從2016年高考物理談DIS系統(tǒng)及傳感器實驗教學(xué)

錢呈祥　韓敘虹

1DIS實驗技術(shù)系統(tǒng)簡介

《普通高中·物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實驗室，加快物理實驗軟件的開發(fā)和利用，諸如通過計算機實時測量、處理實驗數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果等?！盌IS是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機、實驗教學(xué)軟件構(gòu)成的數(shù)字化實驗系統(tǒng)，以“傳感器+計算機”為構(gòu)成要素，實現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)儀表一定意義上的替代和超越。與傳統(tǒng)實驗相比，DIS實現(xiàn)了三大變化：變定性為定量，變不可見為可見，變無法做為能做。DIS實驗技術(shù)系統(tǒng)的傳感器技術(shù)可以使高中物理實驗過程的時間和空間可視化，使高中學(xué)生在物理實驗教學(xué)實踐過程中建立起客觀的物理概念，深入地理解物理規(guī)律，有助于學(xué)生熟練掌握物理實驗知識。DIS實驗技術(shù)本質(zhì)上是一種信息技術(shù)，是對所有信息數(shù)據(jù)進行綜合處理的技術(shù)總和。DIS實驗技術(shù)也是一種教育技術(shù)，為高中學(xué)生提供動手操作以及師生之間實驗交流的機會，能讓學(xué)生方便快捷地收集、整理并分析相應(yīng)的物理實驗數(shù)據(jù)，并且在輕松愉快的氛圍中學(xué)習(xí)抽象的高中物理知識，便于提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)質(zhì)量。以DIS實驗技術(shù)為代表的數(shù)字化信息技術(shù)被引入到高中物理實驗教學(xué)中后，以其方便的操作流程、強大的數(shù)據(jù)處理能力以及靈活多樣的設(shè)計，為新形勢下的高中物理教學(xué)注入了全新的生機和活力，在推動高中物理實驗教學(xué)的數(shù)字化進程，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢的同時，保持了實驗的真實性，進而憑借“促進學(xué)生認(rèn)知、提高課堂效率”的顯著作用而獲得了教育專業(yè)人士的高度認(rèn)可。

基于DIS的物理探究實驗的核心是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，強調(diào)主動探究，其過程既是學(xué)習(xí)的過程又是學(xué)習(xí)的目的。它不同于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，它是以學(xué)生為主體的新型學(xué)習(xí)方式，這無疑會給傳統(tǒng)僵化的教學(xué)模式帶來巨大沖擊?；贒IS的探究實驗是學(xué)習(xí)者主動探究的學(xué)習(xí)方式，適用于所有理科實驗，它在實驗過程中創(chuàng)設(shè)類似科學(xué)研究的情境和途徑，讓學(xué)生通過使用不同類型的傳感器收集、分析和處理數(shù)字化信息來體驗知識的產(chǎn)生和創(chuàng)造過程，進而學(xué)會學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力?；贒IS的物理探究實驗教學(xué)設(shè)計，著重訓(xùn)練學(xué)生綜合運用知識、解決實際問題的能力；內(nèi)容兼顧實用性、探索性和實驗方法多元性。操作DIS設(shè)備完成實驗，有助于培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)字、模型、邏輯推理和不確定性的問題，養(yǎng)成使用各種工具、儀器來解決實際問題的意識，有助于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力和培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)，從而養(yǎng)成批判性思維和獨立思考的習(xí)慣。

2高考試題考查DIS系統(tǒng)及傳感器作用

2016年高考物理試題有相當(dāng)多的題量考查物理DIS系統(tǒng)及傳感器的應(yīng)用，一定程度上顯示了高考物理實驗命題的新趨勢。

例1（2016年高考上海卷第26題）：“用DIS研究機械能守恒定律”的實驗中，用到的傳感器是傳感器。若擺錘直徑的測量值大于其真實值會造成擺錘動能的測量值偏。（選填：“大”或“小”）。

解析：在實驗中，擺錘的速度通過光電門進行測量，測量的速度是通過小球直徑d與擋光時間的比值進行計算，為：v=dΔt，當(dāng)擺錘直徑測量值大于真實值時，小球直徑d會變大，導(dǎo)致計算出的小球速度變大，故小球動能也會變大。

光電門的工作原理是：光束被切斷時計時器開始計時，光束重新被接收時計時器停止計時。如果光電門發(fā)出的光束比較細(xì)，那么小球在遮光時間內(nèi)走過的距離近似等于小球的直徑。很多中學(xué)使用的光電門所發(fā)出的光束很寬，有些甚至等于發(fā)光小孔的直徑，那么在計算小球遮光時間內(nèi)走過的距離時就不應(yīng)該只取小球的直徑，而應(yīng)該取小球直徑與光束有效寬度的差值。我們知道在實際紙帶的計算中測量數(shù)據(jù)都是隨機的，這樣會導(dǎo)致學(xué)生的計算量較大，如果用計算機和傳感器這個工具，會使學(xué)生的數(shù)據(jù)運算量大大減小，也使數(shù)據(jù)比較變得容易，從而讓學(xué)生有更多的時間來對實驗進行思考和改進。這是物理與信息技術(shù)的結(jié)合，學(xué)生特別喜歡操作，應(yīng)用計算機和傳感器處理數(shù)據(jù)是新課標(biāo)教材中體現(xiàn)的一個傾向。

實驗原理難以理解的常規(guī)實驗中，有些物理量需根據(jù)實驗測量的結(jié)果，利用比較抽象的物理原理進行計算，給學(xué)生實驗造成額外的困難。引進DIS系統(tǒng)可以改變測量方式，改進實驗的原理，方便學(xué)生的理解。例如，對于勻變速直線運動加速度的測量，常規(guī)實驗采用打點計時器在與運動物體相連的紙帶上打點，根據(jù)位移與時間關(guān)系的公式計算加速度。學(xué)生對于利用這個原理間接計算比較困惑，特別是根據(jù)相等時間間隔取點的做法，需要學(xué)生先具備勻變速直線運動規(guī)律的知識才能理解，不利于學(xué)生對加速度概念的新課學(xué)習(xí)。采用DIS技術(shù)改進該實驗的原理，直接在物體運動線路上若干個位置安裝光電門，測量運動速度與時間的關(guān)系，通過計算機輸出速度—時間圖像。這樣比較直觀，學(xué)生更容易理解加速度是速度對于時間的變化率。

例2（2016年高考上海卷第28題）：“用DIS描繪電場的等勢線”的實驗裝置示意圖，如圖1所示。

（1）該實驗描繪的是（）。

A.兩個等量同種電荷周圍的等勢線

B.兩個等量異種電荷周圍的等勢線

C.兩個不等量同種電荷周圍的等勢線

D.兩個不等量異種電荷周圍的等勢線

解析：該實驗中，用A、B兩個接線柱分別接在電源的正負(fù)極上，一個帶正電另外一個帶負(fù)電，模擬等量異種電荷產(chǎn)生的電場，所以選項B正確。

（2）實驗操作時，需在平整的木板上依次鋪放（）。

A.導(dǎo)電紙、復(fù)寫紙、白紙

B.白紙、導(dǎo)電紙、復(fù)寫紙

C.導(dǎo)電紙、白紙、復(fù)寫紙

D.白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙

解析：在實驗中，最上邊一層是導(dǎo)電紙，這樣才可以使A、B接線柱電流通過導(dǎo)電紙；接下來依次是復(fù)寫紙和白紙，實驗過程中在導(dǎo)電紙上找到電勢相同的點，需要用探針在導(dǎo)電紙上作標(biāo)記，標(biāo)記通過復(fù)寫紙就印到最下層的白紙上。

（3）若電壓傳感器的紅、黑探針分別接觸圖中d、f兩點（f、d連線與A、B連線垂直）時，示數(shù)小于零。為使示數(shù)為零，應(yīng)保持紅色探針與d點接觸，而將黑色探針（選填：“向左”或“向右”）移動。

解析：據(jù)題意，只有當(dāng)指針示數(shù)為零時才說明兩點的電勢相等，現(xiàn)在保持紅色探針與d點接觸，為了保證電壓表示數(shù)為零，需要使黑色探針與紅色探針電勢相等，則要把黑色探針向右移動。掌握如何模擬等量異種電荷，會正確操作該實驗，知道導(dǎo)電紙、復(fù)寫紙和白紙的放置順序，理解如何判斷兩個位置電勢相等的方法，是解決本題的關(guān)鍵。

例3（2016年高考江蘇卷第11題）：某同學(xué)用如圖2所示的裝置驗證機械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺上，鋼球靜止于A點，光電門固定在A的正下方。在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間t可由計時器測出，取作為鋼球經(jīng)過A點時的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計時器示數(shù)t，計算并比較鋼球在釋放點和A點之間的勢能變化大小ΔEp與動能變化大小ΔEk，就能驗證機械能是否守恒。

（1）用ΔEp=mgh計算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時的鋼球球心到之間的豎直距離。

A.鋼球在A點時的頂端

B.鋼球在A點時的球心

C.鋼球在A點時的底端

（2）用ΔEk=12mv2計算鋼球動能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖3所示，其讀數(shù)為cm。某次測量中，計時器的示數(shù)為0010 s，則鋼球的速度為v=m/s。

（3）該同學(xué)的實驗結(jié)果見表1。

他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點？請說明理由。

（4）請你提出一條減小上述差異的改進建議。

解析：（1）小球下落的高度為初末位置球心間的距離，所以選B。

（2）讀數(shù)時要注意最小分度是1 mm，要估讀到最小分度的下一位，由圖知讀數(shù)為1.50 cm，小球的速度為v=dt，代入解得v=1.50 m/s。

（3）若是空氣阻力造成的，則ΔEk小于ΔEp，根據(jù)表格數(shù)據(jù)ΔEk大于ΔEp，可知不是空氣阻力造成的，所以不同意他的觀點。

（4）據(jù)圖可看出，光電門計時器測量的是遮光條經(jīng)過光電門的擋光時間，而此時遮光條經(jīng)過光電門時的速度比小球的速度大，因為它們做的是以懸點為圓心的圓周運動，半徑不等，所以速度不能等同，而這位同學(xué)誤以為相同，從而給實驗帶來了系統(tǒng)誤差。改進方法：根據(jù)它們運動的角速度相等，分別測出光電門和球心到懸點的長度L和l，計算ΔEk時，將v折算成鋼球的速度v′=lLv。

例4（2016年高考四川卷第8題）：用如圖4所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點；在O點右側(cè)的B、C位置各安裝一個光電門，計時器（圖中未畫出）與兩個光電門相連。先用米尺測得B、C兩點間距離x，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計時器顯示遮光片從B到C所用的時間t，用米尺測量A、O之間的距離x。

（1）計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是。

（2）為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量。

A.彈簧原長

B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/p>

C.滑塊（含遮光片）的質(zhì)量

（3）增大A、O之間的距離x，計時器顯示時間t將。

A.增大B.減小C.不變

解析：（1）計算滑塊離開彈簧時速度大小的表達式是v=s/t。

（2）彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化成了滑塊得到的動能，為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量滑塊（含遮光片）的質(zhì)量，故選C。

（3）增大A、O之間的距離x，彈簧的壓縮量變大，滑塊得到的速度變大，則滑塊經(jīng)過計時器顯示時間t將減小，故選B。

此實驗比較簡單，實驗的原理及步驟都很清楚；實驗中引入的計時器裝置可與刻度尺結(jié)合測量速度；首先要知道測量的物理量的表達式，然后才能知道要測量的物理量。

例5（2016高考新課標(biāo)1卷第23題）：現(xiàn)要組裝一個由熱敏電阻控制的報警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達到或超過60 ℃時，系統(tǒng)報警。提供的器材有：熱敏電阻，報警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時就會報警），電阻箱（最大阻值為9999 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計），滑動變阻器R1 （最大阻值為1 000 Ω），滑動變阻器 R2（最大阻值為2 000 Ω），單刀雙擲開關(guān)1個，導(dǎo)線若干，如圖5所示。

在室溫下對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報警器的電流超過20 mA時，報警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時阻值為650.0 Ω。

（1）在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

（2）電路中應(yīng)選用滑動變阻器（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實驗要求，這一阻值為Ω；滑動變阻器的滑片應(yīng)置于（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是。

②將開關(guān)向（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動滑動變阻器的滑片，直至。

（4）保持滑動變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報警系統(tǒng)即可正常使用。

解析：（1）熱敏電阻工作溫度達到60 ℃時，報警器報警。故需通過調(diào)節(jié)電阻箱使其電阻為60 ℃時的熱敏電阻的阻值，即調(diào)節(jié)到阻值650.0 Ω，光使報警器能正常報警，電路圖如圖6所示。

（2）U=18 V，當(dāng)通過報警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA，故電路中總電阻R=UIC。

980 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑動變阻器選R2。

（3）熱敏電阻為650.0 Ω時，報警器開始報警，模擬熱敏電阻的電阻器阻值也應(yīng)為650.0 Ω。為防止通過報警器電流過大，造成報警器燒壞，應(yīng)使滑動變阻器的滑片置于b端。

本題主要考查了閉合電路的歐姆定律的應(yīng)用、等效替換法。要特別注意本題使用的等效替換法的思想，先用電阻箱的阻值來代替熱敏電阻來調(diào)節(jié)電路，再接入熱敏電阻時，就可以直接工作，這樣的做法靈活、方便、安全。

例6（2016高考新課標(biāo)3卷第23題）：某物理課外小組利用如圖7所示的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖7中，置于實驗臺上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪：輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實驗中可用的鉤碼共有5個（N=5），每個質(zhì)量均為0.010 kg。實驗步驟如下：

（1）將5個鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物快，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑。

（2）將n（依次取n=1，2，3，4，5）個鉤碼掛在輕繩右端，其余（N-n）個鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時用傳感器記錄小車在時刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。

（3）實驗結(jié)果見表2。n=2時的s-t圖像如圖8所示，由圖8求出此時小車的加速度（保留2位有效數(shù)字），將結(jié)果填入表2。

（4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖9中補齊數(shù)據(jù)點，并作出a-n圖像。從圖像可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度與其所受的合外力成正比。

（5）利用a-n圖像求得小車（空載）的質(zhì)量為kg（保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g=9.8 m·s–2）。

（6）若以“保持木板水平”來代替步驟（1），下列說法正確的是（填入正確選項錢的標(biāo)號）。

A.a-n圖線不再是直線

B.a-n圖線仍是直線，但該直線不過原點

C.a-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大

解析：（3）因為小車做初速度為零的勻加速直線運動，故將（2，0.78）代入

s=12at2可得a=039 m/s2。

（4）根據(jù)描點法得出如圖10所示的圖線。

（5）nmg=（5-n）m+Ma，變形可得a=nmgM+（5-n）m=nmgM+5m-nm，如果繩子的拉力近似等于砝碼的重力，則必須滿足Mm，故a=mgM+5mn，斜率k=mgM+5m，根據(jù)圖像以及m=0.010 kg，可得M=0.45 kg。

（6）因為如果不平衡摩擦力，則滿足F-f=ma的形式，即a=mgM+5mn-fM+5m，所以圖線不過原點，但仍是直線，選項A錯誤B正確。

因為f=μ（M+5m-nm）g，代入可得：

a=mgM+5mn-fM+5m=mg+μmgM+5mn-μg，直線的斜率變大，故C正確。

對于高中實驗，要求能明確實驗原理，認(rèn)真分析各步驟，從而明確實驗方法；同時注意掌握圖象的性質(zhì)，能根據(jù)圖象進行分析，明確對應(yīng)規(guī)律的正確應(yīng)用。

例7（2016高考北京卷第21題）：（1）熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護裝置中。圖11為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知，這種熱敏電阻在溫度上升時導(dǎo)電能力（選填“增強”或“減弱”）；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的影響更（選填“敏感”或“不敏感”）。

（2）利用圖12裝置做“驗證機械能守恒定律”實驗。

Ⅰ.為驗證機械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點間的（）。

A.動能變化量與勢能變化量

B.速度變化量和勢能變化量

C.速度變化量和高度變化量

Ⅱ.除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺（含鐵夾）、電磁打點計時器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是（）。

A.交流電源B.刻度尺C.天平（含砝碼）

Ⅲ.實驗中，先接通電源，再釋放重物，得到圖13所示的一條紙帶。在紙帶上選取3個連續(xù)打出的點A、B、C，測得它們到起始點O的距離分別為hA、hB、hC。

已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點計時器打點的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點到打B點的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp=，動能變化量ΔEk=。

Ⅳ.大多數(shù)學(xué)生的實驗結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動能的增加量，原因是（）。

A.利用公式v=gt計算重物的速度

B.利用公式v=2gh計算重物速度

C.存在空氣阻力和摩擦力阻力的影響

D.沒有采用多次試驗求平均值的方法

Ⅴ.某同學(xué)想用下述方法研究機械能是否守恒，在紙帶上選取多個計數(shù)點，測量它們到起始點O的距離h，計算對應(yīng)計數(shù)點的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點的直線，則重物下落過程中機械能守恒，請你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確。

解析：（1）由R-t圖像可得，隨溫度升高熱敏電阻的阻值降低，且熱敏電阻阻值隨溫度變化的更快，所以當(dāng)溫度上升時熱敏電阻導(dǎo)電能力增強，相對于金屬電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)更敏感。

（2）Ⅰ.由機械能守恒可知，實驗只需要比較動能的變化量和勢能的變化量，所以選A。

Ⅱ.電磁打點計時器使用的是交流電源，故A正確。因為在計算重力勢能時，需要用到紙帶上兩點之間的距離，所以還需要刻度尺，故B正確；根據(jù)mgh=12mv2-0可把等式兩邊的質(zhì)量抵消掉，故不需要天平，C錯誤。

Ⅲ.重力勢能改變量為Ep=mghB，由于下落過程中是勻變速直線運動，根據(jù)中間時刻規(guī)律可得B點的速度為vB=hC-hA2T，所以ΔEk=12mvB2=12m（hC-hA2T）2。

Ⅳ.實驗過程中存在空氣阻力，紙帶運動過程中存在摩擦力，C正確。

Ⅴ.該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確，重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mgh-fh=12mv2-0得到v2=2（g-fm）h可知，v2-h圖像就是過原點的一條直線。要想通過v2-h圖像的方法驗證機械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。

解決本題的關(guān)鍵在于掌握實驗的原理，會通過原理確定器材，以及掌握紙帶的處理方法，會通過紙帶求解瞬時速度的大小。做分析勻變速直線運動情況時，其兩個推論能使我們更為方便地解決問題：一是在相等時間內(nèi)走過的位移差是一個定值，即Δx=aT2；二是在選定的某一過程中，中間時刻瞬時速度等于該過程中的平均速度。

3DIS系統(tǒng)的優(yōu)勢

常規(guī)物理實驗一直是高中物理的重要教學(xué)手段，教師在常規(guī)實驗教學(xué)方面的技能和經(jīng)驗也比較成熟。但是隨著教育形勢的發(fā)展和教學(xué)改革的深入，原有的實驗設(shè)備在應(yīng)用中存在一些弊端，諸如：操作過程煩瑣、測量數(shù)據(jù)不夠精確、數(shù)據(jù)處理花費時間太長、實驗誤差比較大、不利于科學(xué)探究以及研究性學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)實驗教學(xué)的出發(fā)點和目的是讓學(xué)生掌握和鞏固知識，這就使學(xué)生物理實驗的范圍局限于學(xué)校、課堂、書本。這些問題影響了物理實驗教學(xué)的效果和新課程改革的順利推進，對新課程目標(biāo)“掌握物理實驗的一些基本技能”、“嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題”的實現(xiàn)產(chǎn)生了制約。DIS技術(shù)的出現(xiàn)可以有效地解決常規(guī)實驗的一些問題。DIS實驗測量具有數(shù)據(jù)采集精確、數(shù)據(jù)處理速度快、實驗結(jié)果可視化、操作過程簡便等優(yōu)點，將DIS實驗與常規(guī)實驗進行優(yōu)勢互補、取長補短、合理取舍，可以提高實驗教學(xué)的效果。以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐的DIS實驗擴大了物理實驗的內(nèi)涵，從而使物理實驗的教育功能得到了拓展。利用各種現(xiàn)代信息化技術(shù)將教學(xué)與社會、生活、科學(xué)技術(shù)緊密聯(lián)系起來，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣。在物理教學(xué)中，實驗的目的是要探索或驗證物理規(guī)律，這就必須要求學(xué)生具有分析和處理實驗數(shù)據(jù)的能力。傳統(tǒng)實驗在數(shù)據(jù)處理方面所花的時間很長，傳統(tǒng)實驗在數(shù)據(jù)處理方面所花的時間占整個實驗過程的45%。在數(shù)據(jù)處理過程中，學(xué)生要經(jīng)過詳細(xì)的計算或描點擬合，才能夠根據(jù)計算的結(jié)果或做出的圖像進行分析歸納，得出結(jié)論。這可以充分培養(yǎng)學(xué)生的作圖能力，計算能力，及利用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力。但由于計算過程太過冗長，學(xué)生用于探索研究的時間只有8%。DIS實驗用于數(shù)據(jù)處理的時間只占整個實驗過程的3%，其他的工作都由計算機來完成。學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)數(shù)據(jù)進行探索、研究、推測結(jié)論，然后選擇合適的函數(shù)進行擬合。DIS實驗給了學(xué)生57%的時間進行探索研究。DIS實驗與傳統(tǒng)實驗應(yīng)該同時并重，長期共存，互為補充，相輔相成，既無主次之分，更不能完全替換。它們不是推倒與重建、破和立的關(guān)系，而是繼承與發(fā)展的關(guān)系。在物理教學(xué)過程中，既要提倡運用DIS，又不能偏廢傳統(tǒng)實驗原理、實驗手段和實驗方法的學(xué)習(xí)。

DIS實驗技術(shù)使學(xué)生體驗到探索知識的艱辛和喜悅，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和熱情，從而促進高中物理教學(xué)水平的提高。這和新課程教育改革理念高度一致。高中物理教學(xué)中，有一些物理原理很難通過常規(guī)實驗進行探究，只能通過演繹推理建立起來。這種建立方式較理論化，不太符合學(xué)生的認(rèn)知特點，也不符合新課程改革的要求。利用DIS技術(shù)，可以減少理論推導(dǎo)，將物理原理建立在DIS實驗探究的基礎(chǔ)上。例如，在高中物理“感應(yīng)電動勢”的教學(xué)中，引進磁傳感器，再結(jié)合光電門傳感器、電壓傳感器，就可以采集磁感強度B、導(dǎo)體運動速度v等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與感應(yīng)電動勢的關(guān)系通過電腦顯示，從而可以通過DIS探究實驗來建立動生電動勢這個物理概念。物理學(xué)實驗有不同的環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，DIS傳感器的測量不但簡單方便，而且精度高；實驗準(zhǔn)備的觀察環(huán)節(jié)，DIS極大地擴展了可視性和可重復(fù)性；數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，DIS將學(xué)生從簡單、機械、繁瑣的數(shù)據(jù)分析處理過程中解脫出來，讓他們把多點兒的時間和精力用在更有創(chuàng)新、創(chuàng)造力的方面。在基于DIS的物理探究過程中，能激發(fā)學(xué)生持久的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)敢于思考、樂于合作、勇于實踐的態(tài)度，變被動接受知識為主動探索和獲取知識，注重獲取知識過程的教學(xué)，明確探究實驗的學(xué)生主體地位。讓學(xué)生在基于DIS設(shè)備的物理探究活動中體驗探索的艱辛和成功，有助于激發(fā)學(xué)生探索的興趣和熱情。教師引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的方法和準(zhǔn)確的實驗操作來實踐探究的過程、驗證已有的現(xiàn)象和規(guī)律，這樣的探究式教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高創(chuàng)新水平，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。數(shù)字化實驗系統(tǒng)不僅能將一些復(fù)雜實驗簡化，而且能夠完成以往條件下較難完成的實驗。數(shù)字化實驗系統(tǒng)實際上是一個載體，它能解決的不僅僅是實驗的難點，還突破了學(xué)生認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)上的難點。

具體地說，DIS技術(shù)的優(yōu)勢是：

（1）DIS是豐富、生動的演示工具。DIS作為演示工具，可使靜態(tài)事物動態(tài)化、微型實驗宏觀化、抽象知識形象化，完成由于受傳統(tǒng)實驗儀器本身的限制難以完成的仿真模擬實驗，進行物理過程的動態(tài)分析，幫助學(xué)生透徹理解并且掌握產(chǎn)生實驗結(jié)論的過程。

（2）DIS是良好的技能訓(xùn)練工具。DIS可以為學(xué)生提供全方位的開放性的操作環(huán)境，讓學(xué)生對一些傳統(tǒng)實驗進行反復(fù)訓(xùn)練：如讓學(xué)生在虛擬場景中從各個角度觀察游標(biāo)卡尺，進行測量訓(xùn)練并在測量完成后及時給出反饋信息，有助于學(xué)生對游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)、測量方法及讀數(shù)的知識構(gòu)建。DIS還可以克服學(xué)生對一些較復(fù)雜儀器（多用電表、示波器等）操作時的盲目性，幫助他們在理解原理、了解測量方法的基礎(chǔ)上通過模擬掌握實驗技能。

（3）DIS是良好的數(shù)據(jù)信息加工工具。DIS可以利用內(nèi)置程序（或通用軟件）對實驗中所采集的數(shù)據(jù)進行實時處理、并且能夠?qū)⒆罱K結(jié)果以表格、圖表等數(shù)學(xué)形式直觀地顯示出來。如在測定電源電動勢和內(nèi)阻、牛頓第二定律等實驗中，可方便地找到相關(guān)物理量的關(guān)系。

（4）DIS也是真正的互動交流工具。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下DIS可以實現(xiàn)學(xué)生不進實驗室，便在校園局域網(wǎng)上進行自主實驗學(xué)習(xí)，邊學(xué)習(xí)邊與其他同學(xué)或教師交流、討論，遇到問題時可及時獲得多方幫助。

（5）DIS實驗簡化了實驗數(shù)據(jù)的采集過程，讓學(xué)生有更多的精力關(guān)注實驗過程，專注于實驗方案的設(shè)計、實驗數(shù)據(jù)的分析處理。

DIS實驗技術(shù)作為一種新技術(shù)，對于剛剛接觸到這種全新實驗手段的高中生而言，理解起來存在一定的困難。學(xué)生作為高中物理實驗學(xué)習(xí)的主體，如果對DIS實驗技術(shù)不夠熟悉的話，在一定程度上會影響高中物理DIS實驗教學(xué)的順利開展。學(xué)校和教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生接受新知識，循序漸進地學(xué)習(xí)DIS實驗技術(shù)的基本知識，并對學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的各種疑惑進行及時的解釋，激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)DIS實驗技術(shù)的興趣。當(dāng)新的事物來臨時，作為物理教師要首先接納，花時間研究，充分發(fā)揮DIS數(shù)字實驗系統(tǒng)在物理課堂教學(xué)中的作用，要耐心帶領(lǐng)學(xué)生逐步應(yīng)用現(xiàn)代化的測量手段，加強課程體系建設(shè)，在教育評價體系中逐步合理地引入適量的數(shù)字化實驗，開發(fā)出足夠的數(shù)字教學(xué)資源。