高中物理教学中DIS技术应用模式
DIS是英文digital information system的缩写,中文意思是数字化信息系统,该系统包括各类传感器、数据采集器、数据处理软件、计算机等现代化实验设备.DIS技术与中学教学的结合,在国外,上个世纪八十年代已经开始盛行.在国内,从本世纪开始,上海、北京、广东等地方的高中学校,陆续引进该系统并建成DIS实验室,应用DIS技术开展高中物理实验教学已经取得了一些成果,探索了比较丰富的实施经验.随着该技术的推广和深入发展,高中物理教师面临着如何处理DIS实验与常规实验教学的关系,如何发挥DIS技术在实验教学中的优势,采取怎样的应用模式开展DIS实验等问题.本研究将结合教学实际情况,从常规实验与DIS实验的优点与缺点对比分析中,提出应用DIS技术对常规实验进行有效取舍的三种常用模式.
1 整合模式
整合模式就是在充分发挥常规实验设备和实验方案功能的基础上,通过DIS设备进行数据采集和处理的DIS技术应用模式.多年来,常规物理实验一直是高中物理教学的重要教学手段.各个高中学校建立了物理实验室,完善了实验设备,教师在常规实验教学方面的技能和经验也比较成熟.但是随着教育形势的发展和教学改革的深入,原有的实验设备在应用中存在一些弊端,诸如,操作过程烦琐、测量数据不够精确、数据处理花费时间太长、实验误差比较大、不利于科学探究以及研究性学习等.这些问题影响了物理实验教学的效果和新课程改革的顺利推进,对新课程目标“掌握物理实验的一些基本技能”、“尝试应用科学探究的方法研究物理问题”的实现产生了一定制约作用.DIS技术的出现可以有效地解决常规实验的一些问题.DIS实验测量具有数据采集精确、数据处理速度快、实验结果可视化、操作过程简便等优点,将DIS实验与常规实验进行优势互补、取长补短、合理取舍,可以提高实验教学的效果.
在DIS实验中充分发挥常规实验的功能,具有一定的重要性.第一,对于常规实验中有一些器材比较贴近学生实际生活的,适宜于采用整合模式.例如,电学实验中的学生电源、电阻器、滑动变阻器、电容器等器材.这些实验器材,有的本身是实验观测的对象,有的可以为实验创造必不可少的条件.充分利用这些现有资源,便于能拉近学生与生活的距离.第二,对于常规实验中,有一些便于学生理解实验原理和实验现象的,适宜于采用整合模式.对于这类实验,其实验方案容易被学生接受,实验过程比较清楚,实验原理跟所要学习的物理规律关系比较紧密,容易被学生理解.第三,节约实验资源.对于实验室常规器材配备比较充足,利用现成器材比较方便的情况,采用整合模式可以节约资源,旧器材新利用,符合实验教学实际状况.
例如,高中物理“电阻定律”的实验教学,采用DIS技术与常规实验的整合模式.所使用的常规实验器材仍为学生电源、滑动变阻器、开关、导线、合金丝等.而将常规实验器材中的电流表与电压表改为DIS设备中的电流传感器与电压传感器,连接到相应的数据采集器以及计算机上.其实验原理及实验方案与常规实验相同,但是,引进DIS技术,通过传感器和数据采集器读取电流和电压的数值,大大减少了数据读取的时间,提高了数据读取的准确性和精确性,减少实验误差,保证了导体电阻与导体长度、截面积之间比例关系的可靠性.
再例如,“测量电容器的电容”实验教学,采用常规实验教学方法测量电容器带电量比较困难,而采用DIS技术整合模式就可以轻松解决这个问题:将电压传感器并联到电阻器两端并通过数据采集器连接到计算机上.实验中对电容器充电后再进行放电,通过DIS软件计算放电过程中电压-时间图象的积分值除以电阻器阻值的结果来获得电容器的带电量,就可以计算出电容器的电容了.
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