借助DIS实验提升学生探究的层次
南京市金陵中学 210005 崔卫国
摘要：DIS实验使中学的实验教学和探究手段更加丰富，利用DIS实验图线能让学生充分感知实验元件的特性，在元件重组中学生的思维受到激发，而实际的测量图线又引发了更深层次的探究，合理开发DIS实验教学中的价值是当前教师的职责。
关键词：DIS实验 图线感知 元件重组 猜测与验证 探究层次
现代化的实验手段正逐步迈入寻常课堂。随着DIS实验介入中学实验教学，研究物理量的变化从定性走向定量，从抽象走向形象，物理现象更易于凸显，测量也更加便捷。研究电磁振荡时，我们常常借助演示电流表研究，指针的左右摆动反映了振荡电流的大小和方向的改变，但振荡图线并不能形象展现，对周期性的研究更是显得勉强。然而，通过DIS实验却能很好地记录电磁振荡的电流随时间变化的图线，巧妙利用并高效发挥这种图线在教学中的功能，能极大地提升学生探究问题的层次。现就DIS实验图线在研究电磁振荡中发挥的重要作用作简要介绍。
1、利用DIS实验图线充分感知电感和电容元件的i-t特性
首先让学生组成每两人一个小组，连接图1-1的电路，用DIS实验系统中的电流传感器记录电感对电流的阻碍特性，并对图线中展示的i-t特性作出初步解释（见下表实验1、2）；再以同样的方法研究电容充电和放电的i-t特性（见下表实验3）。
| 实验 | 元件所在的电路 | 电流传感器：i-t图线 | 学生解释 | |
| 1 | 电感L与电源E构成回路 |
图1－1 |
图1－2 | 电感在电流增大时，产生的自感电动势“阻碍”电流的增大。 |
| 操作：开关S闭合，记录电流表中的电流随时间变化的图线。 | 现象：通过电感L中的电流在通电瞬间从零“逐渐”增大，最后达到最大值。 | |||
| 2 | 电感L 与电阻R构成回路 |
图2－1 |
图2－2 | 电感在电流减小时，产生的自感电动势“阻碍”电流的减小。 |
| 操作：开关S先闭合一段时间后突然断开，记录电流表中的电流随时间变化的图线。 | 现象：通过电感L中的电流在断电瞬间从最大值 “逐渐”减小，最后达到零。 | |||
| 3 | （1）电容C与电源E构成充电回路；（2）电容C与电阻R构成放电回路。 |
图3－1 |
图3－2 | 充电时电容端电压逐渐增大是电流减小的原因；放电时电容端电压减小造成电流减小。 |
| 操作：开关S先合向1，再迅速合向2，记录两个电流表中的电流随时间变化的图线。 | 现象：充电时电路中的电流“逐渐”减小，放电时电流“逐渐”减小。 | |||
小组进行DIS实验测量的目的是让学生充分感知这些元件在电路中的特性，为提出问题和解决问题预备了理论与实践相结合的经验。
这是学生敢于探究未知的“基础”！
2、提出探究话题，激发学生在知识重组中研究新的问题
学生对电感和电容的特性有了一定的了解后，老师抓住时机提出新的问题：若将图3－1中的电阻R换成电感L（见下图4－1），当开关S从1合向2后，你能在右图4－2中大体画出电流表中的电流随时间的变化曲线吗？试试看！
将电阻元件换成电感，电感对电流的阻碍特性在新的组合中究竟发挥怎样的作用？学生的思维受到激发，讨论的兴趣加浓，教学实践中发现一般有这样的几种猜测：
这些猜测是学生认识过程中的普遍反映，他们有着不确定或模糊的理解，尽管存在很多幼稚的想法，但每一个学生的解释都获得了其他同学的鼓励。
这种巧设悬念，不经意间引导着学生进行合理猜测，就象春雨润物，虽细无声息却让学生能够主动地去运用所学并积极构建新的知识。
3、对比实验测量图线体验验证的快乐，而新的疑问提升了探究的层次
同学们的猜测，哪一个更加接近真正的情景呢？请同学们利用电流传感器描绘图4－1中的电流随时间变化的图线吧！
大多学生很快用DIS实验系统描绘出i-t图线，如图6。
新的实验图线立即呈现在眼前，同学们有的高兴、有的惊讶、有的感慨、有的深思......，这时，老师抛出新的话题：你看到了什么？你验证了什么，你又有哪些新的疑问？说出你的发现！
......
“最初的电流是从零开始“逐渐”增大的，图5－3的猜测是对的！”
“电流呈现周期性变化的特征！”
“周期似乎相等！”
“电流的振幅不断变小！”
“电流的方向在改变！”
“好像是按照正弦规律变化的！”
......
对比反映实际情境的实验图线，学生的视觉受到刺激，思维被调动，表达的欲望上升了，发现的问题不断增加，真是“一石激起千层浪”！
于是，对LC振荡电路规律的探究便迎刃而解。若进一步用DIS实验系统记录不同组合的LC振荡电路的i-t图线，还可以推测影响振荡周期的因素。
总之，DIS实验图线可以快速形象地反映物理的内在规律，这正是现代教育技术下的实验系统优越于传统实验的地方。这种高质量测量图线的生成既成为师生对话的桥梁，又成为研究实际问题的资源，更有助于学生根据实际情境提出新的问题。可见，合理开发DIS实验在中学物理中的教学功能将是我们广大教师的职责，它将成为学生提升探究问题层次的有效工具。
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