數字化信息系統下學生實驗能力提升的方法與策略研究

吳建平

摘 要： 文章主要研究應用數字化信息提高學生實驗能力的策略，對數字化信息系統的優勢及其在高中物理教學中應用的現狀進行闡述，從應用數字化信息系統更好地捕捉實驗現象、更全面地記錄實驗數據兩方面，對應用數字化信息系統提高學生實驗能力的措施進行討論。

關鍵詞： 數字化信息系統 實驗能力 提高方法

新課標重視對學生創新精神和實踐能力的培養，鼓勵在教學中應用各種先進的技術手段，配合先進的教育思想，提高課堂教學有效性，鍛煉學生的實驗動手能力。DIS實驗系統在高中物理教學中的應用，需要遵循科學性、可接受性、針對性和教學方法手段最優的基本原則，規避傳統物理教學實驗中的不足，最終提高學生的實驗能力，增強物理教學的綜合效果。

一、DIS實驗系統

（一）數字化信息系統

數字化信息系統（DIS）是基于真實實驗的，使用傳感器、數據采集器和實驗軟件形成的新型實驗系統，實現了實驗數據采集的數字化和自動化，借助計算機的分析計算能力進行數據和自動分析處理。數字化信息系統克服了傳統物理實驗器材存在的問題，應用信息技術改變了物理實驗的形式，對學生實驗動手能力、團隊協作能力的提高都有促進作用。

（二）DIS實驗系統的應用現狀

DIS實驗系統是一種新型物理實驗系統，不同地區的教育水平存在差別，DIS實驗系統的應用情況存在較大不同，現階段，DIS實驗系統主要在一些經濟發達地區的學校得到了應用，但是基本都在探索試驗階段，關注DIS實驗室建設和管理、與傳統實驗方式之間的異同、對新課標實施的現實意義等問題，對DIS實驗系統的專項研究較少。

（三）DIS實驗系統的優勢

DIS實驗系統充分應用了現代信息技術和計算機網絡技術，在數據處理方面有絕對優勢，有實時、迅速、準確的優勢，能夠將實驗結果更加直觀地展現給學生，便于學生及時調整實驗方案，是一種創新性的實驗教學方法。使用DIS實驗系統進行物理實驗有得天獨厚的優勢，因為DIS實驗系統能夠實時獲取各項實驗數據，數據采集精度高，操作簡單，可視性和可重復性強，安全性進一步提高，使學生能夠將更多精力集中在實驗創新環節，而無需局限于實驗操作過程。

二、數字化信息系統下學生實驗能力提高策略

（一）更全面詳細地捕捉變化量

高中物理演示實驗中有很大一部分都是驗證試驗，實驗目的是讓學生自己檢驗課本中的物理規律和理論語預言是否存在和正確，并對導致變化的原因進行分析。但是很多驗證實驗都是瞬間實驗，常規的物理實驗方法影響了學生對實驗現象的全面觀察，學生難以捕捉實驗關鍵現象，而應用DIS實驗系統則能夠幫助學生更全面地記錄實驗變化過程，實驗過程更加直觀。

如基于DIS實驗系統的“用位移傳感器研究自由落體運動的加速度”實驗，在實驗設計中應用了DIS實驗系統中提供的高精度位移傳感器和計算設備。教師要求學生首先練習DIS操作系統和常規實驗器材之間的相互配合，之后按照設計實驗方案進行實驗。該實驗充分應用了DIS實驗系統的優勢，使用位移傳感發射器作為自由落體運動的研究對象，在鐵架臺上安裝接收器，發射器自由落體之后，傳感器接受信號，實驗數字分析系統直接記錄并繪制s-t2曲線，截取一段用于計算物理下落加速度。數字分析軟件能夠自動繪制有效區域內的圖像斜率，即1/2的重力加速度。

應用DIS實驗系統，能夠在傳感器下落的一瞬間完成速度變化曲線的繪制，捕捉到更準確的實驗信息，實驗精度明顯高于傳統的頻閃照相法和重錘-打點計時器法，獲得更準確的實驗結果。

（二）改變數據記錄方式

傳統的經典物理實驗往往需要采用學生人工讀數計數的方式，學生不能集中精力觀察實驗現場，而是忙于進行數據記錄和處理，忽略了關鍵的物理變化過程，失去了實驗的意義。由于學生實驗操作能力有限，記錄的數據精度往往不十分理想，因此影響了實驗結果。由于DIS實驗系統采用數據實時記錄的形式，而且可以按照要求調整數據記錄頻率最高可達1000Hz，這是人力所達不到的處理強度，這樣龐大的數據記錄和強大的實時處理能夠真實反映物理量變化的過程，并且可以通過變化圖、表格等方式十分直觀地呈現出來。

如基于DIS實驗系統的“彈簧伸長長度與彈力關系”實驗，應用DIS實驗系統提供的力學傳感器采集橡皮筋自由拉升過程中的力學參數，就能夠以1000Hz/s的頻率記錄橡皮筋上彈力的變化，從而繪制出精度十分高的彈力與伸長量之間的關系圖，重復幾次并進行點擬合，最終能夠得到彈力和彈簧伸長量成正比的結論。

數字化信息系統在高中物理教學中的應用能夠明顯提高學生的實驗能力，先進信息技術與計算機技術極大地提高了學生對物理實驗過程的控制能力，學生借助先進的設備能夠更加清晰直觀地了解到物理實驗的關鍵性變化，從而獲得更高質量的物理教學實驗，達到實驗的教學目的。

參考文獻：

[1]陳燕.應用數字化實驗平臺優化高中物理教學的實踐研究[D].蘇州大學，2010.

[2]顧培琳.DIS實驗在高中物理教學中的優化應用及有效性研究[D].上海師范大學，2012.

[3]楊蕾.新課程背景下高師生物專業學生實驗教學能力培養研究[D].哈爾濱師范大學，2014.

[4]郭飛飛.1：1環境下初中生數學思維培養模式與策略研究[D].首都師范大學，2014.