利用DIS實驗激發學生興趣的實踐研究

俞麗萍

(上虞春暉中學 浙江 紹興 312300)

DIS是數字化信息系統的簡稱，因為具有實時實驗、測量精度高、微信號測量、自動連續采集數據、智能處理數據等技術特征，在高中物理教學中得到越來越廣泛的應用，昭示其旺盛的生命力.

愛因斯坦曾說過：“興趣是最好的老師”.學習興趣是推動學生學習最有效的內部動力.利用DIS實驗培養學生學習物理的興趣，對調動學生學習物理的積極性、主動性及提高學生學習效果有重要的作用.在課堂上主要可以從利用DIS引發認知沖突和利用DIS實驗激發學生操作興趣兩方面來激發學生學習物理的興趣.

1 利用DIS實驗引發認知沖突

認知沖突是概念改變過程的起點.DIS實驗可以使學生看到日常生活中看不到或根本不會去注意的問題，呈現出認知沖突的情景，與學生認知結構中的知識相矛盾.現代心理學認為，內在動機是學習最穩定最重要的動機，對學習有強大的推動作用.利用認知沖突，往往能引起學生的學習興趣，激發學生的求知欲，使學生積極地參與到學習過程中來.

實驗案例1：摩擦生熱

實驗背景：摩擦生熱是日常生活中一種比較常見的現象，木塊與木板之間的相對運動產生內能是一個重要的物理模型.在教學的過程中，學生對這部分內容掌握得不是很理想，對于木塊與木板之間相對運動會生熱的現象“有所懷疑”.如果先通過實驗證明木塊與木板之間的確存在著摩擦生熱現象，然后再從理論上加以分析，學生更容易接受，也更能激發學生的學習興趣.

實驗器材：長木板，木塊，溫度傳感器，數據采集器，計算機.

實驗目的: 當木塊與木板之間發生相對運動時，木塊與木板之間便產生摩擦生熱.將溫度傳感器固定在木塊上，通過數據采集器，便在計算機屏幕上顯示木塊或木塊周圍溫度的變化情況.

實驗步驟:

(1)如圖1(a)所示，將溫度傳感器固定在泡沫板上，用雙面膠將泡沫板與木塊相連，傳感器與數據采集器相連.

(2)如圖1(b)所示，將帶有溫度傳感器的木塊放在木板上，用手推連著木塊的泡沫板，使木塊在木板上滑動.

圖1

(3)如圖2所示，在計算機上顯示了木塊或木塊周圍的溫度隨時間的變化情況.

圖2 摩擦生熱溫度-時間關系圖

實驗結論：在計算機屏幕上顯示的溫度隨時間的變化情況如圖2所示，傳感器周圍溫度的升高說明由于木塊與木塊之間的相對運動，產生了摩擦生熱現象.

實驗案例2：紅外線的熱效應

實驗背景：人教版教材在介紹電磁波譜內容時，介紹了紅外線的產生原理及主要的應用.紅外線在日常生活中有很多應用，例如紅外線遙控、紅外線探測等.但是，紅外線是肉眼觀察不到的，學生在學習這部分內容的時候，感覺比較抽象；利用高中階段的實驗儀器很難觀察到紅外線的熱效應.在課堂教學的過程中，可利用DIS實驗使學生認識和感受紅外線.

實驗器材：空調遙控板,溫度傳感器,數據采集器及計算機.

實驗目的:利用空調遙控板發出的紅外線使溫度傳感器的溫度升高.

實驗步驟:

(1)如圖3(a)所示，將溫度傳感器插入到泡沫板中，在泡沫板的一端露出其感光部分，使其與數據采集器相連.

圖3

(2)如圖3(b)所示，將空調遙控板的光線發射部分對著溫度傳感器，在計算機顯示屏上觀察溫度傳感器的溫度隨時間的變化情況.

實驗結論：如圖4所示，計算機顯示屏上觀察溫度傳感器的溫度隨時間緩慢升高，紅外線具有熱效應.

圖4 紅外線的熱效應

2 利用DIS實驗激發學生操作興趣

教育家蘇姆林斯基說過：“學習興趣是學習活動的重要動力.”建構主義認為學生不是被動的接收者，而應是主動地、積極地對課程進行學習，學生應該是一個主動的探究者.有些課堂中的演示實驗需要由教師完成，但有些演示實驗可以由學生完成.對于有些可以用DIS工具來完成的演示實驗，由于便于操作，而且實驗現象明顯，可由學生來完成.DIS為激發學生實驗操作興趣提供了新的平臺.

實驗案例3：探究作用力與反作用力的關系

實驗背景：牛頓運動定律是整個經典力學中的基礎，舊教材中“探究作用力與反作用力之間的關系”是一個演示實驗.牛頓第三定律理論難度不大，為學生提供了一個進行實驗探究的好機會.同時，學生在實驗過程中也可熟悉并練習使用DIS實驗系統.

實驗器材：力傳感器2個，小車1輛，鉤碼，數據采集器及計算機.

實驗目的: 通過力傳感器探究靜止狀態、水平運動狀態、豎直運動狀態下作用力與反作用的關系.

實驗步驟:

(1)探究靜止狀態時物體間的作用力與反作用力

如圖5所示，取A，B兩只力傳感器，使兩掛鉤鉤住，兩手以不同力分別拉A，B兩傳感器.經過一段時間，在計算機上顯示了兩傳感器的的相互作用力FA與FB隨時間變化的圖線，如圖6所示.

圖5 靜止的兩個力傳感器

圖6 靜止時物體間的作用力與反作用力

(2)探究沿水平方向運動時物體間作用力與反作用力

如圖7所示，將A，B兩只力傳感器，用兩掛鉤鉤住，其中B固定在一塊小木塊上，用手拉A使木塊運動.拉動木塊時，既有加速過程，又有勻速過程和減速過程.通過傳感器，在計算機上顯示了兩傳感器的的相互作用力FA與FB隨時間變化的圖線，如圖8所示.

圖7 水平方向運動的兩傳感器

圖8 水平方向運動時物體間的作用力與反作用力

(3)探究沿豎直方向運動時物體間作用力與反作用力

圖9 豎直方向運動的兩傳感器

如圖9所示，將A，B兩只力傳感器，用兩掛鉤鉤住，其中B下方掛上鉤碼，用手拉A使傳感器向上運動.拉動木塊時，既有加速過程，又有勻速過程和減速過程.通過傳感器，在計算機上顯示了兩傳感器的的相互作用力FA與FB隨時間變化的圖線，如圖10所示.

實驗結論：無論兩物體是靜止狀態，還是水平運動狀態，亦或豎直運動狀態，也不論兩物體做勻速直線運動，還是加速運動、減速運動，作用力與反作用力總是大小相等，方向相反.

3 實踐反思

3.1 實驗的實效性

興趣是產生動機的重要條件，學生只有對學習的對象發生了興趣，才能提高學習的積極性、主動性和創造性.興趣可分為直接興趣和間接興趣，這兩種興趣在一定的條件下可相互轉化.如果沒有直接興趣，學習將會枯燥無味；如果沒有間接興趣，學生往往不能在學習的過程中保持毅力和恒心.因此，更需要關注的是如何通過實驗激發學生的直接興趣，然后過渡到間接興趣.這就要求在實驗的教學過程中，不僅讓學生看實驗，而且要讓學生做實驗；不僅讓學生注意一些奇特的現象，更要讓學生體會實驗的過程；不僅讓學生體驗實驗的成功，也要讓學生體驗實驗中的艱辛.

利用DIS的微信號放大功能，使日常生活中的“不可見”為“可見”，激發了學生學習的興趣.有人說“我聽了，忘記了；我看了，記住了；我做了，理解了.”這句話很好地概括了實驗與掌握知識的關系.學生通過切身實踐，激發學習的興趣，主動去探索并獲取新知識，通過這樣的途徑所獲取的知識是非常牢固的.

演示實驗的操作者主要是教師，但在實驗簡單、易行、成功率高的前提下，也可以讓學生參與操作或單獨操作或小組操作.教師操作與學生操作相比，學生操作更能激發參與者的操作興趣，能調動更多學生的積極性，引發學生的思維碰撞.

3.2 實驗設置階段

(1)激發學生興趣的DIS實驗，在教學設計上主要設置在課題的引入階段，利用DIS實驗引起學生的認知沖突，激勵學生的求知欲.這種引入性實驗要求簡單易操作，而且現象新奇、有趣、生動.例如溫度傳感器顯示的摩擦生熱現象，學生通過實驗觀察到日常生活中觀察不到的現象，必然會激發起學生學習的欲望,再從理論上進行推導，進而提高學習的效果，其具體流程如圖11所示.

圖11

(2)學生參與操作的DIS實驗往往設置在實驗規律的探究階段，需要通過學生的探究得出某些物理規律或結論；但通過實驗需要得到怎么樣的實驗結論，學生是未知的(包括操作實驗的學生).因此在學生操作實驗的過程中，教師要加強對學生需觀察“什么現象”的引導.例如“探究作用力與反作用力”實驗中，教師可設問：請大家根據屏上的圖像，總結(當兩物體靜止，水平方向、豎直方向分別做加速、勻速、減速時)作用力與反作用力存在怎么樣的關系？”

3.3 保證實驗成功的注意點

(1)學生能正確使用DIS實驗系統是使用現代化工具處理物理問題的一種能力，故應該在學期開始時開設一堂專門介紹DIS的實驗課，向學生介紹DIS的含義、構成及使用方法，并通過簡單實驗的操作使學生熟悉DIS.

(2)學生操作的演示實驗只適用于簡單易行、成功率高的演示實驗.

參考文獻

1 Limon M. On Cognitive Conflict as an Instructional Strategy for Conceptual Change：A Critical Appraisal. Learning and Instruction，2001 (11)：357～380

2 蔡鐵權，臧文彧，姜旭英.科學實驗教學與研究. 上海：華東師范大學出版社，2008.4～5