DIS数字实验系统在物理教学中的作用
徐 锐1
(1．南京金陵中学，江苏南京210005)
【摘要】DIS实验系统在教学中能够形象展示物理量的变化过程，利于理解物理概念、分析物理过程，能够节省更多的时间让学生用于质疑和自主研究，同时也激发学生产生新的发明创造的灵感。
【关键词】DIS实验系统；物理概念；物理过程；探究教学；创新因子
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】
The Functionof the DIS Lab System in Physical Teaching
XU Rui1
(1.Nanjing Jinling High School,Nanjing210005,China)
Abstract:The DIS lab system can visualizedshow the course of changing of the physical quantity during the teachingprocess, which will make for better comprehension physical conception and analyzeof physical process. Thus, this system not only save more time for learners tooppugn and carry through self-determination research, but also bring abouttheir inspiration of new invention and creation.
Keywords: DIS lab system; physical conception; physicalprocesses; inquiring teaching; innovative factor
新课程教学改革在风风雨雨中走过了七年，学生充分发挥着新课程赋予的自主权利，教师的教学手段百花齐放，教学风格几乎脱胎换骨。而DIS数字实验在教学中的逐步渗透又将物理教学改革推上一个新的台阶。《基础教育课程改革纲要（试行）》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”。《普通高中·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……诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等”[1]。现行高中物理教材的许多地方介绍了用传感器进行的物理实验。在教学实践中发现，DIS数字实验系统引入课堂教学，对新课程的教学改革起到很大的促进作用。就DIS数字实验系统在课堂教学中发挥的积极作用谈点个人的思考。
一．形象展示动态过程，利于理解物理概念
理解现象需要一定的情景，在情境中，学生根据情景的再现来观察事物的现象，通过现象的分析与思考，从而为建立相应的物理概念提供经验基础。传统的教学方法与实验难以再现相关的物理现象与过程时，运用DIS实验创设问题情景，可以为学生展示事物的本质。
例如，在交流电的教学中，有效值概念的理解往往成为空洞的说教，其定义为“如果某直流电流I通过一个电阻发出的热量与交流电在相同时间内通过同一电阻所发出的热量相同，我们就说这个交流电的有效值为I”。学生对交流电有效值的理解只是机械的语言记忆，它的物理意义并不能深刻体会，常规的实验仪器也无法给学生以直观的感受，但利用DIS实验却可以将有效值的真正意义形象地展示给学生。
用两只电流传感器分别与两只完全相同的小灯泡串联，实验电路如图1所示。调节两个灯泡达到相同亮度——表示相同的功率（灯泡亮度较弱时用眼睛即可判定功率是否相同），此时记录下电流随时间变化的I
倍”的关系将留下深刻的印象。可以看出，充分发挥DIS实验自身的优越性，为学生快速展示事物的本质，可以让他们思考问题更具方向性，抽象的物理概念也就变得更形象，变得更容易理解了。二．数据处理能力强大，利于分析物理过程
从教学实践过程来看，学生在学习物理的过程中，往往对物理过程分析不够全面、完整，众所周知分析物理过程是物理学习过程必须形成的能力之一，否则要真正学好物理是不太容易的，因此，帮助学生形成分析物理过程的能力是物理教学过程中一项重要任务。物理过程的分析是建立在对物理过程了解的基础上进行的，所以教学过程中必须向学生展现丰富多彩的物理过程，让学生在认识物理过程的过程中逐步形成分析物理过程的能力。DIS数字实验系统通过实时测量记录数据，用图象来描述瞬间量的变化过程，让学生在定性与定量的分析相结合的基础上来认识物理过程。
课程改革倡导探究式教学的根本目的是通过探究形成分析现象、分析问题的能力，从而为进一步“创造”“新知识”打下良好的认识基础与思维习惯。《普通高中·物理课程标准》指出：高中阶段的物理课程要给学生提供必要的科学探究机会，让学生通过自己思维、动手实验、查阅文献等，体验探究过程的曲折和乐趣，发展科学探究的能力，增强对科学探究的理解[2]。教学实验中发现，在实验探究教学过程中，实验探究将占去了大部分时间，根本没有足够的时间让学生充分自由表达、质疑和提问。但在DIS被引入物理教学以后，这种情况就变了，因为DIS实验为我们赢得了时间。实验证明，用DIS实验一般只需要30%的时间用于实验准备，20%的时间用于数据处理，50%的时间可用于探索研究。因此教师完全有充裕的时间用于引导学生质疑、提问，从而使得探究式教学得以顺利进行。研究电源的输出功率与外电路电阻的关系，传统的处理方法一般是根据全电路欧姆定律与功率公式进行理论证明，当外电路电阻等于电源内阻时，电源的输出功率最大。如果改用实验让学生自主探究，一节课的时间难以完成大量数据的采集、运算、分析，也将影响教学进度，因此一般不会选择探究式教学。而运用DIS数字实验系统进行实验探究，在数据的采集、运算、分析均由电脑完成，可以节省大量时间。在一次教学过程中，学生连接电路(如图5)用9分钟，采集24组数据(如表2)仅用了37秒!设计函数计算电源的总功率、电源的输出功率、电源的效率用了4分钟，用电脑作图分析数据用了5分钟。整个实验在不到20分钟完成，仅占一节课的44%。在剩下的大半教学时间内教师引导学生用来对实验结果的理论证明和讨论，学生可以有充分的时间来进行思考与理论分析，将实验探究与理论探究充分结合起来。我们在教学过程，让学生对图6、图7的图象进行分析，学生从不同角度来应用这些数据进行科学分析，形成了关于电源输出功率与外电路电阻变化的关系，并对输出效率有了足够的理解，对输出功率与效率关系得出了的结论是辩证的，学生体验了运用辩证观念来分析物理问题，这是教学设计之初难以想象的。这种方法把学生的物理学习过程，变成了探究过程，在探究过程中实施探究策略。教学实践表明，运用DIS实验辅助教学不仅仅是赢得了时间，更重要的是学生能够充分利用实验数据进行科学探讨，在探讨过程进行思维碰撞形成探究能力。这样探究式教学可以高质量地顺利进行，不再成为教学的一种“鸡肋”。
四．传统向现代化过渡，催生更多创新因子
充分运用DIS数字实验系统有高精确度、高灵敏度、实时测量记录数据的特点，设计教学活动可以帮助学生对一些生活、生产、自然现象中学生不易观察的现象进行重新思考与认识，从而让学生对生活、生产、自然现象产生兴趣，为创新提供思想基础，让学生养成遇事就要思考的习惯，长期的思考习惯能催生新的创新因子。
例如对跳绳的健身活动，学生也许不会与发电机联系起来，一方面平常人们是几乎不用金属导线跳绳，另一方面电流小。如果教学活动过程用DIS实验系统对此进行研究必将引起学生的极大兴趣。如图8所示，用金属导线作为跳绳，在导线两端连接微电流传感器，人面向南或北方向跳绳，观察绳索在切割地磁感线所产生的电流。由这个实验的启发，有同学提出可以运用跳绳过程中的感生电流，通过微电流传感器进行自动计数装置，可以避免人工计数的误差。也有同学提出可以运用这个实验来测定地磁场的强弱等等。总之，一个不经意的实验教学不仅激发了学生的学习兴趣，而且更重要的是引发了学生的“创造”热情。
由DIS实验过程、现象而产生的联想是学生形成创新的源泉，例如学生在研究气体在等温过程中压强(P)与体积(V)的关系实验中，测定了一系列压强与体积的数据，并作出
的图线。但所有同学作出的直线并不是他们预料的通过原点的直线(如图9)。同学们提出了各种假设，有说是误差，有说气体在等温状态下就应该遵循这样的规律……。笔者在教学过程中，根据学生提出的各种假设，在课堂上通过合作研究、讨论等形式，然后让学生代表提出相应的解释，让其他同学进行质疑，种种假设在不断质疑过程中被否定，最终学生一致认为是由于误差而造成，并提出如下理论分析与解释：因图线在P轴上截距的意义是气体体积无穷大时的压强，而气体体积无穷大相当于近似真空，不可能有压强，因此应该是误差。原来造成误差的原因是注射器与压强传感器连接管的体积没有考虑(如图10)。为了证实他们的猜想，让直线能通过坐标原点，将体积加上不同的数据进行修正，当每个体积均加1ml时，直线通过了原点(如图11)。由此启发，同学们提出，可以用这种原理测定不规则外形微小固体的体积。方法是：取待测物体放在容器中(如注射器中)，测定恒温下气体的
图线，将测定的体积均加上一个数，直到压强与体积倒数的直线通过坐标原点为止，则加上的那个数为待测固体的体积。
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在教学过程中，笔者一次次为学生表现的创造能力而感到兴奋，由此笔者认为我们的学生不是没有创新能力，而是没有创新机会。因此，物理教师在教学过程中通过对教学方式的转变，创造让学生参加创新的机会，学生从教师所创造的机会中不断汲取养分，形成创新能力。
当新的事物来临时，作为教者要首先接纳，花足时间研究，充分发挥DIS数字实验系统在物理课堂教学中的作用，更要耐心带领学生逐步进入现代化的测量时代，进一步挖掘它的功能。在新的教学中，借助DIS实验系统让学生充分发挥自主学习的优越性，更要激发学生产生更多的创新灵感，这将是物理教师的时代职责。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部．普通高中·物理课程标准（实验）[M]．北京：人民教育出版社，2003．59．
[2]中华人民共和国教育部．普通高中·物理课程标准（实验）[M]．北京：人民教育出版社，2003．56．
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