雒暉

摘 要：DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)為高中物理實驗的創(chuàng)新提供了新途徑、新思路，解決了傳統(tǒng)教學模式中電容測量這一難題。

關(guān)鍵詞：DIS；數(shù)字化實驗系統(tǒng)；傳統(tǒng)實驗

DIS就是Digital Information System Laboratory的縮寫，是數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室的簡稱，它是一種用于實時采集數(shù)據(jù)的智能化分析系統(tǒng)，主要由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)及配套應用軟件所構(gòu)成。《普通高中物理課程標準（實驗稿）》中明確指出：“物理實驗是高中物理教學中的重要內(nèi)容”。“教師根據(jù)教學內(nèi)容積極開發(fā)適合自己教學的實驗項目，能夠利用各種實驗資源，用各種不同型號、不同規(guī)格的儀器做實驗。鼓勵將電子計算機等現(xiàn)代多媒體技術(shù)應用在物理實驗中”。數(shù)字化實驗系統(tǒng)是現(xiàn)代信息技術(shù)與物理課程的整合，對物理課程的教學模式和內(nèi)容都將產(chǎn)生深遠的影響，更重要的是教育觀念的轉(zhuǎn)變。

一、數(shù)字化實驗分析系統(tǒng)

1.構(gòu)成

測量傳感器、實驗數(shù)據(jù)采集器、軟件和配套實驗器材構(gòu)成了朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)。

①傳感器：將非電學量轉(zhuǎn)化成電信號，并將電信號傳遞到數(shù)據(jù)采集器，是數(shù)字化實驗的核心部件。其測量精度、性能與使用效果均達到先進水平。

②數(shù)據(jù)采集器：采集在實驗過程中通過傳感器的數(shù)據(jù)，并傳送給計算機系統(tǒng)平臺，它是傳感器和計算機平臺之間的轉(zhuǎn)換器，也是橋梁。

③軟件：包含教材專用軟件和教材通用軟件。完成物理量的顯示、數(shù)據(jù)記錄與計算、組合圖線分析等教學任務。

④配套實驗器材：如多用力學導軌、向心力實驗器、環(huán)形線圈、螺線管等完成實驗所需要的儀器。

2.特點

①在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，能夠自動、連續(xù)、快捷地采集數(shù)據(jù)，能夠檢測到信號量的微小變化和瞬時變化，大大擴展了研究范圍。

②運用傳統(tǒng)實驗手段則會花大量時間對紙帶進行處理，計算物體的加速度。

③在觀察環(huán)節(jié)，實時顯示，直觀、明顯，極大地擴展了實驗的可視性和可重復性。

3.與傳統(tǒng)實驗設備對比

傳統(tǒng)實驗是相對于數(shù)字化實驗而言的，其實驗設備使用傳統(tǒng)儀器都是近代物理學中常見的，例如天平、測溫計、卡尺等，已經(jīng)使用超過了百年，就算比較先進的電壓表、計時器，也都有十余年的歷史。實驗過程中數(shù)字化程度較高的設備都是上世紀作為科技前沿支撐的，到上世紀末實際使用過程使用了科技含量較高的設備。傳統(tǒng)實驗教學中所用的設備絕大多數(shù)都是以18世紀、19世紀物理學知識作為支撐的。數(shù)字化實驗系統(tǒng)的系統(tǒng)誤差明顯小于傳統(tǒng)物理實驗設備的系統(tǒng)誤差。

傳統(tǒng)實驗需要占用比較多的課堂時間。運用數(shù)字化實驗系統(tǒng)則可以在很大程度上提高數(shù)據(jù)采集、處理、分析的效率。數(shù)字化實驗手段所用時間要遠遠少于傳統(tǒng)實驗手段所用的時間。整個數(shù)字化實驗室及設備的費用是傳統(tǒng)實驗室的7到8倍。面對昂貴的建設費用，中學對此的投資比較慎重。此外，數(shù)字化實驗系統(tǒng)的維護成本高。

二、應用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理實驗教學

通過數(shù)字化平臺的應用，能夠有效解決教學過程中的實驗難點，開辟出物理實驗的新領(lǐng)域，增強學生動手做實驗的興致，增強了實驗過程的直觀性、形象性和趣味性。這樣學生能夠牢固地記住知識點，另外學生親身體會實驗的過程，啟發(fā)了擴散思維，積累了實踐體驗，豐富了知識，啟迪學生研究更深、更廣的學術(shù)范疇領(lǐng)域，實踐知識的結(jié)合使得信息技術(shù)與物理教學融為一體。例如，人教新課標高中物理必修1，沒有提到最大靜摩擦力與滑動摩擦力間的關(guān)系問題，但在實際教學時，由于這個問題經(jīng)常出現(xiàn)在練習題中，老師提及這個問題，一般都是直接告訴學生：最大靜摩擦力略大于滑動摩擦力，可以認為最大靜摩擦力等于滑動摩擦力。關(guān)于摩擦力產(chǎn)生的微觀機制，至今無定論。此外，由于彈簧測力計的精度有限，也無法從實驗角度讓學生信服。應用譚興文老師指導設計的數(shù)字化實驗，得到摩擦力隨時間變化的圖像，則可以從實驗的角度突破這一難點，從而避免人為的理想化分析。

三、對DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)的分析與思考

數(shù)字化實驗系統(tǒng)具有非常多的優(yōu)點，可以實時動態(tài)地采集數(shù)據(jù)，精準測量、快速計量，靈活操作，由計算機代替人腦對數(shù)據(jù)進行處理，避免了繁瑣的計算與作圖過程，誤差小。

但數(shù)字化實驗并不是沒有缺點。由于數(shù)字化實驗設備精密度高，易損壞，操作復雜，這使得信息技術(shù)的發(fā)展，設備的更新?lián)Q代加快，促使其維護成本提高。其次，每個實驗都需要教師在課前花費大量的時間和精力去校準儀器，而且在學生操作方面也需要花費一定的精力。不管是傳統(tǒng)實驗，還是數(shù)字化實驗，都各有所長，都有助于學生認知、理解、掌握高中物理中的基本概念和規(guī)律。

總之，新課程改革強調(diào)從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三個維度全面培養(yǎng)學生，為學生終身發(fā)展、應對現(xiàn)代社會和未來發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎。強調(diào)知識與技能、過程與方法、情感因素與價值觀念三個角度的新課程改革，全方位為學生的未來發(fā)展和現(xiàn)代化社會的挑戰(zhàn)夯實了基礎。因此，在實驗教學中也需在這三個維度比較數(shù)字化實驗系統(tǒng)與傳統(tǒng)實驗設備的異同，相輔相成地應用在教學中，以達到最佳的教學效果。

參考文獻：

李新鄉(xiāng)，張軍朋.物理教學論[M].科學出版社，2011.