浅析DIS在高中物理实验教学中的应用

雒晖

摘 要：DIS数字化信息系统为高中物理实验的创新提供了新途径、新思路，解决了传统教学模式中电容测量这一难题。

关键词：DIS；数字化实验系统；传统实验

DIS就是Digital Information System Laboratory的缩写，是数字化信息系统实验室的简称，它是一种用于实时采集数据的智能化分析系统，主要由传感器系统、数据采集器系统、计算机系统及配套应用软件所构成。《普通高中物理课程标准（实验稿）》中明确指出：“物理实验是高中物理教学中的重要内容”。“教师根据教学内容积极开发适合自己教学的实验项目，能够利用各种实验资源，用各种不同型号、不同规格的仪器做实验。鼓励将电子计算机等现代多媒体技术应用在物理实验中”。数字化实验系统是现代信息技术与物理课程的整合，对物理课程的教学模式和内容都将产生深远的影响，更重要的是教育观念的转变。

一、数字化实验分析系统

1.构成

测量传感器、实验数据采集器、软件和配套实验器材构成了朗威数字化信息系统。

①传感器：将非电学量转化成电信号，并将电信号传递到数据采集器，是数字化实验的核心部件。其测量精度、性能与使用效果均达到先进水平。

②数据采集器：采集在实验过程中通过传感器的数据，并传送给计算机系统平台，它是传感器和计算机平台之间的转换器，也是桥梁。

③软件：包含教材专用软件和教材通用软件。完成物理量的显示、数据记录与计算、组合图线分析等教学任务。

④配套实验器材：如多用力学导轨、向心力实验器、环形线圈、螺线管等完成实验所需要的仪器。

2.特点

①在数据采集环节，能够自动、连续、快捷地采集数据，能够检测到信号量的微小变化和瞬时变化，大大扩展了研究范围。

②运用传统实验手段则会花大量时间对纸带进行处理，计算物体的加速度。

③在观察环节，实时显示，直观、明显，极大地扩展了实验的可视性和可重复性。

3.与传统实验设备对比

传统实验是相对于数字化实验而言的，其实验设备使用传统仪器都是近代物理学中常见的，例如天平、测温计、卡尺等，已经使用超过了百年，就算比较先进的电压表、计时器，也都有十余年的历史。实验过程中数字化程度较高的设备都是上世纪作为科技前沿支撑的，到上世纪末实际使用过程使用了科技含量较高的设备。传统实验教学中所用的设备绝大多数都是以18世纪、19世纪物理学知识作为支撑的。数字化实验系统的系统误差明显小于传统物理实验设备的系统误差。

传统实验需要占用比较多的课堂时间。运用数字化实验系统则可以在很大程度上提高数据采集、处理、分析的效率。数字化实验手段所用时间要远远少于传统实验手段所用的时间。整个数字化实验室及设备的费用是传统实验室的7到8倍。面對昂贵的建设费用，中学对此的投资比较慎重。此外，数字化实验系统的维护成本高。

二、应用数字化实验平台优化高中物理实验教学

通过数字化平台的应用，能够有效解决教学过程中的实验难点，开辟出物理实验的新领域，增强学生动手做实验的兴致，增强了实验过程的直观性、形象性和趣味性。这样学生能够牢固地记住知识点，另外学生亲身体会实验的过程，启发了扩散思维，积累了实践体验，丰富了知识，启迪学生研究更深、更广的学术范畴领域，实践知识的结合使得信息技术与物理教学融为一体。例如，人教新课标高中物理必修1，没有提到最大静摩擦力与滑动摩擦力间的关系问题，但在实际教学时，由于这个问题经常出现在练习题中，老师提及这个问题，一般都是直接告诉学生：最大静摩擦力略大于滑动摩擦力，可以认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力。关于摩擦力产生的微观机制，至今无定论。此外，由于弹簧测力计的精度有限，也无法从实验角度让学生信服。应用谭兴文老师指导设计的数字化实验，得到摩擦力随时间变化的图像，则可以从实验的角度突破这一难点，从而避免人为的理想化分析。

三、对DIS数字化信息系统的分析与思考

数字化实验系统具有非常多的优点，可以实时动态地采集数据，精准测量、快速计量，灵活操作，由计算机代替人脑对数据进行处理，避免了繁琐的计算与作图过程，误差小。

但数字化实验并不是没有缺点。由于数字化实验设备精密度高，易损坏，操作复杂，这使得信息技术的发展，设备的更新换代加快，促使其维护成本提高。其次，每个实验都需要教师在课前花费大量的时间和精力去校准仪器，而且在学生操作方面也需要花费一定的精力。不管是传统实验，还是数字化实验，都各有所长，都有助于学生认知、理解、掌握高中物理中的基本概念和规律。

总之，新课程改革强调从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度全面培养学生，为学生终身发展、应对现代社会和未来发展的挑战奠定基础。强调知识与技能、过程与方法、情感因素与价值观念三个角度的新课程改革，全方位为学生的未来发展和现代化社会的挑战夯实了基础。因此，在实验教学中也需在这三个维度比较数字化实验系统与传统实验设备的异同，相辅相成地应用在教学中，以达到最佳的教学效果。

参考文献：

李新乡，张军朋.物理教学论[M].科学出版社，2011.