贯彻新课程理念提高物理DIS实验教学质量——以摩擦力实验教学为例

贯彻新课程理念提高物理DIS实验教学质量——以摩擦力实验教学为例
南师附中王峰
社会
发展日新月异，各
行各业的数字化和
信息化程度越来越
高，对人的能力发
展提出更多方面的
要求，比如：借助
各种手段使用各种
工具收集信息的能
力；对各类信息进
行分类、比较、分
析和综合等方面的
能力。

这些要求
使作为基础教育的
高中教育也要相应的做出改革和适应，所以数字化信息化的教学方式不断被引入各学科的课堂教学中，物理DIS实验教学就是大环境发展的一个方向。

一、高中物理课标教材中的DIS实验
高中物理新课程对学科探究及实验能力提出更高的要求，鼓励将电子计算机等多媒体技术应用在物理实验中，强调信息技术要进入物理实验室，在实验的过程中要求学生采用多种方式收集数据，充分利用传感器和计算机的功能，实时测量、处理实验数据、分析实验结果等，使实验过程和数据的呈现能自动进行，提高实验的效率和效果。

同时在高中物理新课程三维目标中的“ 过程与方法”目标中也提出：要培养学生信息收集的能力、分析解决问题的能力和交流合作的能力。

在高中新教材中许多章节都提到DIS实验，比如《必修1》中第一章第4节用打点计时器测速度提到“用传感器测速度”；第四章第5节《相互作用力》中提到“用传感器探究作用力与反作用力的关系”等。

所以在高中教学中渗透DIS实验教学是一种必然趋势，掌握这种新型的授课技术也是十分紧迫和必要的，教师可以根据实际情况进行不同方式的教学，比如课堂演示实验、学生分组实验或知识拓展实验等等。

二、DIS系统用于中学物理实验教学的特点
DIS实验是一套数字化信息系统，由“传感器＋数据采集器＋实验软件包（教材专用软件、教材通用软件）＋计算机”构成，它能够完成高中阶段几乎所有定性研究和定量测量物理实验，同时也填补了多项实验空白，大幅度提高了实验精度和效率。

作为基于传感器的数字化实验系统，DIS与传统物理实验教学仪器的最大区别就是把仪表盘、数码盘、示波器、坐标系和表格等都集成到计算机
屏幕上，因此，软件已经成为实验教学过程中重要的人机交互窗口。

DIS 实验系统通过许多传感器获取实验信息，经数据采集器传递给电脑，进行数据和图形处理，实现了实验数据的即时处理和直观呈现。

粗略统计表明，许多实验使用 DIS 系统后，用于数据处理的时间比例至少比过去减少一半以上。

同时，诸如“最大静摩擦力的测量”、“电容充放电”、“自感电流变化规律”等过去条件下不易实施的实验也能轻松完成。

在具体实施物理课堂教学的过程中，DIS实验具有比较明显的特点，主要可以概括为以下几方面：
1、信息的收集和显示更精细
DIS系统充分利用传感器收集各类物理量的信息，并把它们转化成同步变化的电信号，如力的大小信号转化成电压大小信号。

实验过程中采用高频方式采样，使收集到的信号更加精确和细致，当然，也可以根据需要调整采样频率，一般频率可以从5Hz调整到1000 Hz，基本上满足了各种实验的需要。

当然，如果不需要采集器自动采样，也可用手动采样，即在需要的时候手动控制，进行采样，这样使实验的操作更灵活。

对于收集到的信息，DIS软件系统采用三种方式显示，即数字式、仪表式和图线式，数字式比较精确，仪表观察动态化比较好，图线方式记录物理量随时间的变化规律，更形象，且具有连续性。

三种方式各有千秋，采用哪种方式看具体情况而定，在研究摩擦力的变化规律时，图形方式比较好，因为它可以显示从静摩擦力到滑动摩擦力的变化过程。

2、数据的处理和分析更快捷
传统的实验数据都需要学生自己来处理，虽然可以提高学生的运算能力，但耗费大量时间，使学生没有更多时间来对结果作进一步的分析和运算，而后面的学习环节往往又是学生分析综合能力得以提升的大好时机。

所以，借助DIS实验，缩短数据的处理时间，是非常有必要的。

DIS实验系统提供了数据表格功能，它能够及时录入数据，并且根据事先编写好的公式，及时地输出运算结果。

3、图像的显示和转化更方便
收集和处理好数据后，DIS系统可以迅速地绘制各类图像，让学生通过图像观察物理量之间的关系。

如利用图像功能研究滑动摩擦力与压力之间关系时，所显示出来的摩擦力——正压力图像是一条直线，关系一目了然。

然后可以通过“拟合功能”对图像分析，研究图像的特性，如正反比函数，还是多次幂函数等，也可对图像进行进一步的处理，如对图像进行求导或求取平均值等，如对一段滑动摩擦力求取平均值，可解决滑动摩擦力不易测量的弊端。

4、开放式学习与半开放式学习相结合
DIS软件系统提供了两种软件系统，通用软件系统和专用软件系统。

专用软件系统是事先根据实验需要而设计好的软件程序，包括一些常规的实验，如速度测量、加速度与力的关系、机械能守恒定律等。

实验过程中，只需要根据实验要求，连接好相应的传感器，点击运行按钮就可以顺利研究了，不需要学生进行多余的操作。

这种方式过程简单，操作方便，有利于提高实验的效率，但也有不足，如内容呆板，对学生思维的限制较大，学生想探究的许多内容都无法实现，可以说这是一种半开放式的学习。

通用软件系统是最基本的操作界面，只有最初的数据显示，没有任
何的处理和限定，学生可以根据实验的目的，结合系统的功能，进行自由的实验设计，对得到数据可以根据自己的思考、猜想，进行深入的分析、思考和处理。

这种方式操作上相对麻烦一些，需要的时间和技能更多一些，但它给了学生更多的探究空间，使学生的思维得到更好地拓展和延伸，可以说这是一种开放式的学习。

三、客观认识DIS实验的功能，处理好DIS实验的利弊关系
多媒体教学是一把“双刃剑”，既可促进教学，也会拖累教学，DIS 实验也具有这样的特点，从它的诞生到今天，许多人一直抱有怀疑的态度，笔者认为他们的想法是有道理的，但大家的关注点应该在于如何更好发挥它的优势，而避免它的不足。

在实践的过程中笔者有以下心得和体会，与大家分享：
1、明确运用DIS实验对物理教学而言只是一种辅助手段
不能以为采用DIS实验这种手段就万事大吉了，而是应该充分了解DIS实验的功能，设计好DIS系统在物理教学中的应用策略，结合各种教学手段，如视频，图片、课堂竞答、课堂小游戏等，恰如其分地将DIS实验融入到教学内，实现物理教学效果的最优化。

2、强化和提升DIS实验技能，避免实验过程的低效问题
DIS实验课堂效率不高是教学过程中遇到的一个很大问题，究其原因主要有两个：
（1）老师和学生的实验操作技术不过关，对软件系统的不熟悉，都影响着物理教学顺利进行；
（2）学生对实验课不重视，又受到计算机中各种因素的干扰，实验过程中目标不明确，随意性、盲目性比较大。

对于这两个问题，有其相应当解决方法：
（1）老师首先要改变自己的观念，排除畏难情绪，主动的对DIS实验系统进行了解和学习，就像学习电脑技术一样，只要多用几次，自然便熟悉了，同时对学生要进行必要的课前技术培训，强化和提升DIS实验技能，“磨刀不负砍柴功”，这是很简单的道理；
（2）课前要做好充分的准备，让学生在进入实验室之前就明确实验的目的和要求，同时在课堂上合理分组，每个小组都要由组长进行监督和调控，保证各个小组实验的效率。

通过对笔者的摸索经验，只要有2－3次培训后，DIS实验课就可以比较快捷和顺利的实施和完成了，其基本环节与传统实验相当，基本没有拖累的感觉。

3、利用调控软件，控制课堂的各个环节
有经验的老师都知道，学生一旦进入实验室，就很难调控，他们会不自觉地去摆弄实验器材，甚至是玩电脑；在实验的过程中想要暂停一下也是十分困难的。

如何将学生在实验过程中好的做法、优秀的成果展现出来也是不易的。

笔者在课堂上采用专用的计算机课堂管理系统，如苏亚星、传奇等。

在课开始的时候，锁定电脑（黑屏或统一桌面），让学生无法操作电脑，在实验的过程中也可以随时锁定电脑，如果发现某学生的实验效果很好，可以将其电脑屏幕调出来，在投影屏幕上进行广播，让每个学生都能看到。

这些。