高中物理DIS实验和传统实验整合初探.doc

高中物理DIS实验和传统实验整合初探摘要：随着信息技术的迅速发展和国家新一轮课程教材改革的推进，以传感器和计算机为基础，实现信息技术与实验教学整合的dis实验应运而生。本文结合教学实例，就dis实验应用于高中物理教学的优势进行探讨，同时也指出在物理教学过程中要合理利用dis实验，扬长避短，优势互补，从而实现dis实验与传统实验的有效整合。关键词：dis实验；传统实验；物理教学；信息技术中图分类号：g633.7文献标识码：a文章编号：10036148(2011)9(s)-00294信息技术正在改变人们的生活方式、思维方式和教育方式，如何发挥信息技术在课程改革中的作用，也是当前课程改革研究的一个重要问题。基础教育改革纲要要求：课程改革要“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合”。物理课程标准明确指出：“重视将信息技术应用到物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等”。面对新课程标准的实施，我校在2007年配备了dis实验。近几年，我们将dis实验有机地渗透在高中物理实验教学中，取得了较好的教学效果。本文就此方面进行一些探讨和思考。1dis实验及其优势dis是digital information system的缩写，意为“数字化信息系统”，是由“传感器+数据采集器+计算机(装有实验软件包)”构成的新型实验系统。其中，传感器用来快速、高精度地实时采集实验数据，并将其转变为标准的电信号传输给数据采集器。数据采集器是连接传感器和计算机的桥梁，是整个系统的核心，对传感器传输的电信号进行数据转换和数据分析，然后将结果传输给计算机。计算机通过数字化实验系统软件中的专用软件和通用软件，以数值、图表、曲线等各种方式表现实验数据，并根据要求对实验数据进行统计、计算、曲线猜想与拟合等各种分析与处理。与单纯的传统物理实验相比，dis实验系统具有多类型的信息传感器、多通道的数据采集器、多样化的自主操控平台、多模式的数据显示方式、强大的函数图象处理，这些特色和优势使dis实验有着十分强大的生命力，在物理教学中越来越显示出它的优势。1.1提高了数据的精度dis实验能超越一些传统实验中误差很大的实验器材，减少因测量精度方面而带来的实验误差，比如传统实验中用秒表测量时间、弹簧秤测量力、电压表测量电压等。目前传感器的应用已经覆盖了力、电、磁、声、光、热等方面的测量。1.2提高了实验的速度传统实验在处理数据方面总有力不从心的感觉，因为缺乏有效的手段来处理数据，所以就不要求在大量实验数据的基础上来做研究，而数据数量少又不符合科学研究的规律。由于dis实验具备实时实验的功能，能快速、准确、动态地采集数据信息、并由计算机辅助分析处理，实验可以在非常短的时间内完成。这样可以让学生有更多的时间去研究物理图线，探究物理规律。1.3弥补了传统实验的空白由于dis实验相对完善的数据处理软件，可以设计出很多借助传统实验装置想做而做不好的实验。如：“牛顿第三定律实验”，传统实验利用两个弹簧秤互相钩住向相反方向拉，通过弹簧秤的示数来说明作用力与反作用力的关系。可是弹簧秤的精度太低了，微小力的变化根本测不出来。dis实验则利用两个力传感器，实验中力的大小随时可变，并实时显示，拉力和推力可瞬间切换。即使在运动状态，如匀速、加速、瞬间碰撞状态下，作用力与反作用力也尽显图上。观察获得的图线，发现两条图线以时间轴为中心上下对称(图1)。一对相互作用力大小相等方向相反的规律得以淋漓尽致地展现，体现了物理的对称美。1.4改变了学习的方式dis实验更有利于创设学习情景，营造探究气氛。丰富的传感器可以增强学生的实践体验，信息化的实验手段可以拓展学生探究日常生活中物理现象的能力，强大的数据处理能力和开放的平台有利于学生发现问题寻找规律，有利于学生将计算机知识(如excel处理数据方法)引入物理实验，从而能激发学生探究的欲望。2dis实验在物理教学中的应用dis实验具有方便、精确、快速等优势，在物理实验中具有直观形象、化小为大、化远为近，动静变化、快慢可调、重复再现等功能，成功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全面整合。2.1使抽象过程可视化当传统的实验难以呈现相关的物理过程时，运用dis实验的传感器技术使实验过程可视化，有利于学生对物理过程的理解。例如，在弹簧振子的振动实验中，学生很难同时观察到回复力、加速度、速度和位移四个物理量在运动过程中的大小和方向，理解起来十分困难。若利用力传感器和位移传感器，直观显示弹簧振子的振动图像(图2)呈正弦规律变化。不仅能让学生“看到”力的变化过程，还能够“看到”位移的变化过程。2.2使暂态现象凝固化在物理实验教学过程中，一些物理现象虽非微小信号，但持续时间很短，比如自感现象“暂态”特征突出，实验难度大。基于传统仪器，物理现象的表现不过是小灯泡的瞬间明灭或电流表(电压表)指针的快速摆动。面对仪器的瞬间变化，学生的思维来不及跟随，实验效果受到影响。因此，怎样捕捉暂态信号，把物理过程的瞬间变化凝固下来让学生仔细观察和分析，一直令教师们伤脑筋。在自感现象中引入电流传感器后，即可得到两条清晰展示通电自感与断电自感现象全过程的图线(图3)，使学生直观地看到自感对电流的影响，引导学生认识自感现象的本质。接着启用传统的自感现象演示器，展示两只小灯泡的亮度变化，验证学生分析推理的正确与否。学生由被动地听讲变成了主动参与，大大提高了课堂教学的效果。2.3使微观现象放大化声波作为机械波的特例，其振动强弱变化也可以用该系统实时显示，声传感器可以直接检测声音的振幅衰减过程，在计算机上可以清晰地看到这一过程，同时利用声传感器也可以检测到声源振动的频率，栩栩如生，一目了然。2.4可开展探究性实验利用dis强大的数据处理功能，可以将传统的理论推导转变为实验探究，为学生开展探究性实验提供了平台与素材。例如研究通电螺线管内磁场的实验，传统实验根本无法实现定量的研究，但利用dis实验，可以利用磁场传感器探究螺线管探究不同位置的磁感强度。3dis实验与传统实验的整合策略dis实验与高科技相联系，为中学物理教学增添了一种先进的实验手段。但是，dis实验与传统实验各有长处和短处。在同时面对传统与新技术的时候，我们更应该客观地审视它们，合理有效地利用它们，努力实现优势互补，将两者有机地整合起来。3.1整合实验仪器尽管dis实验代替了部分传统实验，但应在传统仪器的基础上进行优化和改进。例如，进行“自感现象”教学时，自感现象演示仪器仍“位居前排”，但连接在电路上的不是演示电表，而是dis实验的电流和电压传感器。这一改变使得原来只能凭借小灯泡的明灭和演示电表的摆动进行观察的自感过程，通过“电流、电压一时间”图线而获得清晰体现，学生对自感现象的认识深度大大提升。3.2整合实验方法学生对知识的理解和掌握有其自身规律，直观的感性认识往往是进行抽象、归纳的前提，在很多实验中传统的方法常有其特别的优势。例如在高一进行超重与失重的实验中，就有传统实验和dis实验两套实验方案。在传统实验中一般会让学生手持下端挂钩码的弹簧秤，在电梯上升、下降过程中观察弹簧秤示数的变化；在dis实验中就是手持吊有钩码的力传感器在垂直方向做变速运动，即可获得清晰的“力一时间”图线，并从中观察到超重、失重现象(图4)。对比这两种实验方法，传统实验更注重为学生的观察和体会提供最直观生动的现象，而dis实验系统更多是利用其强大的数据处理能力通过准确的数据来说明问题，虽然后者更科学，但对于高中阶段学生的理解和归纳能力而言，直观现象比抽象数据对学生获取知识更有帮助。所以在超重与失重教学中，我们整合了两种实验方法，以前者为主，后者为辅，相辅相成，提高了学生学习物理的兴趣。3.3整合买验能力实验操作能力是中学物理实验中的基本能力，正确而有序的实验操作，是我们达成实验目的的目标之一。传统实验需要的测量仪器较多，操作时间较长，需要多次观察，重复测量，有利于培养学生耐心的观察习惯。而dis实验不需要观察仪器的刻度、构造、使用方法，操作过程相对简单，提高了学生的计算机操作技能，有利于学生掌握利用现代化信息技术学习、拓展知识的能力。另外传统实验要求学生要经过详细的计算或描点作图，分析归纳，才能得出结论，可以充分培养学生的计算能力、作图能力以及利用数学知识解决物理问题的能力。dis实验中计算、描点、作图的工作都由计算机来完成，更侧重于