浙江省青田县温溪高级中学 323900
摘 要：《高中物理课程标准》要求物理实验教学中要加大对信息技术运用，以此提升物理实验软件的研发速度以及实际应用。DIS数字化信息系统集合了传感器、数据采集器以及图形计算器，以此实现对相关物理量的测量。基于此背景，我对DIS数字化信息系统在高中物理实验教学中的应用优势进行了剖析，并结合具体的物理实验教学课例进行了探究，希望达到一定的指导意义。
关键词：DIS数字化 物理实验 应用
根据《基础教育课程改革纲要》中的相关要求，应充分落实教学中信息技术的推广与运用，使其能够有效融合于学科教学中，以此丰富教学内容的呈现方式，推动学习模式以及教学、互动模式的颠覆性改革，充分发挥其辅助教学的功能。在《高中物理课程标准》中也指出，应当在物理实验教学中加大对信息技术运用的重视，全面提升实验软件的研发速度以及实际应用，要在计算机的帮助下实现实时测量，及时对相关实验数据以及实验结果展开处理分析等等。伴随着实验手段的发展与进步，出现了和传统实验完全不同的全新数字化信息采集以及处理系统，基于其先进的数据处理手段，已经在当前物理实验领域中占据一定的地位。
物理学科教学的重点之一是实验教学。但是，传统教学模式之下的物理实验手段，其实验过程以及结果往往会使教师手足无措。所以，大部分教师只能选择“讲实验”。如何实现物理实验与信息系统的相互补充、相互配合，使其能够更好地服务于物理实验教学，是当前教师所关注的焦点所在。
一、DIS数字化实验与传统实验的异同比较
DIS是digital information system的缩写字母，中文名为“数字化信息系统”。DIS数字化实验系统包括图形计算器实验系统以及计算机辅助实验系统。在图形计算器实验系统中充分集合了传感器、数据采集器以及图形计算器，以此实现对相关物理量的测量。与传统实验主要存在以下几个方面的异同点。
1.实验器材的比较
（1）相同点：二者的相同点都是基于真实的实验以获得相应的数据，所以源头相同，能够基于相同的实验原理，由此便可充分保障二者的可信度以及真实性。
（2）不同点：①仪器的精准度略有差别。传统的实验器材既包括秒表、米尺以及天平、弹簧称、电压电流表和温度计等等；在数字化信息系统实验仪器主要 微电流电压、声波以及位移和磁、光电门等等多元化的传感器设备，其精准度更高；②针对数据的实际采集方式有所不同。传统实验模式之下，数据的采集一般以静态为主，基于动态的反应过程很难准确判定物理量之间所发生的定量变化或者关系；然而，在数字化信息实验系统，这一切都能够轻松解决，同时还可以对数字化信息进行系统全面展示；③针对数据的处理方法有所不同。传统实验模式之下，不管是数据的采集还是处理都需要人工进行，运算量极大；在数字化信息实验系统中，针对数据的处理完全由计算机完成，基于各种数据处理软件，既能够有效地节省大量的运算时间，同时也能够全面提升探索物理规律的便捷性；④局限性有所差别。在传统实验模式之下，一般对动态、声波以及电场、磁场等相关实验难以顺利成功进行；但是在数字化信息实验系统中，由于具备精度以及动态展示功能，所以能够向学生充分展示完整的实验过程，极大地拓展了实验空间，使学生能够基于直观的方式了解精彩的物理世界；⑤仪器的黑箱性质。传统实验模式之下，学生能够清楚把握实验原理，充分感受到物理思想的清晰性以及严谨性，能够知其然并知其所以然，能够产生较高的认同性，操作简单便捷；然而在数字化信息实验系统中，虽然学生能够充分了解其功能，但是难以明了为何具备这样的功能，实际讲解的过程中也不能充分阐释实验原理。所以对于学生而言，黑箱性质对学生的信任程度产生了一定的影响。
2.教学过程的比较
（1）DIS数字化信息系统不但操作简单便捷，而且结果精准，只需要充分了解这一系统的相关软件，就能够准确完成实验操作以及软件操作。在高中物理教学实践中，很多实验基于传统器材难以完成，如果借助DIS数字化信息系统就能够轻松完成。如，高中物理新教材中增设了对向心力公式的验证，教材中所采用的实验器材就是圆锥摆，实验过程相对复杂，并且比较容易产生较大的误差。借助郎威专用的器材对向心力进行验证，基于力传感器获得向心力、基于光电门传感器获得初速度，由此就能够在电脑中获得更精准的向心力与速度、角速度之间的定量关系。
（2）相比较而言，二者在互动交流时间以及具体的操作时间的占比等方面具有极为显著的差别，基于DIS数字化信息系统,极大地缩短了实践操作的时间，学生们能够获得更充分的交流探讨时间。
二、DIS数字化信息系统在高中物理实验教学中的应用策略
1.以图像为手段，突破实验难点。DIS数字化实验系统最典型的功能就是作图，高中物理教材中存在很多理解难度相对较高的内容，基于直观的图像可以帮助学生显著降低理解难度，还可以让学生直接辨识物理实验结果，而不是通过枯燥的抽象的理解，这样学生对知识点的记忆效果会更加显著。
以“研究平抛运动”的实验教学为例，传统实验模式下学生对抽象的平抛运动过程并不能够形成直观有效的理解。然而在数字化信息系统的帮助之下，既能够清晰地描绘出物体的平抛运动轨迹，也可以以直观的图像呈现于学生面前，甚至还可以放慢速度或者反复观看，这样学生的印象就更加深刻，理解的难度也相对降低。如，当一个物体在平抛运动的过程中，会在竖直平面内分别并同时向各个不同的方向发射脉冲，其中既包括超声波脉冲，也包括红外线脉冲。通过设置超声以及红外接收装置，并于计算机相连，就能够在计算机和接收装置的帮助下，精准地计算出两个接收器之间的时间差，并由此获得物体之间的距离，计算机由此生成坐标。这样学生就能够轻松地绘制出平抛运动的轨迹。
基于这一过程，能够将抽象的知识进行简单化处理，使学生能够更透彻地理解相关知识和内容，同时结合化曲为直的思想，对分运动以及合运动规律展开更深层面地探究。
2.以拓展为基点，填补实验空白。传统物理实验教学过程中，一般不会进行课外延伸，这主要是因为实验器材的匮乏。在数字化实验平台的帮助之下，能够轻松弥补这一缺陷，突破传统的实验空白，既有助于提升课堂教学的趣味性，同时也有效地丰富了物理教学模式以及教学手段，甚至还可以组织学生开展创新实验，自主探究物理新知识，全面激活学生的创新能力。例如，在引入了数字化信息系统之后，物理课堂上就能够弥补之前并不能够开展的实验。如，可以借助数字化信息系统判定电磁波是否存在。首先，准备两根铜管，这两根铜管各自带有放电电极，并将它们分别安装在高压发生器上并将其稍稍分开，这样就能够形成发射天线；之后再准备两根完全相同的铜管，将它们固定在绝缘架上，此时两根铜管需要摆成一条直线，中间还要增加电流表，其功能类似接收天线，在闭合电源之后，对天线的距离不断的转换，通过电流表的读数便能够清晰的发现电磁波的存在。
3.以数据处理，开展实验探究。数字化信息系统可以借助传感器以及数据采集器完成对数据的读取和采集，再结合计算机的分析功能，对数据进行分析以及处理，这样获得的实验数据以及实验结果更加可靠。除此之外，还具有自动化以及并行化、定量化的特点。在高中物理实验教学中，借助数字化信息系统能够使实验操作以及实验过程更简单便捷，从而有利于学生开展实验探究。
（1）基于DIS数字化信息系统探究物理规律。在高中物理实验教学中，基于DIS数字化信息系统能够有效地帮助学生在物理实验的过程中探究物理规律。例如，“摩擦力”是高中物理教学中的重点内容，根据新课标中的相关要求，应当引导学生通过实验充分了解滑动摩擦以及静摩擦的相关规律，能够结合动摩擦因数掌握摩擦力的计算公式。教材中所展示的实验为木块的匀速运动，也就是基于二力平衡的知识的运用，通过拉力集中体现摩擦力。利用DIS数字化信息系统能够有效地优化这一课的实验教学。在传统教学中，为了帮助学生认识并了解摩擦力，其实验装置如图1所示。
借助弹簧秤对放置于固定长木板上的木块进行牵拉，使学生通过观察了解木块从不动到运动这一过程中，弹簧秤上相关指数的变化。这一仪器装置相对粗糙，数据的变化过程难以清晰把握，所以只能作为定性研究。在实验过程中引入传感器，其实验原理不变，如将图1中的弹簧秤直接替换为力传感器，效果也并不显著，于是可以参照图2，对力传感器进行固定，借助细绳与木块相连，木块和地面之间保持相对静止，通过外力的作用拉动木板，在加力的同时能够感受到木块和木板之间存在相对运动的趋势，这也就意味着木块和木板之间存在静摩擦力；当木板运动时，木块和木板之间存在滑动摩擦力。因为木块始终维持着相对静止的状态，因此任何时刻的拉力都能够充分反映其所对应的摩擦力。相关实验数据的采集会基于力传感器以及数据采集器而完成，通过软件处理，就能够以直观的图像方式向学生展现。此时学生基于对图像的分析，就能够自主推导出和摩擦力相关的规律。
传感器的引入全面提升了数据分析的层次性。通过直观图像的展示，有助于培养学生的观察以及分析能力，既节省了宝贵的课堂教学时间，也使学生通过亲历感受摩擦力的存在，并通过理性分析全面提升认知水平，保障了课堂教学的严谨性以及科学性。
（2）基于DIS数字化信息系统分析物理现象。在高中物理实验教学中，基于DIS数字化信息系统能够有效地帮助学生在物理实验的过程中分析物理现象。例如，针对“电磁感应现象”的实验，可以基于图3中的相关实验装置，如果在条形磁铁的下方不存在闭合线圈，那么磁铁会经历较长时间的振动之后才会停下来；如果放置闭合线圈，就会很快停下。
基于图3所展示的实验，以图4的方式进行组装，由此获得图5。
基于图中的展示可以清晰地发现，存在于线圈中的感应电流会因为时间的不断延长而逐渐弱化，由此对感应电流的方向形成比较清晰的认知。基于图5中的演示还能够用于解释“电磁阻尼”这一现象，极大地降低了学生对问题的理解难度。
三、展望
本文主要针对传统实验以及DIS数字化信息系统展开了比较分析，但是究竟如何实现二者的优势互补，本文的阐释实际上既不具体也不够深入。所以，应充分结合系统的典型优势研发相应的实验，还应当充分把握实验内容对二者的数量占比平衡把握，在充分了解培养目标差异性的基础上提出系统化、合理化安排，能够使学生的综合能力以及素养得到全方位的培养和有效训练。只有基于这样的方式，教师们才会放心使用这一系统。
参考文献
[1]俞苍 DIS实验在物理教学中的作用[J].宁德师范学院学报（自然科学版），2013，（11）。
[2]杨清泉 基于DIS实验技术的高中物理实验教学应用初探[J].科教文汇，2016，（04）。
论文作者:邹光剑
论文发表刊物:《中小学教育》2018年第317期
论文发表时间:2018/4/26
标签：信息系统论文; 学生论文; 木块论文; 数据论文; 物理实验论文; 物理论文; 摩擦力论文; 《中小学教育》2018年第317期论文;