合理利用DIS实验提高物理课堂教学的时效性

陈全海 万桂新 丁鹏飞

教学论专家余文森教授提出，课堂教学的时效性是指通过课堂教学活动，使学生在学业上有收获、有提高、有进步。具体表现在：学生在认知上，从不懂到懂，从少知到多知，从不会到会;在情感上，从不喜欢到喜欢，从不热爱到热爱，从不感兴趣到感兴趣。如何在较短时间内使学生既学到应该掌握的知识，又能从更深层次上得到启迪呢？计算机技术与物理教学的融合是一个重要途径。在此将讨论如何合理利用DIS实验提高物理课堂教学的时效性，培养学生的科学素养。

一、DIS实验在物理教学中的作用

实验和物理思维是科学研究中最重要的观念和思想方法，二者缺一不可。物理实验既是物理知识教学的基础，又是实施素质教育的一种主要渠道和有效手段。《普通高中物理课程标准（2017年版）》中明确指出，高中物理课程应在义务教育的基础上，进一步促进学生物理学科核心素养的养成和发展;使学生具有科学探究意识，能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设;具有设计探究方案和获取证据的能力，能正确实施探究方案，使用不同方法和手段分析、处理信息，描述并解释探究结果和变化趋势;具有交流的意愿与能力，能准确表述、评估和反思探究过程与结果。新课标的实施以及新教材的改革，充分体现了教学的多样性与选择性，也对物理教学提出了新的要求。以传感器和软件技术为核心的DISLab正是在这种背景下发展起来的，它是数字化信息系统实验室（Digital Information System laboratory）的英文缩写，是一种有别于传统的，将数据的采集、显示、分析和处理融于一体的新型综合实验系统，其应用从根本上克服了传统实验的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学的深度融合。

二、发挥DIS实验的优势提高课堂教学效率

1.完成传统方法无法完成的实验

在传统物理实验中，有些实验因其复杂性或被测物理量极其微弱而难以在课堂上完成。如动能定理的验证需要测瞬时速度，而瞬时速度是平均速度的极限值，在传统实验中常用打点计时器测量，但存在两个问题：一是精确度不够高，二是只适用于直线运动，无法完成对曲线运动的测定，使实验结果缺乏足够的说服力。而利用DIS实验就可以很好地解决这些问题。以动能定理验证实验为例，DIS实验和传统实验相比具有以下优势：一是传统实验的误差较大（超过5%），而DIS实验的误差更小（小于5%）;二是传统实验耗时费力，而DIS实验操作简单，用电脑代替人工计算，可节省时间;三是传统实验只适合于直线运动，而DIS实验还适合于曲线运动。

实践证明，在验证动能定理和机械能守恒定律的实验中，采用DIS实验可以大大提高课堂教学效率。在演示感应电流的实验中，传统实验的主要仪器是安培表和匝数较大的线圈，无法显示单匝线圈或单根导线产生的微弱感应电流;而DIS實验中的电流表可以很好地显示微弱电流。由于实验操作非常简便，实验现象非常明显，既能丰富课堂内容，也能激发学生的兴趣，大大提高了课堂教学效率。

2.将DIS实验与传统实验合理搭配

提高物理课堂教学的时效性需要教师从实际出发，辩证地看待DIS实验与传统实验的优点和不足，并将两者有机地结合起来，以实现最佳教学效果。

（1）混合搭配型

可在同一节课中同时安排传统实验与DIS实验，使两种实验手段互相补充、扬长避短。如在“牛顿第三定律”的教学中，让学生先用传统的弹簧秤在水平桌面上对拉，引导他们观察两拉力的特点并作出总结，鼓励学生发现实验中的问题，说明原因，提出解决的办法。接着，给学生展示拉力传感器，说明其功能，并将实验结果及时展示给学生。通过对比让学生体验两种实验手段的效果，体会DIS实验的优越性，同时也对物理定律产生了更深刻的印象。

又如在“摩擦力”一课，传统实验通常将静摩擦力和滑动摩擦力分开讲解，教师只能做定性的演示，实验结果也无法及时呈现给学生。如果采用DIS实验，就可以很好地将两种摩擦力结合在一起，并将摩擦力的变化规律实时展示给学生，收到了良好效果。因此这节课中，教师将学生分成若干小组，先让学生用传统的弹簧测力计在桌面上拉动文具盒等物体，定性、半定量地观察物体摩擦力的变化规律;随后采用DIS实验，用拉力传感器取代弹簧测力计，实验结果能够动态地在电脑屏幕上显示出来，便于直观看到从静摩擦力到滑动摩擦力随着外界拉力的变化规律，以及滑动摩擦力随着压力而变化的规律，比传统实验节省了更多课堂时间，又能将静摩擦力和滑动摩擦力的内在联系表现得更清楚，提高了课堂效率。演示电磁感应现象的系列实验大多数都可以采取这种方式。如楞次定律、互感和自感等演示实验，可先用传统仪器演示，让学生先定性地观察现象，在此基础上，再用DIS实验进一步演示分析，看到更精确的数据。这样的好处是可以用普通导线自制螺线管和单匝线圈，让学生便于观察电流的流向。

混合型教学方法的优点是可以在课堂上通过两种实验手段的对比，降低学生对DIS实验的认知困难，使学生更容易接受或理解实验结果。

（2）单一型

单一型是指在一节课中只采用某一种实验模式。通常是从实际出发，权衡两种实验手段的利弊而作出的选择。但不管采取哪种方式，必须以有效性为原则，本着实事求是的科学态度，理性地作出选择。如在研究“平抛运动”的实验中，给学生提供一些传统实验器材，不管是教师在课堂上演示，还是学生亲自操作，由于实验简单直观、便于观察，因此很容易得出实验结论。相反，若采用DIS实验，则需要在电脑屏幕上通过“位移—时间”图像的分析才能得出结论。由于时空的错位会导致学生不易理解，因而削弱了做实验的意义，就谈不上提高课堂效率了。

三、结论

正确处理好传统实验和DIS实验的关系是提高物理课堂教学效率的关键。虽然DIS实验具有操作灵活、简便，能自动、快速、精确且实时动态采集和显示实验信息的功能，但也并非所有实验都适合用DIS来完成。而且，正是由于DIS实验的优势，可能会削弱对学生观察能力、动手能力和计算能力的培养，导致学生忽视实验本身的物理意义。因此，在教学中要根据具体实验的特点选择合适的实验方案，全面培养学生物理学科素养。

（责任编辑    郭向和）