Dis技術與傳統實驗的結合

摘要：本文討論了Dis技術與傳統實驗的優缺點，并通過在教學實踐中的具體應用討論了兩者之間的關聯。

關鍵詞：Dis技術；傳統實驗；實驗教學；結合

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003—6148(2011)9(5)-0053—3

實驗在物理教學中的地位和實驗本身的特點，決定了它在物理教學中起著重要的作用。DIS技術，即數字信息系統(Digital InformationSystem)，它是由“傳感器+數據采集器+實驗軟件包+計算機”構成的新型實驗系統。計算機實時測量技術已經廣泛應用到科學技術研究以及生產領域，如今正逐步應用于中學實驗教學。本文結合教學實踐談談對Dis技術和傳統實驗關系的認識。

1 Dis技術與傳統實驗的比較

1.1Dis技術的優勢

數字化實驗能夠精確、實時、動態地采集實驗信息，實驗誤差較小，使物理學規律的發現或驗證更具嚴謹性和可信度。由此也較容易發現或驗證各物理量間的數學關系，對定量研究物理學規律非常適用。同時，實驗設備先進，使得數字化實驗具有很強的拓展性，能夠更加方便地開展研究型課程和進行研究性學習，給了學生更為廣闊的進行自主發展的空間。

1.2Dis技術的劣勢

由于對數字化實驗設備的工作原理，學生一無所知，不符合學生的認知過程。同時現代化設備對重現當年物理學家對物理規律的發現過程有所忽略。傳統物理實驗貼近生活，能激發學習的興趣。另外，數字化實驗設備價格昂貴，而且更新速度較快。

總之，這兩類實驗方式在對學生各方面能力的培養上各有側重，在教學中若能取長補短，會達到更好的效果。

2 機械能守恒定律一節的實驗教學

“機械能守恒定律”這一節課曾獲南通市一等獎，其具體內容這里做簡略的說明，主要教學過程如圖1：

在實際教學過程中，在“新課導入”、“探究實驗”、“應用舉例”這三個方面對現代教育技術和傳統實驗進行了整合，其中又以Dis技術的應用為重點。

2.1新課導入

用ipad的apple store里的熱門游戲“憤怒的小鳥”電腦游戲引入(如圖2)。游戲中，小鳥的整個彈射過程包含了動能、重力勢能、彈性勢能的相互轉化。學生參與游戲，大大激發了學生的學習興趣。尤其是游戲畫面中飛鳥彈射和飛行過程出現運動軌跡，學生在分析機械能間相互轉化時，對象和過程都非常明確，完美的實現了引課目標。

較傳統實驗(如“單擺碰鼻”實驗，“過山車”實驗等)該引入不僅具有生動性，體現學生的參與性，而且囊括了機械能的各種形式，較快的運、動過程用軌跡也得以體現，有助于分析。

2.2

探究實驗

用單擺實驗探究：只有重力做功時，系統機械能守恒。該實驗的原理是：在單擺擺動過程中測出物體的動能(測V)和重力勢能(測h)，驗證物體處處機械能不變，是守恒的。

本節課所設計的實驗是傳統的單擺實驗及用打點計時器探究落體運動中機械能守恒實驗的改進。傳統的單擺實驗只適合定性分析，定量測量很困難。而傳統的落體運動實驗雖然可以借助打點計時器和紙帶測量出物體的動能，但缺點一是誤差大，二是實驗操作時間和數據處理時間都比較長，作為探究規律的課堂演示實驗都不合適。在實際教學過程中筆者將傳統的單擺實驗和Dis技術進行了結合。最核心的內容是用Dis技術解決單擺物體各位置的速度測量問題。在實際實驗中對看似簡單的傳統單擺實驗進行了創新。

首先，將單擺懸掛于黑板平面(如圖3)，而非懸掛于鐵架臺。這樣做的優點是：①以黑板平面為參考釋放物塊，避免形成圓錐擺，以減小測量誤差；②便于在黑板上描繪單擺的運動軌跡，以便于在實驗中方便測量高度；③便于放置光電門(實驗中用雙面膠將光電門粘于黑板平面，易粘且易取。)；④有黑板片面作為參考，學生更容易觀測單擺運動。

其次，關于擺球的處理和光電門放置的竅門。利用光電門傳感器可以測量物體通過光電門的遮光時間，再用物體的寬度除以該時間，算出平均速度，近似代表物體通過該處的瞬時速度。傳統的單擺是用小球作為擺動物體的。在實際實驗中，由于光電門放置時很難精確做到使小球的直徑AB(如圖4)恰好通過光電門的紅外線發射、接受孔CD，而往往是A'B'為遮光寬度。計算時卻用直徑來計算速度，相對誤差很大，導致實驗結論錯誤。筆者對實驗進行了。改進：用圓柱體(砝碼)代替小球，同時將光電門對準懸點放置(如圖5)。這樣即使光電門放置時位置稍有偏差(圖中C'D')，也能保證每次遮光寬度為圓柱體直徑，大大減少了測量誤差。

最后，關于電腦操作和數據處理。本實驗中物塊初始釋放時位置不好，極易形成圓錐擺，故實驗單擺操作部分由老師完成，而Dis數據采集由學生輔助完成。雖然只是課前幾句簡單的交代，學生便能使用朗威軟件配合老師完成每次測量(如圖6)。在實驗過程中，由于物塊放置時的偏差，出現了錯誤數據，學生競能用右鍵在軟件的特定選項中進行刪除。在學生利用軟件測量數據時其水平大大出乎筆者的意料。最后利用exce[軟件對數據進行處理，并擬合出E-h圖像。實際教學中該實驗相當成功。

2.3應用舉例

利用機械能守恒定律解決實際問題由習題和實驗兩部分組成。其中的實驗是傳統的“雙錐上坡”實驗(如圖7)。在討論過程中，假設錐和坡間的阻力影響可以忽略，根據機械能守恒的條件，判定系統的機械能應是守恒的，而實驗卻明明顯示錐體向上行，學生感到困惑，是守恒條件判斷錯誤?還是能量變多了?傳統實驗，魅力無窮!最后通過flash動畫，學生知道：原來錐體上行過程中，重心實際是降低的。該實驗不僅使學生加深了對機械能守恒條件的理解，同時使學生的能量守恒的思想得到進一步加深。

機械能守恒定律這一課對傳統實驗和新技術的整合比較到位，課堂效果很好。

3 結語

Dis技術與傳統實驗的結合，就是以實驗為先導，數理分析為輔助，將物理實驗加數學分析的實驗研究方法，用傳統實驗與數字化實驗的整合，展現在課堂教學之中，這樣會有效的提高物理實驗教學的質量。