DIS数字化信息系统在电学实验中的应用，本文主要内容关键词为：电学论文,信息系统论文,DIS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、DIS数学化信息系统简介
DIS（Digital Information System的缩写）数字化信息系统，是一种将传感器、数据采集器和计算机组合起来，共同完成对物理量测量的装置。通过传感器获取信息，经数据采集器由计算机对信息进行数据和图形处理的教学技术平台，集实验数据采集、显示、分析、处理等功能于一体的实时智能化实验系统，实现了实验数据的即时处理和直观表现，是运用现代信息技术进行教学的一种手段。在实验中有许多物理量，如距离、位移、力、速度、温度、压强、电压、电流、湿度等，都可以用该系统进行测量，其测量系统框图如图1所示。
图1
该系统的特点是数据采集迅速，数据分析准确，曲线拟合合理，探究性学习充分，数据容量大，图形清晰直观，能显示难以观察的过程，在物理课堂教学中，特别是在实验探究中更能大显身手。DIS数字化信息系统的开发和普遍使用，进一步凸显物理实验的教育功能，大大拓展了学生研究的视界。
本文从物理学科特点出发，以高中物理电学实验为切入口，自主设计实验，改进传统实验，挖掘其实验功能，分析如何开展利用“数字化信息系统”的实验研究，使其在物理教学中有更大的施展空间，拓展高中物理实验创新的新途径。
二、DIS数字化信息系统在电学实验中的应用实例
DIS数字化信息系统能测定过去难以直接测定的物理量，如变力做功、磁感应强度及放射性的强度等；也可以显示一些无法演示的物理过程，实时采集、处理数据，迅速得出结论。
如在《电容器的电容》一课教学中，探究“如何描述电容器容纳电荷的本领”时，通过用不同的电源（如1.5 V和9 V）对生日贺卡充电，让学生直观感受音乐的播放效果，可以定性地得出：充电电压越高，播放时音量越响，持续时间越久，表明电容器带电量Q就越大。但探究“电容器所带的电荷量Q与两极板间的电势差U有何定量关系”时，如何测量电容器的带电量Q成了解决这一问题的关键和难点。通常，传统的教学方法无法进行实验探究，电容定义式的得出只能通过抽象的理论分析，这样既不符合新课程的理念和学生的认知规律，也不利于学生对知识的掌握，更不利于今后对知识的灵活运用。笔者利用DIS数字化信息系统拓展课堂教学实验，改进实验方案，取得了良好的教学效果。
1.实验原理
利用电流传感器测量放电电流随时间的变化，并作出放电电流随时间变化图象（如下页图2所示），其中放电电流图线与横轴之间所围的面积就是放电电量，即电容器的带电量。
2.实验电路图及实物图
实验电路主要由充电电路和放电电路两部分组成，通过单刀双掷开关控制选择，如图3所示，将开关拨到1，对电容器进行充电，其充电电压可以通过分压电路进行控制，并由电压表读出；待充电结束后，将开关拨到2，电容器开始放电，其放电过程通过电流传感器实时测量，并直接输入计算机进行处理。
图2
图3
3.实验操作及数据处理
先按如图4所示连接好电路，实验时，将单刀双掷开关拨到1，给电容器充电，待充电完毕后，再将单刀双掷开关拨到2进行放电，利用电流传感器实时测量放电电流。结合该系统图象处理功能，以电流为纵轴，以时间为横轴，直观形象地显示出电容器放电电流随时间的变化，如图5所示。该图象中，开始放电瞬间的电压即为充电电压U，由图可知U：6.8V，当然，该值也可以通过实验电路中的电压表直接读得。
图4
图5
另外，利用数据处理系统“其他处理”按钮中的“积分”功能，可以很快得到如图5所示图线所围面积，该面积即为电容器充电结束时的带电量，即电容器的带电量Q。
通过改变滑动变阻器的阻值，调整电容器的充电电压，重复前面的实验，可以得到电容器的带电量与充电电压之间的关系如表1所示。
表1
不难发现，在实验误差允许范围内，电量Q与充电电压U之比为定值，它反映了电容器储电能力的强弱，将其定义为电容器的电容，并由表1数据可得本实验所使用的电容器的电容约为4500μF。
三、对DIS数字化信息系统的分析与思考
DIS数字化信息系统不只是解决了传统教学模式中电容测量的这一难题，更为我们解决此类问题提供了思路，拓展了高中物理实验创新的新途径。如在恒定电流的学习中，利用数据分析器测量水果电池的内电阻；在学习交变电流时，用电流传感器测量交变电流的有效值等，实验效果明显，可信度高，比传统教学模式下的空头说教效果好多了。数字化信息系统用于课堂实验教学亮点十分突出，有效地提高了物理实验效果和课堂教学效率。
采用DIS数字化信息系统进行教学，注重以学生为学习的主体，让学生在探究互动中构建知识和掌握规律，体会科学实验的真实情景，感受高科技时代的气息，增强探究科学问题的好奇心和动力，有利于物理实验情感的培养以及学生知识面的拓展。
1.改进传统实验，提高实验稳定性、操控性和精准性
该系统提供的软件，具有很好的交互性、适时性和可变性。在物理教学中引入DIS数字化信息系统技术，具有方便、精确、细微化等优势，在物理实验中具有直观形象、化小为大、化远为近，动静变化、快慢可调、重复再现等功能。DIS数字化信息系统为物理学科插上了科技的翅膀，解决了传统实验技术方法无法进行（或无法显示）的实验以及数据难以处理的实验，充分挖掘物理实验的资源价值，提高实验的探索性。
DIS数字化信息技术系统能准确地记录下实验中的各过程量，并可以直接在图形计算器中将所得数据整理，绘制成函数图象，进行数据的分析和处理。这些功能都是一般实验难以达到的，实验仪器简单，操作方便，既能保证实验的准确性，又节省了更多的时间进行探索挖掘，有效地解决于实验课处理数据费时的难题，为我们研究物理问题提供了新的思路，既可以提高课堂实验教学的可见度，更能提高物理实验教学的稳定性和有效性。
2.引发教学方式的变革
利用计算机对数据进行贮存、分析和处理的强大功能，节省了教学时间，可以进行更多的科学探究活动，从而优化了课堂教学，提高了物理课堂教学效果，促进教学方式的改变。DIS数字化信息系统能够给学习者带来美妙的享受，能够激发学生的学习热情，使更多的学生能够自主地学习，丰富了学生的学习方式，为学生提供了更多的学习时间和更大的学习空间；也能够给教师带来成功的感触，激发教师的工作热情，提高教师专业水平。同时也要求物理教师的备课，不仅要求备教材、备学生，还应该注重课堂教学与DIS数字化信息系统的结合。
同时，我们也要清醒地认识到DIS数字化信息系统在实验教学中并非完美，如在培养学生观察习惯、计算、作图、归纳等方面能力有所欠缺，牺牲了学生非常重要的体验过程等。因此，在新课程教学中要注重传统实验与该系统的优势互补，既要让学生体验传统实验的探究过程，又要让学生享受DIS数字化信息系统带来的方便快捷，使学生的合作精神、探究精神、创新思维及严密思维能力在实验过程中得到更好的锻炼和提高。
总之，DIS数字化信息系统创设了信息化的学习环境，体现了物理教学的时代特征，势必引发物理教学模式变革，为课堂教学开辟新的途径。
标签：数字化时代论文;