高中物理DIS实验与传统实验融合的研究——以机械能守恒定律为例

栾爱民

（江苏省泰兴中学，江苏泰州 225400）

引言

DIS实验是Digital Information System的缩写，意思是“数字化信息系统”，是由“传感器+数据采集器+计算机”构成的新型实验系统。通过DIS实验可以将实验中的数据分析得更加透彻和清晰，并且能够将实验中的数据转换成数值和图表等方式对实验数据进行统计，相比于传统实验来说更加省时和精确[1]。为了提高高中物理实验教学的效率，笔者将DIS实验与传统实验进行结合，节省了一些数据处理的时间，保证学生在有限的时间内能够完成实验，并且锻炼了学生的创新能力，让学生能够结合自身的基础知识解决物理问题，实现了高中物理实验教学的目的。

一、正确认识DIS实验技术

由于传统实验存在一定的弊端，导致学生在进行实验操作时经常会出现一些误差，或者实验工具选取不当，学生必须进行反复操作，阻碍了实验的顺利开展。而DIS实验中的传感器技术可以解决这一问题，该技术可以利用采集器和传感器对物理实验的数据进行自动采集，代替了学生的手工记录、采集和分析物理实验数据的过程，这样大大减少了人为因素导致的实验误差和错误[2]。所以，DIS实验是目前高中物理实验教学中提倡的一种教学技术。但是每个事物都有两面性，该技术既然有优点，也会有缺点。教师在教学的过程中要正确认识这一技术，不能用其代替全部传统实验，而是要将这两者进行融合，扬长避短，才能提高实验教学的效率。

例如，有些教师年龄偏大且具有足够的教学经验，不喜欢接受新鲜元素，在实验教学中不愿意采用DIS实验技术，认为这样的实验教学忽视了对学生基础技能的培养，简化了实验过程。所以，即使学校安排了DIS实验教学器具也是一种摆设，教师不但不学习该技术的使用方法，还对其一直持否定的态度。还有一些教师主动学习了这种先进的教学工具，并将其完全取代了传统实验教学，这也是不对的。因为DIS实验会让学生变得依赖器具分析数据，缺乏对基本技能的锻炼。所以，在实验教学中引入DIS实验时，教师要摆正态度，合理地使用和融入DIS实验，充分发挥其价值。

二、分析传统实验的不足

在信息技术不发达的时期，高中物理教学一直采用传统实验教学，运用实验器具让学生动手操作实验过程，并直观地观看实验现象，这样能锻炼学生的动手能力，激发学生的积极性，从而提升学生的实践能力和创新能力。但是，由于传统实验教学中存在着一定的问题，受一些工具的不确定性和人为操作失误的影响，容易产生误差，实验的成功率较低。并且，不断地反复操作会延误实验的时间，最终无法在有限的时间内完成实验。所以，目前的高中物理实验教学提倡将DIS实验与传统实验相结合，发挥各自的优势，弥补其不足，从而得到预期的教学效果。

例如，在做《机械能守恒定律》的实验时，在传统实验中，由于纸带的摩擦和空气阻力都会产生误差，为了减少重物下落过程的阻力，学生必须选择一个动能增加量小于重力势能减少量的重物，所以在选择重锤时，重一些的比较好。而对纸带进行测量时，要选择第一、二两点间的距离接近2mm的清晰点迹进行测量。在验证机械能守恒时，要选取某个点，用刻度尺测量第一个点到该点的距离h，测量该点前后两点间的距离，再算出某个位置的速度。但是这一操作会产生误差，为了减少误差，就得多测几次求平均值。并且，这种数据分析的过程大大延长了实验时间，导致这一数据不仅存在误差，还存在分析时间较长的问题，这就是传统实验的不足。

三、巧用DIS实验加以改进

经过分析传统实验教学中的不足，教师可以将学生分成若干个小组，将DIS实验引入实验课堂中，巧用DIS实验的工具对实验进行改进，并在保留传统实验的基础上加以完善，减少实验的误差，在节省时间的基础上保证实验的准确性和科学性。从而拓展学生的创新思维，培养学生的物理意识，以此达到预期的实验教学目的。

例如，在《机械能守恒定律》这一实验中，笔者带领学生运用DIS实验计算对传统实验进行了改进。让学生利用DIS的工具光电门测出重锤通过某点的瞬时速度，并经过演示仪的刻度读出该点的高度。之后，计算机再根据光电门测得速度和该点的高度，计算出重锤在该点的机械能。通过改变不同的数据来验证“机械能量守恒”这一定律。但是在这个过程中，还是以传统的教学器材为基础，以重锤和打点计时器等为依据测定不同的数据，并分析数据，减少了数据分析的时间，从而达到了传统实验与DIS实验的融合，促进了实验教学的发展。

四、总结DIS实验与传统实验的利弊

DIS实验技术在运用时，由传感器、数据采集器、计算机系统等器材对实验数据以及现象进行分析，应用范围广，可靠且精度高，还可以运用数据处理器绘制各种图像，如“P-V”“V-t”图像等。这样免去了学生的数学分析过程，缩短了时间，让学生在图像中分析物理规律，从而完成教学目标。但是，在这些优点的背后同样存在着一定的缺点，由于DIS实验工具的价格高，很多学校受到条件的限制并没有配备DIS实验器具，所以这一教学技术无法在物理实验教学中得到应用。同时，DIS实验无法将实验现象直观地展示给学生，使学生在实验的过程中没有充足的时间来进行思考和分析，结果就快速地展示给了学生，这样缺少了培养学生实验基本技能的过程和机会。

而传统实验教学可以运用实验器材让学生动手操作实验步骤，直观地将实验现象展示给学生，加深学生的记忆。并且，还让学生通过小组探究对实验进行分析和创新，从而拓展了学生的物理思维，分析了实验中的不足并加以改进。同时，在数据中分析实验过程中出现的问题，锻炼了学生的分析能力和理解能力。但是，在传统实验中，由于人为操作不当，容易导致误差的出现，无法得到理想的实验数据。并且在进行实验数据分析时需要的时间太长，经常导致一节实验课堂无法做完实验而得不到实验结果。因此，总结DIS实验和传统实验的利弊之后，教师要将其加以融合，扬长避短，从而将实验教学的价值发挥到最大。

结语

综上所述，DIS实验与传统实验教学的融合是目前高中物理实验教学的趋势，教师要结合学生的认知规律和知识框架，设计符合学生自主探究的实验过程，让学生通过自身的物理知识进行创新。从而在实验中发挥自身的潜能，掌握实验规律和特点，选择合适的实验方法设计实验过程，并将物理知识运用到生活中以解决实际问题。