利用DISLab改进高中物理实验教学，本文主要内容关键词为：实验教学论文,高中物理论文,DISLab论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、DISLab的含义和特点
1.DISLab的含义
DIS是英文Digital Information System的缩写，DISLab是数字化信息系统实验室的简称。DISLab安装有传感器、数据采集器和软件，三者共同构成了数据采集的数字化和自动化、数据处理和数据分析的智能化的现代化实验教学平台。全系列的物理量传感器（探头）的功能超越了电流表、电压表、数字毫秒计、温度计、压（拉）力计、压强计、光强计、磁强计、声响计、测距仪等传统测量仪器，并使现有实验室装备获得了数字化接口。表1是传感器性能简表。软件是架设在用户与传感器、数据采集器、微机和实验装置之间的人——机平台。软件承担实验数据的显示、存储、打印、分析及高级运算等功能。设置有多模显示、组合显示、视图缩放、采集控制、回控设置、波形回放、波形浏览、自定义变量和表达式、图形图线存储分析等功能模块。软件可运行于简体中文平台Windows95/98及其更高版本之上，具有友好的标准图形操作界面及较高的执行速度。软件主界面如图1所示。
2.DISLab的特点
一是实时。数据变化过程与实验过程同步，可实现数据的实时采集和实时处理，而且能同时采集多个相同或不同种类的物理量。
二是准确。通过传感器直接记录所观测实验数据，对传感器不便测量的物理量还能采用手动输入变量值。时间精度可以达到0.1ms，其他实验数据可以准确到0.4%，完全符合中学物理对实验数据准确度的要求。
表1 传感器性能简表
图1 接入四个传感器后的软件主界面
三是直观。DISLab可以在计算机屏幕窗口按照数字、指针、示波三种形式动态实时地显示实验的变化过程。使用者可以选择自己喜欢的一种显示方式，任意察看某一时刻、某一段时间或整个过程的实验数据。
四是高效。DISLab除了可以快速实时采集实验数据外，还可以对其进行进一步的快速分析和处理，如多种拟合（直线拟合、二次多项式拟合、三次多项式拟合）或求导等。
五是可行。中学教师和学生对DISLab普遍感到比较陌生，这方面的实验案例也较少。其实DISLab产品已国产化，一些仪器的价格也不贵，经济发达地区中学或城市中学完全有条件实施。
二、DISLab应用于高中物理实验教学的优势
其一，在实验内容方面，可降低实验和学习的难度，拓宽高中物理实验探究的范畴。如一些难做的传统实验，借助于DISLab将变得异常容易实施，一些难理解的科学概念和原理，借助DISLab直观演示将变得容易认知理解。比如：借助DISLab能直接测量瞬时速度、磁感应强度、微电流等，使这些在传统实验条件下难于测量的物理量轻松容易地得以测量，大大扩展了高中物理实验探究的内容。
其二，在教学方式方面，可改变教学方式，激发学生兴趣。DISLab实验的实时性和直观性，让学生几乎可同时观察到实验结果，使学生体验到科学实验的真实情景，学生会异常兴奋，并感受到高科技时代的气息，增强探究科学问题的好奇心和动力。由于实验的数据存储在计算机里，学生还可以借助网络对实验进行深入地自主探究、合作探究，有利于实验学习的深入和学生交流合作能力的培养，甚至可以建立有关实验专题的学习网站。
其三，在新课程教学目标达成方面，可体现新课程科学探究理念，提高科学探究的水平。应用DISLab进行实验，数据测量的准确度高，提高了物理实验的可信度；应用DISLab还能进行大量数据采集、定量的科学探究，无疑将提高科学探究水平。
三、应用DISLab进行科学探究的案例：测定电池的电动势
电池电动势是电池性能的重要指标，因此能够快速准确地测定电池的电动势是非常重要的。学生在同时有传统的实验设备和DISLab的情况下，实验要求自己设计实验方案，收集、处理实验数据，测定电池的电动势。这是一个比较开放性的探究课题。探究的主要目的在于增强学生的实验设计能力和实验数据处理能力，以及对实验的过程和结果进行评估的能力。学生设计的实验方案大体有以下四种。
方案1：
①实验设计：利用电压表直接测量。
设电池电动挚为E，内阻为r，电压表内阻为R，路端电压为V，则E=IR+Ir V=IR=E-Ir；又R→∞,R＞r，I→0，所以E≈V。其电路如图2。
图2
②实验数据分析：直接从电压表上读出。
方案2：
①实验设计：补偿法（电路如图3）。
在方案1中，用电压表测得的为外电压V，它小于电池电动势E，只有当I→O时，方有V→E。在电路（图3）中，AB为均匀电阻，
为工作电池，它在AB上产生均匀电位降，用来对消待测的电池电动势或标准电池电动势。
图3
②实验数据处理：计算得出。
方案3：
①实验设计：伏安法（如图4）。
图4
设电动势的精确值为E，由电压表、电流表（不考虑电表的内阻）示数解方程计算得出的近似值为E′，则
②数据处理：解二元一次方程组。
方案4：
①实验设计：利用DISLab把图4中的电压表和电流表换成电压传感器和电流传感器，并使传感器与数据采集器（配有独立电源）、装有软件的计算机相连，开启计算机，打开软件，把传感器接入电路，就可以开始实验了。
②数据处理：将利用DISLab采集到的数据进行线性拟合得到U-I数据为一条直线，直线的截距就是该电池的电源电动势。
四种方案的比较
对四种方案进行比较，是为了增强学生根据实验目的和实验条件来设计、选择实验方案的意识和能力，增强对实验数据处理的能力，实际上也是对实验过程和实验结果的评估，有助于发展学生的批判性思维。表2是四种实验方案的比较表。
表2
通过比较，不难看出应用DISLab进行高中物理实验的优势。用电压表直接测量虽然快速，但只能粗略知道电池电动势的大小，用“补偿法”虽然结果准确，但是原理复杂，操作步骤多。采用DISLab进行实验，操作简单、高效、结果准确，让学生感觉到了高科技带来的便捷。同时，用DISLab进行实验的结果直观，学生能够体验科学探究过程，熟悉科学研究方法，能培养学生在高技术平台上适应时代发展的能力。