新课程与传统实验虚拟实验DIS的融合应用

【摘 要】新课程物理教学的思路和手段在不断的发展和创新。教学过程中应注意突出物理学科特点．发挥实验在物理教学中的重要作用，将传统和现代实验手段有效的融合，切实提高教学探究的效益。

【关键词】新课程；试验；创新；融合

随着科技的发展，新课程物理教学的思路和手段也在不断的发展和创新。从教学思路上看，新课标要求教师在日常的教学中：（1）更注重学习的创新探究性。（2）更注重尊重学生的认知规律。从教学手段上看：多媒体早以随着科技的进步有效的融入物理课堂，使得课堂教学由静态到动态，由无声到有声、变抽象为形象，扩大了课堂信息容量。同时形象直观，生动活泼的教学，更有利于激发学生学习的积极性和主动性，使学生在较短的时间内掌握较多的知识，切实达到优化课堂结构、提高教学效果的目的。不仅这些，更先进的教学手段也快步向我们的教学走来，数字化物理实验室系统就是最典型的代表。目前，新课标物理课本中已渗透了一些有关数字物理实验的内容。 例如，在必修1中有:“借助传感器用计算机测速度”、“用计算机绘制图像”、“用传感器探究作用力和反作用力的关系”以及在选修3-2中“用传感器演示自感对电路中电流的影响”等。事实上，DIS 能够完成高中阶段几乎所有定性研究和定量测量物理实验，同时具备传统物理实验教学仪器不可比拟的优势。那么日常的教学过程中如何突出物理学科特点．发挥实验在物理教学中的重要作用，将传统和现代实验手段有效的融合，切实提高科学探究的质量，是一个非常值得思考的问题。

传统物理实验对学生的观察能力，动手能力，计算能力的培养要求很高。现行教材教学大纲的要求 “学生应初步具备的实验能力，主要是学会正确使用仪器进行观察、测量和读数，……”因此进行学生实验之前，首先要观察仪器的刻度；构造；仪器的铭片，了解仪器的名称、规格、使用方法和使用条件等；还要分清仪器的量程，待测量不能超过量程；其次仪器的精确度必须符合实验要求；还要观察实验装置的安装；观察实验操作过程；观察实验现象等等。学生实验过程较长，需要多次观察，重复测量，这些都有利于培养学生细致、认真、耐心的良好心理品质和观察习惯，提高学生的观察能力。 传统实验需要的测量仪器较多，实验中容易出现这样或那样的故障，这些有利于培养学生清晰、有序的思维能力及勇于克服困难的坚强的意志品质。传统实验的数据处理过程比较繁琐，可以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。由于实验条件本身的限制，使学生在操作上，数据处理上占用了大量的时间，而对学生思维的广度、深度及灵活性的培养不够，使学生的想象力得不到充分的发展。

DIS实验是一套数字化信息系统，由“传感器＋数据采集器＋实验软件包（教材专用软件、教材通用软件）＋计算机”构成，利用传感器采集实验信息。与传统实验相比，DIS具备以下特点：

一）DIS实验可以自动采集实验数据，基本消除了偶然误差。使物理学规律的发现或验证更具有严谨性和可信度。例如：压力传感器能够灵敏显示微小力的变化，测量范围到小数点后两位，比平时用弹簧秤测量的数据，精确度极大的提高了。

二）DIS实验操作灵活、简便，由计算机对数据进行统计，处理和分析，使学生摆脱了 烦琐的计算过程。传统的实验数据都需要学生自己来处理，虽然可以提高学生的运算能力，但耗费大量时间，使学生没有更多时间来对结果作进一步的分析和运算，而实际上学生分析综合能力得以提高恰恰依赖于这一点。所以，借助DIS实验，缩短数据的处理时间，是非常有必要的。

三）由于各物理量间的数学关系比较容易得到，适用于定量研究物理学规律，适合发展学生的实验设计能力，图形分析能力，联想推测能力。如作用力和反作用力的图象，声波的振动图象等等。

四） 由于实验设备先进，使得原本较难完成或不能完成的实验有了得以实施的可能，使得教师能够在教学形式上从过多的灌输、讲授物理规律转变为引导学生自己去发现、验证物理规律。利于教师由传统授课思维向科学探究的思维方向转换。

与传统实验相比，DIS的不足在于：1. 不利于对物理规律的发现过程的重现。2．削弱了对学生的观察能力，动手能力，计算能力的培养。3． DIS软件系统提供的专业软件系统，即事先根据实验需要设计好的程序（包括一些常规的实验，如速度测量、加速度与力的关系、机械能守恒定律等）和教师学生的实际实验操作技术，都会对教学过程，教学思路产生影响。如果准备不够充分，会使学生实验过程中目标不明确，随意性、盲目性比较大。

上述讨论了两种实验手段在不同侧面的优势，如何将两种手段有效融合，优势互补，发挥最佳效能呢？下面就我在教学过程的一点尝试进行说明。新课标必修一第四章第二节“探究加速度与力，质量的关系”实验中，第一课时，围绕实验目的即“验证牛顿第二定律”，引导学生提出各种设想，就每种设想分析优劣，探讨可行性，通过交流，学生提供了多种实验方案。其中合力的测量有1.用钩码提供拉力，用斜面上物块的重力分量平衡物体受到的其他阻力。2.用弹簧称拉住物块，抽出物块下方的水平木板直接测出物块与木板间的摩擦阻力，从而得到物块所受合力。3.物块在气垫导轨上，由钩码对绳的拉力提供合力。4.用力传感器对物块施加拉力。从加速度的测量上有：1.测出板长和物块在板上滑动时间求加速度。2.利用打点计时器打出纸带求加速度。3.用利用光电门测出物块在光电门间滑动时间，求加速度。4.直接用光电门得到物块经过两个光电门的速度及通过的时间间隔，求加速度。5.用加速度传感器得到加速度。第二节课,在实验室实验是用钩码提供拉力，用斜面上物块的重力分量平衡物体受到的其他阻力，利用打点计时器打出纸带，然后用力传感器及加速度，直接DIS得到A-F图像，A-1/M图像，随堂处理数据，巩固练习。在这两节课中实际上融合了科学探究方法，传统实验设计，学生分组实验， DIS数据分析，虽然比新课标要求多了一节课，但是从对学生观察能力，动手能力，计算能力，实验设计能力，图形分析能力，联想猜测能力培养的长远目标来看是值得的。在今后的实验思维的拓展上,也会有更好的发展。

以上是我在教学过程中对教学资源利用的一点尝试。实际上随着新课改的逐步深入，不断创新教学理念，运用自身的智慧对已有的资源进行合理的优化，组合，提高课堂效率，减轻学生负担，永远是一个摆在我们面前的崭新的课题。

收稿日期：2012-09-26