淺談DIS實驗在初中物理教學中的應用

朱勝東 樊 敏

（吉林省農安縣萬順中學 吉林農安 130200）

淺談DIS實驗在初中物理教學中的應用

朱勝東 樊 敏

（吉林省農安縣萬順中學 吉林農安 130200）

本文通過DIS（數字化實驗）在初中物理課堂教學中若干案例的實踐研究，積極探索DIS（數字化實驗）設備在初中物理課堂教學中運用的方向與模式。

DIS實驗 物理

物理實驗是物理學的根基，是學生理解物理概念、掌握物理規律的基本手段。但傳統實驗存在一些不足，DIS（數字化實驗）系統能實時記錄實驗數據并及時進行處理和分析，呈現物理動態變化的過程，在探索物理規律方面，有著一些傳統實驗無法比擬的優勢。

一、數字化實驗系統簡介

數字化實驗系統簡稱DIS，是Digital Information System的縮寫。是由“傳感器+數據采集器+實驗軟件包（教材專用軟件、通用擴展軟件）+計算機”構成的新型實驗系統。該系統成功地克服了傳統物理實驗儀器的諸多弊端， 有力地支持了信息技術與物理教學的全面整合。傳感器主要包括電流、電壓、壓強、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門等多種傳感器。它們的主要功能是：實時地動態地測量各種物理量并把他們統一轉化成電信號送入數據采集器。并且，多種傳感器可以組合使用。教材專用軟件主要是針對物理教材中的實驗研發而成，它可以完成中學物理教材中幾乎所有的演示實驗和學生實驗，簡潔、易用，更貼近課堂教學；教材通用軟件，可以自行設定許多功能，如組合、顯示、分析計算、曲線擬合等擴展功能，因而更適于探索研究。

二、DIS（數字化實驗）系統在初中物理課堂教學中的應用

1. 發揮DIS（數字化實驗）系統在物理實驗中實時測量并記錄數據，便于展示測量數據在過程中的變化的優勢

傳統實驗中使用的部分儀器設備，存在著精度低、可靠性差、系統誤差大等缺點。DIS（數字化實驗系統）的計數頻率高，可達每秒20次，因此，傳感器能捕捉到常規儀器不易捕捉的瞬間變化的物理量。結合計算機軟件可將測量對象在整個過程中的變化情況更便捷、清晰的展現出來。

案例一：伏安法測小電燈的電阻

在“伏安法測小電燈的電阻”的教學中，在用電壓表、電流表和滑動變阻器做完實驗，并引導學生分析數據得出“燈絲的電阻與隨溫度的升高而增加”結論后，筆者將電流表換成電流傳感器接入電路，電流傳感器捕捉到了電路接通瞬間電流的變化情況，如圖1所示，由圖1可看出，通過燈絲的電流在0.1s的時間內由零變到0.74A又迅速減小為0.37A并保持不變。從而說明燈絲的冷態電阻比正常工作時要小，很顯然，電流的這種瞬間變化用普通的電流表根本就觀察不到。

案例二：測量摩擦力

學習簡單力學知識的過程中，學生對摩擦力尤其是靜摩擦力理解上有困難，傳統實驗使用彈簧測力計測量，由于滑塊在作變速運動時示數不穩定，難于甚至無法讀數，且在較為粗糙的接觸面上，用測力計拉動滑塊，每時每刻的示數差異較大。由于教材上的實驗設計存在著上述缺陷，故教師在教學過程中困難重重，無法圓滿解釋學生提出的問題。對此我們可以使用力傳感器進行測量，實時顯示在教室大屏幕上，幫助學生理解概念。過程如下：

（1）將力傳感器接入數據采集器；

（2）調節傳感器窗口為“示波”顯示；

（3）木塊（加配重塊）放置在斜面板上，用小細繩連接傳感器的測鉤與木塊，保持水平方向緩慢拉動，待木塊開始運動后停止拉動；

（4）點擊“停止”，在圖2所示的實驗圖線上找出代表靜摩擦力及最大靜摩擦力的部分；

（5） 根據實驗結果，分析拉動木塊過程中受力情況。

2. 發揮發揮DIS（數字化實驗）系統在物理實驗中測量精度高、靈敏度好，節省數據處理時間的優勢

物理教學在研究包含大量數據的物理規律時，傳統實驗因數據繁瑣，加之缺乏有效的手段來處理數據，所以就不得不放棄對大量實驗數據的詳細研究，而數據數量少又有背科學研究的規律，由此草率得出的結論自然難以令人信服。DIS（數字化實驗）系統的數據采集處理方式和記憶功能，為學生進行多組實驗采集和處理節約了時間， 使在大量數據下形成的規律更具科學性。

案例三：固體熔化時的溫度變化規律

本實驗用海波為材料，最大的難點是海波比熱較小，實驗過程中每隔0.5分鐘讀一次溫度計，溫度計示數都在上升，所以很難得出晶體熔化溫度不變的結果。利用DIS（數字化實驗）系統，把溫度計換成溫度傳感器，用朗威？遠紅外加熱器進行加熱，通過數據采集器傳輸在電腦中，并將所測的數據轉化成圖像如圖3-1、3-2

根據實驗現象，不但能歸納出晶體和非晶體的特點，還能歸納出它們熔化和凝固的規律。

案例四：電流與電壓和電阻的關系

本實驗是通過測量數據推導出電流與電壓和電阻的關系的，但由于課堂時間有限，無法完成多組實驗數據的測量和計算，所以得出的結論的科學性會受到質疑，改用電流、電壓傳感器，配合相應軟件將所測的數據轉化成圖像，同理，很容易得出電流與電壓和電阻的關系規律。

三、DIS（數字化實驗）系統在初中物理課堂教學中的應用的思考

從以上的初中物理課堂教學的部分案例中我們可以發現，數字化實驗系統精度高，搭建簡單，因此能夠完成一些傳統實驗較難完成的探究實驗。傳感器采集數據和軟件自動分析的過程能夠減少手工作圖和數據分析的麻煩，使探究實驗更簡單易行，更有趣味性。數字化實驗拓展了學生研究性學習的空間，能夠更好地培養學生的合作意識和創造能力。

總之，在物理課堂教學中使用數字化實驗系統，能夠體現新課標對初中物理教學的要求，符合學生認知，體現自主探究特點的數字化實驗是學生學習和發展的有力工具。