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淺談數(shù)字化信息系統(tǒng)與物理教學(xué)的有效整合
淺談數(shù)字化信息系統(tǒng)與物理教學(xué)的有效整合
王 影
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《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“物理課程必須與信息技術(shù)整合，構(gòu)建信息平臺，建立數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室。物理教材要適應(yīng)信息時代的變革，整合物理教學(xué)與信息技術(shù)，及時構(gòu)建信息技術(shù)平臺。
“DIS”是英文“digital information system”三個詞的縮寫，全稱為數(shù)字化信息系統(tǒng)。主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器和計算機三部分組成，是通過傳感器獲取信息，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器傳入計算機并轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，由計算機對信息進行數(shù)據(jù)處理的數(shù)字化技術(shù)平臺。DIS是傳統(tǒng)中學(xué)教學(xué)實驗儀器的一次革命性的改進，隨著課改的推進，DIS在中學(xué)物理教學(xué)中發(fā)揮著越來越重要的作用。
一、DIS系統(tǒng)與高中物理教學(xué)的有機整合
1.利用DIS對傳統(tǒng)實驗進行改進
傳統(tǒng)實驗由于受到實驗儀器、實驗環(huán)境、測量工具的諸多實驗條件的限制，具有實驗結(jié)果不穩(wěn)定、實驗數(shù)據(jù)精度低、可視性差等問題，而利用DIS強大的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和處理軟件成功地改進一些已有的物理實驗，增加原來不能做或?qū)嶒灛F(xiàn)象不明顯的實驗，有時效果令人震撼。
比如在“超重和失重”一節(jié)，我們經(jīng)常會做這個實驗：用彈簧秤掛著一個鉤碼，然后向上加速運動，觀察彈簧秤示數(shù)的變化，實驗效果不好。而利用力傳感器代替彈簧秤，可以清晰地顯示出整個過程中力的變化情況，并通過計算機大屏幕顯示出來，能夠讓學(xué)生感性認(rèn)識超重、失重，加深對問題的理解。
2.利用DIS開發(fā)新實驗
利用DIS的高精度與強大的數(shù)據(jù)處理能力，可以開發(fā)出很多傳統(tǒng)實驗無法完成的一些新實驗，可以彌補傳統(tǒng)實驗在定量研究的不足。
在研究電容器電荷量和兩極板間電壓的關(guān)系時，用兩個規(guī)格分別為（25 V，4 700 μF）和（25 V，10 000 μF）的電解電容器，學(xué)生電源，DIS傳感器和相應(yīng)軟件，小燈泡，導(dǎo)線若干，電鍵進行實驗。實驗電路如下圖。
接電鍵1讓電容器充電，充電完畢電容器兩端電壓等于電源電壓。此電壓可以通過電壓傳感器測得。
接電鍵2讓電容器放電測放電電流隨時間變化關(guān)系圖像，通過軟件操作求出電容器所帶電荷量。
建立電荷量和電壓關(guān)系直角坐標(biāo)系，通過軟件生成趨勢線。此處數(shù)據(jù)處理也可用Excel進行處理，從而引入電容器電容的概念。
二、物理教學(xué)中運用DIS的經(jīng)驗與反思
1.不能過分依賴DIS，要重視基本實驗技能的培養(yǎng)
物理是以實驗基礎(chǔ)的學(xué)科，做好實驗是學(xué)好物理的關(guān)鍵。傳統(tǒng)實驗可以為我們“重現(xiàn)”物理學(xué)家們科學(xué)探究的情景，讓學(xué)生了解物理規(guī)律發(fā)現(xiàn)的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)家們的各種精神。傳統(tǒng)物理實驗對學(xué)生觀察能力的要求較高，需要多次測量，有利于培養(yǎng)學(xué)生耐心觀察的習(xí)慣。在數(shù)據(jù)處理方面，學(xué)生要經(jīng)過計算或描點作圖，并通過結(jié)果或做出的圖像進行分析、歸納，得出結(jié)論。DIS實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生對知識與規(guī)律的探究能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)形結(jié)合能力，完成一些傳統(tǒng)實驗無法完成的實驗，提高學(xué)生的計算機操作技能，有利于學(xué)生掌握現(xiàn)代化信息技術(shù)學(xué)習(xí)、拓展知識的能力，但不利于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作及讀數(shù)的技能，用計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力，實驗數(shù)據(jù)處理的時間少，方便、快捷，但不利于鍛煉學(xué)生的數(shù)據(jù)處理能力。
2.DIS的應(yīng)用要適度，要與傳統(tǒng)實驗優(yōu)勢互補
數(shù)字化實驗是一種教學(xué)輔助手段，應(yīng)用應(yīng)建立在傳統(tǒng)實驗的基礎(chǔ)上，為教學(xué)過程中遇到的困難提供技術(shù)支持，教學(xué)中兩者應(yīng)努力實驗優(yōu)勢互補。將DIS與傳統(tǒng)實驗恰當(dāng)整合，取長補短，以取得最佳效果。對于一些傳統(tǒng)測量物理量的基本實驗，就不必費盡心思使用DIS。在定性問題上，先做一些傳統(tǒng)實驗，再輔之以DIS實驗，使實驗更準(zhǔn)確、更科學(xué)。在實時數(shù)據(jù)采集上可優(yōu)先考慮DIS，在實驗原理的演示上輔之以傳統(tǒng)實驗，實驗優(yōu)勢互補。
總之，隨著科技的進步，DIS是我們物理實驗教學(xué)的必然趨勢，DIS對物理課程的教學(xué)模式和教學(xué)理念都將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，如何揚長避短，與物理教學(xué)有效整合，將是我們長期探討的課題。