基于DIS物理实验的目的、内容及过程

　　一、基于 DIS 的物理实验的概念

　　基于 DIS(Digital Information System,DIS)的物理实验在以问题为载体,让学生通过使用传感器自己收集数据、利用计算机分析和处理数据,体验知识产生过程,学会学习,在此过程中锻炼了学生分析、解决问题的能力[1].基于DIS 的物理实验这种新型的学习方式以学生为主体,改变传统的学习方式,强调学生的主动探究,要优于传统实验教学.近几年,在物理教学中,尤其重视学生物理实验方面的能力和发展.因此,DIS 技术整合物理实验教学,对改进和完善传统物理实验教学方法和手段具有极其重要的意义[2-4].

　　二、DIS 简介及其研究内容

　　数字化信息实验系统 DIS 是一种新型智能数字化教学设备,主要是利用计算机辅助实验教学.利用数据采集器,教学传感器,及配套的软件对物理量测量、采集、控制、结果多模显示和智能化数据分析.该系统可以进行组合实验,同时采集四组数据,对实验数据可进行线形和曲线分析(二次甚至高次).

　　DIS 实验研究可涉及所有的物理量测量,并以数字或模拟信号发给数据采集器,数据采集器对采集到的数据进行简单处理,然后通过数据线与计算机相连,计算机对数据进行智能化分析.为普及使用,DIS 传感器和计算机组成的测量系统,能够独立地或是与传统的物理教学仪器相结合[5][6].为师生进行物理实验教与学的互动平台提供了物质基础.

　　三、基于 DIS 物理实验的目的与意义

　　开设基于 DIS 的物理实验的目的是让学生通过查找资料、动手实验获得对实验过程的直接体验.对实验的一般步骤有相应的了解,为学习物理学及其专业课程打下基础.有研究者验证:基于 DIS 的物理实验教学对学生理解物理概念更加有利,并且能够提升学生的创新能力[7].

　　基于 DIS 的物理实验强调学生的主动探究,多样性的实验设备和方法激发了学生的兴趣,从而培养学生的创新意识和对科学问题探究能力.基于 DIS 的物理实验将改变传统按部就班的实验教学模式,转为以学生自主探究为主的实验操作和知识获取过程.

　　四、基于 DIS 物理实验的创新点

　　1、基于 DIS 的物理实验对学生与教师提出了新的要求基于 DIS 的物理实验中没有熟悉的套路规范,这给学生尤其是教师提出了挑战,物理实验中如何选择问题,如何扩展资料以备学生知识储备量不够,实验结论与实验数据会有多大的匹配,实验的不确定度的范围是多少等等都将因人而异,教师也应该随机应变.运用自己的教学智慧创造性地开展对学生的指导工作.

　　2、基于 DIS 物理实验的主体是学生基于 DIS 的物理实验强调以学生的自主性、探究性学习为基础,教师只是起必要的引导、协助的作用.学生按兴趣选择和确定实验课题后,分组进行实验,小组成员共同设计实验内容、确定实验原理,实施实验步骤、分析实验结果.学生真正被置于主体地位,可以充分发挥他们的主观能动性.

　　3、基于 DIS 的物理实验的结果和过程并重传统物理实验重视实验结果的准确性,而基于 DIS的物理实验更注重的是实验过程.学生在寻找资料、动手实验、社会调查、与他人沟通、与社会交往的过程中已经锻炼了多方面的能力,这些能力恰恰是将来走向社会所必备的.

　　五、基于 DIS 的物理实验过程及示例

　　1、提出问题

　　教师根据物理教学内容为基于 DIS 的物理实验提出探究性问题,并为学生在选择问题、设计实验,验证实验的过程中给予指导,协助学生进行实证性、综合性和开发性实验.利用 DIS 设备促进学生深入研究问题,使学生在有趣丰富的探究性过程中体验到实验的过程.

　　2、收集数据

　　基于 DIS 的物理实验过程中,学生可利用数据采集器对数据进行实时采集、实时保存、回放分析.学生仔细观察实验过程中的变化和发展情况,在数据采集过程中可选择"通用"软件来感性地感受实验过程,也可选择"专用"软件进行精确的采集和科学的分析.

　　3、处理数据

　　通过上一步采集好的数据学习者可以利用 DIS 实验系统的强大功能对其进行一系列的处理,迅速生成实验结果并观察到实验现象,同时还可以自动生成实验报告.

　　4、评价和检验结果

　　学生通过参与基于 DIS 的物理实验探究,探讨和比较物理实验,通过相互交流和讨论来改进和纠正实验,为其他同学提供解决相应问题的思路和相关材料,验证科学推理过程的正确性.从而真正解决问题,优化实验方法.

　　5、典型实验

　　基于 DIS 的物理实验一般遵循如上过程,国内已有相关的物理教师培训教材[3]和相关的文章发表[8],在此以电学实验"电容器充放电"为例:

　　实验目的:观察电容器充放电过程有哪些特性.

　　实验原理:电源接通时,开始对电容器充电;充电完成后将电源去掉换成导线,电容器开始放电.在相同的电气环境下,充电时间的长短取决于电容量的大小,电容量大的充电时间长,可根据充电的时间的大小,推断电容器的电容大小.

　　实验器材:DIS 数据采集器、电学实验板 EXB-10、计算机、学生电源、导线等.

　　实验过程:

　　1、将电压传感器接入数据采集器的任一通道.将直流电源的正负极分别连到电学实验板上.打开电源开关,选择"联机工作模式".

　　2、打开 DIS 系统软件,"进入"实验控制界面.

　　3、单击控制界面上的"开始"采集按钮,给电容器充电,当充电电压达到输入电压值时,调整开关,使电容器放电.

　　4、点击"结束"按钮,可得实验结果并进行分析.

　　探究性问题:

　　①如果换用大容量的电容器,充放电时间会怎样变化?符合什么规律?改变电压大小会 怎样?能否用其它传感器实现本实验?

　　②辅材方面:即实验所需电源,导线,电路板等,如何确定它们的规格才能使得实验更易于操作?

　　③实验步骤:怎样安排实验步骤才算合理?你能否针对不同的实验目的安排所需要的实验步骤?

　　④软件方面:软件的界面应该如何设置才更加符合人性化? 你能否做出相应的改进?

　　采用 DIS 设备完成的物理实验很多,如:加速度的测量;伏安法测电池电动势和内阻;单缝衍射、双缝干涉、物质透光性能研究等等.实际上对于目前所有的物理实验都可以用 DIS 设备来完成.

　　结论基于 DIS 的物理实验是一种全新的学习方式,学习者可以利用 DIS 实验的实践活动将理论知识和生活经验结合起来,以物理概念为起点,对学生动手能力和思维推理能力进行培养,从而提高学生多方面素质.基于 DIS 的物理实验的出发点是转变学生的学习方式,从而培养学生独立探究问题的能力,使物理教学和学习进入崭新的一页.

　　参考文献

　　[1] 刘炳升.中学物理教师专业技能训练[M].北京:高等教育出版社,2004:7.

　　[2] 刘炳升.走进高中新课改---物理教师必读[M].南京:南京师范大学出版社,2005:4.

　　[3] 钱扬义.数字化化学探究实验室的建设与学生探究能力的培养[J].中国电化教育,2006(11):49-52.

　　[4] 魏慧军.基于 DIS 的上海二期课改高中物理实验教学现状调查及分析[D].上海:上海师范大学硕士学位论文,2006:4 .

　　[5] 丁玲.高中物理教学中的传统实验和数字化实验优化整合的实践研究[D].上海:上海师范大学硕士学位论文,2008:4.

　　[6] 易勇,李汀萍.数字信息化系统实验(DIS)的量化规程[J].萍乡高等专科学校学报,2008(3):34-38.

　　[7] 徐锐. DIS 数字实验系统在物理教学中的作用[J].现代教育技术,2008(6):46-49.

　　[8] 朱梁权.利用 DIS 传感器研究通断电自感现象[J].物理实验,2009(1):30-32.