合理利用DIS实验提高物理课堂教学的时效性获奖科研报告

合理利用DIS实验提高物理课堂教学的时效性获奖科研报告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（DigitalInformationSystemlaboratory）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