２００８年第６期中小学实验与装备 第１８卷（总第１００期） 实验教学研究 高中物理ＤＩＳ实验与传统实验的共存互补 上海市奉贤区景秀高级中学（２０１４１２） 宋佩红 １ 传统实验与ＤＩＳ实验的教学目标的特点 １．１装备特点 传统实验中所用到的设备。绝大多数是以十 八、十九世纪的物理学知识作为理论支撑。使用了 几十年，甚至上百年的老式装备，其中主要包括：秒 表、米尺、天平、弹簧秤、打点计时器、电压表、电流 表、温度计等。这套设备的特点是每做一个实验必 须由多种仪器组合使用，实验进程缓慢，精度不高， 且要由人工进行大量的计算来分析处理实验信息。 现代信息技术的发展使实验的改革成为可能。 ＤＩＳ实验中所用到的设备具有较高科技含量的装 备。其中主要包括：微型计算机、传感器、数据采集 器和软件。这套设备的特点是能快速、准确、动态 地采集实验信息。并实现数字化显示，由计算机辅 助进行分析处理。 一 １．２教学理念 传统实验教学的出发点和目的是让学生掌握 和巩固知识。这就使学生物理实验的范围局限于学 校、课堂、书本。以现代信息技术为支撑的ＤＩＳ实 验扩大了物理实验的内涵。从而使物理实验的教育 功能得到了进一步拓展。利用各种现代信息化技 术如：录像、光盘、网络等能将教学与社会、生活、科 学技术紧密联系起来。不仅开阔学生的视野，更有 利的一点是激发了学生更大的学习兴趣。“师生 互动”的平台也可以通过信息技术的交互性和超 文本链接而实现。 １．３教学方法 传统实验中把物理实验分成演示实验与分组 实验。主要是教师演示和学生实验，每个实验的固 定步骤使学生发挥主动性受到。新课程理念 下的物理实验教学，突出学生的主体地位，注重学 生的自主探究，给予学生自己设计实验，选择仪器， 收集实验数据，归纳并总结规律的机会。采用ＤＩＳ 实验使数据处理的工作简单化，大大缩短了学生在 数据处理上的时间，从而使学生可以有更多机会进 行实验探索研究而现代化信息技术本身就是学生 进行探究活动的有效工具。 １．４培养能力 传统实验侧重于培养认真、细致、耐心等观察习 惯；重视正确选择和使用仪器的能力培养；一般比较 重视学生技能的训练；充分培养学生的计算能力、作 图能力及利用数学知识解决物理问题的能力。ＤＩＳ 则侧重于培养学生在观察中思考探究能力：有利于 学生掌握利用现代化信息技术学习、拓展知识的能 力；在数据处理过程中，有助于学生的数学图形分析 能力、对复杂物理问题的分析判断能力。 ２传统实验和ＤＩＳ实验实例比较 例１：单摆振动等时性试验 传统实验是先确定小球竖直为止，做上标记。 小球摆动后经过平衡位置开始计时，要求数着全振 动次数，到５０次时停表。这里误差有二：①视觉误 差；②由于阻尼振动，所以周期用 ，为平均值， 乃 非真实的周期。 ＤＩＳ实验利用单摆光电门连接采集器。通过 电脑输入小球通过光电门的次数，当小球摆动时， 第一次经过光电门时开始记录次数和时间，最后可 在图表中看到每完成一次全振动的时间。精确度 在小数点后四位。可见：传统实验对学生的设计要 求具有很大的局限性。了学生探究和钻研的深 度和广度。但可以培养学生的细心、耐心和处理数 据的方法技巧；而ＤＩＳ注重对学生自主探究的创新 和钻研能力的培养。实验可以由学生自行设计、选 材、完成，从而达到培养学生的自主探究能力、研究 能力和创新能力的目的。 例２：摩擦力 传统实验：如图１装置，观察木块从不动到运 动的过程中弹簧秤示数的变化。往往不能控制力 ・２・ 第１８卷（总第１００期） ２００８年第６期中小学实验与装备 的大小，数据的变化不稳定，摩擦力的变化情况不 易看得很清楚，是一种模糊的定性研究。 图１ ＤＩＳ实验：将弹簧秤换为力传感器，效果也不好。 改进：将力传感器固定，中间用一根弹簧与木 块连接。 图２ 学生从如图２所示的图像中可以很清晰、直观 地看到摩擦力变化的整个过程：①木块未受到拉力 处于静止；②木块与木板相对静止；③是物体动与 不动的分界点；④是物体的运动过程。验证了静摩 擦力逐渐增大、最大静摩擦力、滑动摩擦力的关系。 例３：探索压强和体积的关系 传统实验： 实验仪器：带铁夹的注射器，铁架台，钩码，弹 簧秤，测压计。游标卡尺。 实验步骤：（略） ＤＩＳ实验： 实验仪器：注射器，压强传感器，电脑。 实验步骤：（略） 通过分析详案我们可以得出，传统实验时，所需 要的仪器比较多，步骤相对繁琐一些。但整个实验过 程的物理思想清晰，思维严谨，这也是物理实验教学 的主要内容之一。而ＤＩＳ在这方面略有欠缺。 ＤＩＳ所用的实验仪器简单，操作方便快捷，采 集数据和绘图同步完成。非常适合探究式教学。因 为它既节约了时间。又能使学生发现其中的规律。 就误差来说，由于采用了数字化实验，误差降低到 最小。这在传统实验中是无法实现的。 所以，在类似这样的实验教学中，可以将传统 实验的思想与现代技术结合起来，通过缜密的物理 思想，用形象的数字图形表达物理规律。使学生既 能得到思维锻炼，也可以形象得出物理规律。 例４：力的相互作用规律 传统实验利用两个弹簧秤相互钩住向相反方 向拉。通过弹簧秤的示数变化来说明作用力与反 作用力的关系。可是由于弹簧的精度太低。微小力 的变化难以测出来。 ＤＩＳ实验利用两个力传感器作相同的实验。精度 高，效果好。传感器不但能够灵敏显示微小力的变 化，测量范围到小数点后两位，精度为－ｔ－Ｏ．４％，而且 能即时描绘出作用力与反作用力的力变化图像，形象 直观地看出作用力与反作用力的性质，如图３所示。 图３ 这个实验中，传统实验与ＤＩＳ实验的物理思想 都一样，但ＤＩＳ实验的高精度使实验更直观、形象。 ３传统实验与ＤＩＳ实验互补共存 尽管现代化信息技术的运用使实验教学条件现 代化，但传统实验能够做得好（现象清晰，时间节约） 的实验，并不需要用ＤＩＳ来“做秀”，传统实验中有特 有的思想方法的实验，无法用ＤＩＳ来替代。 ＤＩＳ实验侧重于培养学生对知识和规律的探求 能力。运用现代信息技术，很容易得到各种图像，有 利于培养学生的数形结合能力。ＤＩＳ实验中的各种 函数拟合功能．还有助于培养学生处理信息推测答 案的能力，以及根据信息构建物理模型的能力。 例５：力的分解（传统实验和ＤＩＳ实验相结合 的教学案例） ３．１教学流程图 图４ ２００８年第６期中小学实验与装备 第１８卷（总第１００期） ・３・ ３．２教学流程说明 （２）水平面上的物体受一个倾斜向上的拉力Ｆ 活动Ｉ演示实验１ 作用时，拉力Ｆ的分解。 用一根细线系住砝码并提起砝码，然后用同一 （３）刀刃劈物时力的分解演示实验，学生分析作 根细线对折后系住砝码，用两 用在刀上的向下的力按作用效果的两个分力的方向。 手分开细线拉物体。增大夹角 目的是通过把问题转化为简单的几个演示实 直到细线断掉。（演示或由 验。便于突破难点，得到按作用效果分解一个力的 学生完成） 基本步骤和方法。将传统实验和ＤＩＳ实验结果进 目的是激发学生的学习 行比较。得出一致的效果，使学生体会到研究物理 兴趣和求知欲望。 规律的途径、方法的多样性，可以利用身边的现有 图５ 活动Ⅱ学生分组实验１ 材料进行实验。 （传统实验） 在物理教学中，实验的目的是要探索或验证物 如图５所示。用一个力平行板面拉两端固定好 理规律，这就必须要求学生具有分析和处理实验数 的一根橡皮绳的结点位置，用两个力同是作用于橡 据的能力。传统实验在数据处理方面所花的时间很 皮绳的结点位置让其产生相同的效果。让学生边 长。据部分ＤＩＳ实验试点学校统计（见图８），可以看 实验边分析力的作用效果怎样，讨论、总结得出概 出传统实验在数据处理方面所花的时间占整个实验 念。 过程的４５％。在数据处理过程中。学生要经过详细 通过传统实验让学生理解分力与合力的等效 的计算或描点作图。才能够根据计算的结果或做出 性并建立分力和力的分解的概念。 的图像进行分析归纳。得出结论。这可以充分培养 问题Ｉ设问２ 学生的作图能力，计算能力，及利用数学知识解决物 目的是过渡到下一个探究过程。 理问题的能力。但同时由于计算过程太过冗长，学 活动Ⅲ学生实验２（ＤＩＳ实验） 生用于探索研究的时间只有８％。 用自制ＤＩＳ实验装置探究力的分解遵循的规 律。用力传感器测绳的拉力，为了实验的简便可让 两绳的拉力方向互相垂直。学生经过自己的探究 得出力的分解也遵循平行四边形定贝 。 目的是让学生通过探究得出力的分解也遵循 平行四边形定则。 图８ 问题Ⅱ设问３ 目的是过渡到下一个教学环节 ＤＩＳ实验则正好相反。它用于数据处理的时间 活动Ⅳ实例、练习 只占整个实验过程的３％。其它的工作都由计算机 来完成。学生的主要任务与传统实验发生了变换： 根据数据进行探索、研究、推测结论，然后选择合适 的函数进行拟合。ＤＩＳ实验给了学生５７％的时间 进行探索研究。 ＤＩＳ实验与传统实验应该同时并重。长期共 图６ 图７ 存，互为补充，相辅相成，既无主次之分，更不能完 全替换，它们不是推倒与重建、破和立的关系，而是 实例分析：（演示实验） 继承与发展的关系。在物理教学过程中既要提倡 （１）静止在斜面上的物体不受其它外力的作 运用ＤＩＳ，又不能偏废传统实验原理、实验手段和 用．它的重力按实际效果分解的ＤＩＳ实验。按平行 实验方法的学习。 四边形定则得到的与用ＤＩＳ实验测得的结果是一致 的。 收稿日期：２００８—０８—１６
