在使用過程中由于彈簧自身的因素也會導致示數(shù)不準確，使得畫出來的力的圖示不符合“平行四邊形法則”，最終影響實驗的結論。而DISLab實驗系統(tǒng)中的力傳感器測力較為穩(wěn)定，用力傳感器代替彈簧測力計則可以有效的減少讀數(shù)誤差，在實驗過程中，當整個裝置穩(wěn)定時，兩個力傳感器的讀數(shù)就可以很精確地被記錄下來。（2）利用改進實驗裝置進行實驗。1.將表盤固定到支架臺上面，將小圓環(huán)用三段棉線連接好，將鉤碼用其中一段棉線懸掛在圓環(huán)下方，將兩個力傳感器像圖中那樣用另兩段棉線連接起來，將兩個力傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與計算機相連。2.打開專用軟件，點擊“力的合成與分解”按鈕，進入實驗界面，輸入預設角度ɑ1、ɑ2，輸入鉤碼重力G，準備好以后點擊“開始實驗”，在沒有受力時，對兩個力傳感器進行“傳感器調零”。3.把兩個力傳感器分別沿著預設角度拉，觀察棉線結點處的圓環(huán)，使得圓環(huán)對齊表盤中心，待穩(wěn)定時點擊“停止記錄”，測出了F1、F2兩個分力。4.點擊“數(shù)據(jù)分析”，計算機自動計算出合力F，以及顯示出F1、F2的圖示和合力的圖示。（如圖2）5.改變重力不同的鉤碼和大小不同的預設角度，重復上述步驟（2、3、4）進行實驗，得到多組實驗數(shù)據(jù)與圖像。

3 總結

數(shù)字化實驗并不是對傳統(tǒng)實驗的完全替代，他們各有特色，對學生能力的培養(yǎng)各有不同的側重點。因此教師在實驗教學過程中應根據(jù)不同的教學需求選擇不同的實驗方式，對傳統(tǒng)實驗進行創(chuàng)造性的優(yōu)化改進。本文為教師利用DISLab實驗對傳統(tǒng)物理實驗“力的合成”進行了改進，提供了一些幫助。

參考文獻

[1]馬靜，楊萬琴，張軼炳.DIS實驗系統(tǒng)在聲現(xiàn)象教學中的應用[J].物理教師，2017，38（09）：50-54.

[2]李富恩，王曉梅，何彥雨.基于DIS實驗“探究影響向心力大小因素”的改進及其拓展[J].中小學實驗與裝備，2019，29（02）：44-46.