浅谈DIS系统在高中物理实验教学中的利与弊

浅谈 DIS系统在高中物理实验教学中的利与弊

张骏

浙师大附属宁波市四明中学 315040

【摘要】DIS数字化信息系统在当今的高中物理教学中已经有较为广泛的应用，该系统能提高相关数据获取的效率和准确度，并辅以强大的数据处理能力。但与之并存的则是，学生容易忽视实验过程，淡化实验操作。

【关键词】DIS系统；优越性；辅助

【正文】

随着信息技术手段的飞速发展，中学物理实验里的数据获取和处理已经从原来的人工测量读数及分析处理，逐步变为由传感器测量并结合计算机处理得出实验数据，DIS就是Digital Information System三个英文单词的缩写，简称数字化信息系统，它是由各类传感器、数据采集器、数据处理程序等组成，最终在电脑上得出实验数据。在高中物理实验教学中采用DIS系统作为信息技术与物理教学整合的载体，有助于从根本上改变传统的教学结构和模式，节省实验时间，提高教学效率，有利于培养学生的创新意识，与新课改的教育目标有机融合。随着信息技术在当今教学的快速发展，基于传感器的数字化信息系统在物理实验教学中已经深入普及。DIS系统在物理教学中有很多传统实验无法比拟的优越性。但是，笔者在近几年的教学实践过程中发现，由于DIS系统的高效性和集成性，容易导致部分学生无法真正理解实验内涵和具体的实验数据处理过程，囫囵吞枣对待实验结论。因此，在利用DIS实验教学的过程中，物理教师要注意具体把握，切不可盲目追求便捷而一用了之。

DIS系统里的主要部件传感器是将被测物理量的某一信号，按一定的规律或格式转换为其对应的另一种信号的装置。目前，传感器基本是将各种物理量转换成电信号,再作出进一步的分析和处理。传感器实质上是一种功能模块，其作用是将来自外界的各种类型的信号转换成电信号。传感器进入中学物理实验后，成为信息技术与物理课程整合、教育手段现代化的一个新的突破口。过去实验测量工具是一些传统测量仪器，比如弹簧测力计、温度计等，现在则是用力传感器、温度传感器器等测量物理量，可以直接显示出物理实验数据，还可以运用计算机强大的计算功能，利用计算软件程序，探究各种物理量的计算结果，能够节省大量的计算和统计时间。

DIS系统在高中物理教学中的有利之处显而易见，大致有以下几点：

一．DIS系统能形象展示实验的动态过程，化抽象为形象。众所周知，物理是一门实验学科，大部分的定理和定义都是由实验得出。高中物理实验部分比较形象，学生能直观认识和操作，但也有很多实验非常抽象，学生很难直观认知，需要大量辅助手段才能展示，例如选修3-1的第一章随堂实验：用传感器观察电容器的充电和放电，选修3-2的第四章随堂实验：用传感器研究自感对电路中电流的影响。这些实验，以往用传统实验几乎是无法完成，教师在课堂教学上只能通过示意图进行讲解，抽象思维能力欠强的学生很难听懂。有了DIS系统后，能够有效地将抽象数据和变化，通过软件处理，在显示器上形象的表现出来，学生在教师的讲解和引导下，对实验现象的了解能够比较顺利，对实验数据的观察也比较直接，能够帮助学生把思考重点集中到实验本身上面，能有效避免大量的繁杂计算干扰了实验的主思路。

二．DIS系统能帮助教师实现课堂教学的高效性。以往在课堂教学中，如果要涉及演示实验时，物理教师就要提前调试好实验器材和数据处理表格。在课堂实验开始后，大量的直接数据需要现场读取，在记录后还要根据需要进行数据处理，为了消除误差还需要重复测量和计算，这类计算往往需要耗费大量的课堂时间，而DIS系统却能轻而易举的完成这些处理。另外，由于每个实验的DIS系统都是相对集成，所以实验操作比较稳定，不容易出现实验失败。这些都是DIS系统在课堂教学较为有利的一面。

三．DIS系统能激发学生的探究乐趣，提升学生的学习热情。高中学生精力充沛，传统物理实验仪器由于自身的特点，难以对学生有较大的吸引力。而探究性实验作为一种近年来崭露头角的新型实验，在激发学生学习兴趣、训练操作能力，特别是在培养学生探究性和创造性思维方而发挥着很好的作用，它是学生进行科学探究的一条重要途径。由于现行教材中探究性实验题材较少，一定程度上限制了学生进行科学探究活动。而DIS系统可以用来挖掘很多探究性实验题材，例如“探究影响通电螺线管内部磁场的因素”、 “多普勒现象的探究”等。教师可以为学生准备一系列以传感器为实验手段的趣味实验，鼓励学生亲自动手操作，观察实验现象，通过亲身体验，激发学生兴趣，感受传感器的作用，并为以后的自主探究开阔思路。

DIS系统在物理实验教学中的优点有很多，但是，事物总归有两面性，该系统也存在着问题和缺陷，同样不能被忽视，具体可以概括为以下几点：

一．与传统物理实验仪器和方法相比较，DIS系统显得更为集成和高效，但对学生来说，容易忽视实验过程，特别是在数据采集上，传统实验需要使用各种测量工具来进行读数，实验中要考察学生的读数是否正确，而使用DIS系统后，测量数据甚至是实验结论都直接在电脑上显示，时间一长会导致学生读数能力的减弱。传统物理实验包含了实验目的、实验原理、实验器材、实验操作、数据处理和实验结论等过程，学生需要一步一步去摸索和思考，还有可能在错误中得到改正，能较好的培养学生的探究能力和钻研精神，但现有的大部分实验DIS系统都是按照对应实验进行了集成，学生只需要按照操作步骤依次动几个开关，点点鼠标就能得出实验结果，无法对具体问题进行深入的分析和研究。教师在实验课堂上，要重视这个情况，在实验前要重点讲解实验原理，尽可能把DIS系统进行细分讲解，必要时，在部分环节，让学生用传统测量工具再测一遍，把两次测量数据进行对比，加深对传感器工作原理的了解。

二．对物理教师而言，由于传感器种类繁多，针对不同实验又集成了大量不同软件，教师没有足够的时间和精力去完全弄懂各种传感器的内在原理，只是简单的根据操作顺序进行实验操作，容易导致学生在听讲和操作时只了解皮毛，没弄清实质，比如大量电磁学部分的实验，本来实验难度和实验要求就比较高，教师在传统实验演示时能够分步讲解，遇到偏差或失败能够及时说明原因并寻求解决方案，而利用DIS系统进行实验时，由于内在程序均已设置好，几乎不会出现大的误差。还有比较关键的一点，教师在实验教学中要培养学生的读数本领，比如从弹簧测力计上读取弹力，在电流表上读取电流大小，一旦用了DIS系统，这些过程都被内置在程序里，不利于学生掌握读数技能。

三．DIS系统作为较为领先的教学辅助装备，对存放和使用的管理要求也较高。日常教学使用过程中，必然会有部分器材出现损耗，传感器如果出现故障导致测量数据不准确，对实验教学会带来较大危害。而普通高中的物理教师和实验管理员又基本缺乏对传感器的校准和修复能力，甚至是在使用过程中无法发现仪器的测量数据失真，单纯依靠仪器生产厂家来进行定期维护也只能是杯水车薪，无法解决日常使用中出现的种种问题。

参考文献：

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[2] 谷有臣,孔英,陈若辉. 传感器技术的发展和趋势综述. 物理实验 , 2002, 22，12:4-42
[3] 韩诗清. 浅谈传感器的应用及发展. 郧阳师范高等专科学校学报 , 2005, 3