合理利用DIS實驗提高物理課堂教學的時效性獲獎科研報告

合理利用DIS實驗提高物理課堂教學的時效性獲獎科研報告教學論專家余文森教授提出，課堂教學的時效性是指通過課堂教學活動，使學生在學業(yè)上有收獲、有提高、有進步。具體表現(xiàn)在：學生在認知上，從不懂到懂，從少知到多知，從不會到會;在情感上，從不喜歡到喜歡，從不熱愛到熱愛，從不感興趣到感興趣。如何在較短時間內(nèi)使學生既學到應該掌握的知識，又能從更深層次上得到啟迪呢？計算機技術與物理教學的融合是一個重要途徑。在此將討論如何合理利用DIS實驗提高物理課堂教學的時效性，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。

一、DIS實驗在物理教學中的作用

實驗和物理思維是科學研究中最重要的觀念和思想方法，二者缺一不可。物理實驗既是物理知識教學的基礎，又是實施素質(zhì)教育的一種主要渠道和有效手段。《普通高中物理課程標準（2017年版）》中明確指出，高中物理課程應在義務教育的基礎上，進一步促進學生物理學科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成和發(fā)展;使學生具有科學探究意識，能在觀察和實驗中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜想與假設;具有設計探究方案和獲取證據(jù)的能力，能正確實施探究方案，使用不同方法和手段分析、處理信息，描述并解釋探究結果和變化趨勢;具有交流的意愿與能力，能準確表述、評估和反思探究過程與結果。新課標的實施以及新教材的改革，充分體現(xiàn)了教學的多樣性與選擇性，也對物理教學提出了新的要求。以傳感器和軟件技術為核心的DISLab正是在這種背景下發(fā)展起來的，它是數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室（DigitalInformationSystemlaboratory）的英文縮寫，是一種有別于傳統(tǒng)的，將數(shù)據(jù)的采集、顯示、分析和處理融于一體的新型綜合實驗系統(tǒng)，其應用從根本上克服了傳統(tǒng)實驗的諸多弊端，有力地支持了信息技術與物理教學的深度融合。

二、發(fā)揮DIS實驗的優(yōu)勢提高課堂教學效率

1.完成傳統(tǒng)方法無法完成的實驗

在傳統(tǒng)物理實驗中，有些實驗因其復雜性或被測物理量極其微弱而難以在課堂上完成。如動能定理的驗證需要測瞬時速度，而瞬時速度是平均速度的極限值，在傳統(tǒng)實驗中常用打點計時器測量，但存在兩個問題：一是精確度不夠高，二是只適用于直線運動，無法完成對曲線運動的測定，使實驗結果缺乏足夠的說服力。而利用DIS實驗就可以很好地解決這些問題。以動能定理驗證實驗為例，DIS實驗和傳統(tǒng)實驗相比具有以下優(yōu)勢：一是傳統(tǒng)實驗的誤差較大（超過5%），而DIS實驗的誤差更?。ㄐ∮?%）;二是傳統(tǒng)實驗耗時費力，而DIS實驗操作簡單，用電腦代替人工計算，可節(jié)省時間;三是傳統(tǒng)實驗只適合于直線運動，而DIS實驗還適合于曲線運動。

實踐證明，在驗證動能定理和機械能守恒定律的實驗中，采用DIS實驗可以大大提高課堂教學效率。在演示感應電流的實驗中，傳統(tǒng)實驗的主要儀器是安培表和匝數(shù)較大的線圈，無法顯示單匝線圈或單根導線產(chǎn)生的微弱感應電流;而DIS實驗中的電流表可以很好地顯示微弱電流。由于實驗操作非常簡便，實驗現(xiàn)象非常明顯，既能豐富課堂內(nèi)容，也能激發(fā)學生的興趣，大大提高了課堂教學效率。

2.將DIS實驗與傳統(tǒng)實驗合理搭配

提高物理課堂教學的時效性需要教師從實際出發(fā)，辯證地看待DIS實驗與傳統(tǒng)實驗的優(yōu)點和不足，并將兩者有機地結合起來，以實現(xiàn)最佳教學效果。

（1）混合搭配型

可在同一節(jié)課中同時安排傳統(tǒng)實驗與DIS實驗，使兩種實驗手段互相補充、揚長避短。如在“牛頓第三定律”的教學中，讓學生先用傳統(tǒng)的彈簧秤在水平桌面上對拉，引導他們觀察兩拉力的特點并作出總結，鼓勵學生發(fā)現(xiàn)實驗中的問題，說明原因，提出解決的辦法。接著，給學生展示拉力傳感器，說明其功能，并將實驗結果及時展示給學生。通過對比讓學生體驗兩種實驗手段的效果，體會DIS實驗的優(yōu)越性，同時也對物理定律產(chǎn)生了更深刻的印象。

又如在“摩擦力”一課，傳統(tǒng)實驗通常將靜摩擦力和滑動摩擦力分開講解，教師只能做定性的演示，實驗結果也無法及時呈現(xiàn)給學生。如果采用DIS實驗，就可以很好地將兩種摩擦力結合在一起，并將摩擦力的變化規(guī)律實時展示給學生，收到了良好效果。因此這節(jié)課中，教師將學生分成若干小組，先讓學生用傳統(tǒng)的彈簧測力計在桌面上拉動文具盒等物體，定性、半定量地觀察物體摩擦力的變化規(guī)律;隨后采用DIS實驗，用拉力傳感器取代彈簧測力計，實驗結果能夠動態(tài)地在電腦屏幕上顯示出來，便于直觀看到從靜摩擦力到滑動摩擦力隨著外界拉力的變化規(guī)律，以及滑動摩擦力隨著壓力而變化的規(guī)律，比傳統(tǒng)實驗節(jié)省了更多課堂時間，又能將靜摩擦力和滑動摩擦力的內(nèi)在聯(lián)系表現(xiàn)得更清楚，提高了課堂效率。演示電磁感應現(xiàn)象的系列實驗大多數(shù)都可以采取這種方式。如楞次定律、互感和自感等演示實驗，可先用傳統(tǒng)儀器演示，讓學生先定性地觀察現(xiàn)象，在此基礎上，再用DIS實驗進一步演示分析，看到更精確的數(shù)據(jù)。這樣的好處是可以用普通導線自制螺線管和單匝線圈，讓學生便于觀察電流的流向。

混合型教學方法的優(yōu)點是可以在課堂上通過兩種實驗手段的對比，降低學生對DIS實驗的認知困難，使學生更容易接受或理解實驗結果。

（2）單一型

單一型是指在一節(jié)課中只采用某一種實驗模式。通常是從實際出發(fā)，權衡兩種實驗手段的利弊而作出的選擇。但不管采取哪種方式，必須以有效性為原則，本著實事求是的科學態(tài)度，理性地作出選擇。如在研究“平拋運動”的實驗中，給學生提供一些傳統(tǒng)實驗器材，不管是教師在課堂上演示，還是學生親自操作，由于實驗簡單直觀、便于觀察，因此很容易得出實驗結論。相反，若采用DIS實驗，則需要在電腦屏幕上通過“位移—時間”圖像的分析才能得出結論。由于時空的錯位會導致學生不易理解，因而削弱了做實驗的意義，就談不上提高課堂效率了。

三、結論

正確處理好傳統(tǒng)實驗和DIS實驗的關系是提高物理課堂教學效率的關鍵。雖然DIS實驗具有操作靈活、簡便，能自動、快速、精確且實時動態(tài)采集和顯示實驗