例谈DIS实验在高中物理教学中的应用策略

夏煜明

摘 要：本文在文献研究的基础上，结合教学实践中的案例，对DIS实验在高中物理教学中的应用策略进行了探讨，并对应用DIS实验教学时遇到的问题进行了讨论。

关键词：DIS实验；高中物理教学；应用策略

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）3-0073-3

随着我国新课程改革的深入推进，传感器在中学物理教学中的应用也迅速地发展起来。例如，在高中物理“人教版”的教材中，在一些演示实验和“做一做”等师生互动栏目中均出现了用传感器进行实验的内容。相关研究表明，DIS实验与传统实验相比确实具有一定的优越性。但是，在一些西部地区的高中，DIS实验应用于物理教学才刚刚开始，很多问题还有待探讨。在此背景下，笔者借助我校的数字化探究实验室，对一些DIS实验如何应用于高中物理教学，从策略和实践的角度进行了探讨，希望本文可以对其他研究者起到一个抛砖引玉的作用。

1 DIS实验的概念界定

本文这里的DIS是digital information system首字母的简称，是指数字化信息系统。DIS实验系统是由“传感器+数据采集器+计算机（实验软件包）”构成的新型实验系统。将一个或多个数字化信息系统放在特定的空间便组成了数字化信息系统实验室，简称DISLab[1]。DIS的工作过程可以分为信号的转换、数据的采集与转换、计算机数据处理等三个阶段。DIS实验的主要技术特征有：实时实验、测量精度高、微信号测量、自动连续采集数据、智能处理数据和提供数学工具[2]。

2 DIS实验的教学策略与实践应用

要应用DIS实验，首先就要了解DIS实验，了解传感器的测量原理及操作。笔者通过文献研究，并结合多次教学实践，将DIS实验的教学策略总结如下：

第一，要选择合适的DIS实验进行演示和探究，探究实验应选操作步骤简单、数据处理简便、现象明显的实验。

例如，在学习“牛顿第三定律”时，学生对于牛顿第三定律的作用力与反作用力的“总是大小相等、方向相反、总在一条直线上”理解起来不够深刻。因此，笔者就设计了利用力传感器探究牛顿第三定律的实验。在实验探究前，简单介绍一下力传感器的原理和使用方法。然后，让学生根据教材上的“做一做”——“用传感器探究牛顿第三定律”，自行设计实验。当然，在设计时，教师需要引导学生进行“拉力实验”和“压力实验”的设计。因为这两个实验操作都很简单，但是现象非常明显。最后，教师再引导学生通过观察实验的实时数据，可以很容易得出拉力或者压力总是大小相等、并且方向相反。

又如，在学习法拉第电磁感应定律时，可以将教材上的“探究电流产生的条件”实验进行改进，用DIS微电压传感器来代替电流计，以此探究感应电动势的产生条件，并可以进一步探究或者验证法拉第电磁感应定律的内容。

第二，要创设情境，设置认知冲突。兴趣是学生最好的老师，在教学中如果创设较强的情境冲突，那么必将引起学生的兴趣，极大地调动了学生的积极性。

例如，笔者曾经为同事设计了一个关于动量守恒方面的DIS实验。为了效果逼真，我们给这个实验加了一个故事导入，还专门做了一个简单的动画并配上音乐。上课的时候，通过多媒体把动画展示出来，然后现场进行配音。故事内容大致如下：“在一个寒冷的漆黑的大年三十的晚上，董良开着一辆老爷车行驶在结满了冰的路面上，他心里十分激动而又焦急，他已经一年没有回家了，希望可以早点回家与家人团聚。然而，不幸的事情发生了，董良的老爷车突然抛锚了。而就在离他几十米的车后，栋梁也怀着激动而又兴奋的心情，开着才买的新车往家里赶，可能是天黑路滑的原因，栋梁没有看到董良的车，等他反应过来，两辆车已经很近了，快要撞在一起了，这个时候……”然后，教师提问学生，“这个时候会发生什么事情呢？”学生异口同声地回答，“两个车撞在一起了”。而此时，老师把事先准备好的实验器材拿出来，把数字实验室的小车导轨平放在桌面上，將一辆红色小车和一辆蓝色小车放在导轨上。然后说，那我们现在来模拟一下刚刚故事中的情境吧。然后，把红车静止放在轨道上，用手推蓝车，让蓝车去撞红车（两辆小车相撞端固定有磁铁）。结果，出乎意料的事情出现了，蓝车马上停了，红车却动了起来。下面的学生感到很惊奇，然后，老师对学生说，“那下面我们来学习动量守恒定律，学习了之后我们再来解释刚刚这个现象。”这个故事导入和小车实验，成为了这节课的亮点。在省（市）级优质课大赛中，这个实验导入设计，均得到了专家评委和其他教师的高度评价。实际上，这个实验设计的灵感来自于碰撞模型中的“速度交换”情形。

第三，要注重在平时培养学生的DIS实验技能。在进行DIS实验前，最好进行简单的实验器材介绍和实验原理介绍以及必要的操作培训。特别是如果要进行探究实验，一定要让学生对DIS实验器材的原理非常熟悉之后再进行，否则，反而会加大学生的理解难度。

例如，在“用位移传感器探究匀变速直线运动的规律”的实验中，学生对实验中的位移传感器的工作原理并不太清楚。如果教师不事先介绍，而直接引入这个实验，那学生对这个实验中的数据和图像可能理解起来就比较困难。实际上，这里的位移传感器是通过位移发射器和接收器组成的一对传感器。实验的原理就是通过每隔一段时间，发射器同时发射激光和超声波，激光速度较快，可以忽略其传播时间，接收器接收到激光开始计时，接收到超声波计时结束，然后通过公式x=vΔt计算出小车此时的位移，由此得出位移与运动时间二者的实时关系。但是，要想得出位移与时间的图像关系，必须把采集的数据进行二次函数拟合。这里的数据处理需要教师进行讲解和培训，并在实验操作时，教师需要进一步引导和指导。学生在这里学会了数据处理，后面用到位移传感器，进行实验数据处理就比较容易了。

因此，笔者认为如果要把DIS实验用好，就要从高一开始打好基础，从一开始就渗透DIS实验内容，先可以进行演示实验，然后再进行探究实验。

第四，DIS实验与传统实验进行整合。无论DIS实验多么先进，它依然只是一种教学辅助工具，也不能用它代替所有的传统实验，不能认为以后就不需要传统实验了。两者的关系应该是共存互助，相互取长补短，既要釆用DIS的技术优势，又要继承传统实验的实验原理、实验手段和实验方法，这样才能发挥最大优势，才能全面提升学生的综合素质。在使用DIS实验的时候一定要明确，它是为教学服务的。我们的教学主体是学生，所以该不该使用DIS实验、如何使用DIS实验，一切要从学生的实际和学生的发展出发，使教师的教学理念、学生的学习方式和现代信息技术达到尽可能完美的融合。

3 问题与讨论

DIS实验与传统实验相比，具有不少优势，例如实验操作简单，实验现象明显并且测量数据精度高，并具有实时性、连续性，数据处理方便、直观。但是，在应用DIS实验时，也会遇到一些问题。比如，DIS实验比传统实验可能需要花费更多的时间来了解传感器的工作原理，在做定量实验时，可能会花不少时间来熟悉DIS器材的操作和调试。另外，可能由于一个很小的操作失误，将得出错误的结论。因此，在应用DIS实验之初，可能会比较费时费力。但是，只要我们花时间去研究，当我们熟悉了这些传感器的使用之后，你会发现DIS实验的魅力，特别是在做定量实验的时候，由数据直接得出函数图像关系，将给学生会带来极大的震撼，并且帮助学生更加容易理解物理规律中各个物理量之间的关系。

参考文献：

[1]俞丽萍.DIS在高中物理课堂实验教学中的应用研究[D].金华：浙江师范大学硕士学位论文，2011：12-16.

[2]宋樟伟.DIS在中学物理实验教学中的应用研究[D].金华：浙江师范大学硕士学位论文，2011：17