基于dis的物理创新实验拓展

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1、基于DIS的物理创新实验拓展　　摘要：目前DISLab多用于演示课本实验，较少进行改进和创新。本文基于“惠斯通电桥平衡条件”“平衡刚体的支持力探究”和“输液中的物理知识解析”三个实验，实现了DISLab在物理实验中的创新应用，拓展了物理实验的设计思路。　　关键词：数字化信息系统；中学物理实验；创新实验　　中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1003-6148（2016）10-0028-7　　1研究背景　　近年来，信息技术已渗透到了各个领域，用“传感器采集、计算机处理”数据的实验方式，不仅迫切而且有实施的可能。由上海

2、市中小学数字化实验系统研发中心按照《课程标准》和教材要求研发设计的DISLab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，集物理测量、自动控制、数据记录、数据分析和结果显示于一体的综合性实验平台[1]；该系统能实时测量和动态显示实验数据，具有小型、简便、快捷等特点；该系统通过计算机处理实验数据，借助图表、图线等的具体分析，解决了数据分析和处理的难题。此外，该系统又填补了实验过程的空缺，具有很大的发展前景。DISLab实验系统本身作为新生的实验平台，具有很大的应用和发展前景，也是物理实验创新的首选。1

3、5　　DISLab是信息技术与传统实验课程整合的重要载体。基于传感器的计算机实时数据采集和基于计算机数据处理软件的计算机建模和图像分析等技术是DISLab两大技术支撑，也是实验面向信息化，提升档次的途径之一[2]。笔者查阅文献，结合实践总结了其四大特点，即数据采集“智能化”、数据处理“智能化”、实验设计“重点化”和实验过程“可视化”[3]。　　2实验设计背景　　2.1验证性实验介绍　　验证性实验“是在学习物理规律之后进行的，其目的在于验证物理规律的正确性，巩固和加深对物理规律的理解”。在验证性实验过程中，思维比较聚合，实验中需

4、要测量的物理量可以直接从验证的结论中获得，指向性比较清楚。因此，这类实验关键在于物理量的测量，从测量数据的分析中验证结论，认识物理规律。　　在物理教学中，验证性实验对学生认识物理规律、理解物理知识起到了重要的作用。但是，很多传统验证性实验存在不足，一些物理信号（如：声音信号、电磁信号）是无法看到的，学生很难在头脑中形成清晰的物理图景。而DISLab能在计算机上呈现出各种信号，便于学生理解。　　本文利用DISLab系统，为“惠斯通电桥平衡条件”15实验提供了创新实验思路。惠斯通电桥又称单臂电桥（如图1），是一种用比较法测电阻的精

5、密仪器。当电路满足电桥平衡条件，电桥达到平衡时，通过电桥的电流为零。利用惠斯通电桥的平衡条件能方便准确地测量电阻，这是高中物理电学教学中一个很有用的知识点。然而，学生对电桥平衡的理解总停留在理论分析层面，缺乏感性体验。另外，由于传统实验仪器的测量精度不够，也为本平衡条件的验证增添了障碍。　　2.2探索性实验介绍　　探索性实验“是为探寻物理性质及规律进行的，以发现和解决问题为核心，其目的在于建立物理概念及规律，理解和掌握物理知识，并培养学生的能力和学习方法”。在探索性实验过程中，思维比较发散，实验设计和实验方案都需要实验者自主进

6、行，突出自主性[4]。这类实验更加注重实验设计和实验过程。　　探索性实验是新课改着重提出需要加强的一类实验，却在中学物理课堂极少出现，许多教师认为其探究过程复杂，浪费课堂时间。由于DISLab的引入，能够快速呈现物理过程，以其强大的数据处理功能，使得中学物理课堂可以更容易实现实验探究。　　在DISLab的基础上，更多的实验可以实现数字化定量研究，即数字化应用。　　力矩平衡以其广泛的实用性，在物理知识体系中占据很大的分量，力矩平衡条件的应用在中学教学中也很重要。然而，学生理解处于力矩平衡的刚体时，多数只能从力的合成与分解入手，简

7、单地理解为力的平衡，例如：二力平衡，三力平衡。而对力矩平衡的理解较难，对力矩平衡条件的理解，也停留在定态的思维中。同时，关于力矩平衡时刚体不同处支持力会发生变化也是一个高中物理拓展教学的内容。由于支持力的变化很难用测力计显示，又因该知识点原本是一教学难点，因此，学生在理解上存在困难。　　2.3趣味性物理介绍15　　物理来源于生活又高于生活，它是一种从生活中抽象出来的理论，与生活息息相关。从生活中，我们可以找到许多物理知识[5]。从生活这一角度出发，增添了物理现象的趣味性，加深了对物理知识的理解及物理规律的掌握；物理知识存在于我

8、们生活的方方面面，生活化的物理为其自身增添了普适性。　　生活中的物理有其自身特点，即物理知识内容大部分比较简单，但物理模型过于生活化，不易应用。因此，抽象模型和测量数据成了这类实验的共同点。采用物理模拟原理抽象模型之后，将DISLab用于数据测量，一方面解决了测量上的难题，同