数字化信息系统下学生实验能力提升的方法与策略研究

摘 要： 文章主要研究应用数字化信息提高学生实验能力的策略，对数字化信息系统的优势及其在高中物理教学中应用的现状进行阐述，从应用数字化信息系统更好地捕捉实验现象、更全面地记录实验数据两方面，对应用数字化信息系统提高学生实验能力的措施进行讨论。

关键词： 数字化信息系统 实验能力 提高方法

新课标重视对学生创新精神和实践能力的培养，鼓励在教学中应用各种先进的技术手段，配合先进的教育思想，提高课堂教学有效性，锻炼学生的实验动手能力。DIS实验系统在高中物理教学中的应用，需要遵循科学性、可接受性、针对性和教学方法手段最优的基本原则，规避传统物理教学实验中的不足，最终提高学生的实验能力，增强物理教学的综合效果。

一、DIS实验系统

（一）数字化信息系统

数字化信息系统（DIS）是基于真实实验的，使用传感器、数据采集器和实验软件形成的新型实验系统，实现了实验数据采集的数字化和自动化，借助计算机的分析计算能力进行数据和自动分析处理。数字化信息系统克服了传统物理实验器材存在的问题，应用信息技术改变了物理实验的形式，对学生实验动手能力、团队协作能力的提高都有促进作用。

（二）DIS实验系统的应用现状

DIS实验系统是一种新型物理实验系统，不同地区的教育水平存在差别，DIS实验系统的应用情况存在较大不同，现阶段，DIS实验系统主要在一些经济发达地区的学校得到了应用，但是基本都在探索试验阶段，关注DIS实验室建设和管理、与传统实验方式之间的异同、对新课标实施的现实意义等问题，对DIS实验系统的专项研究较少。

（三）DIS实验系统的优势

DIS实验系统充分应用了现代信息技术和计算机网络技术，在数据处理方面有绝对优势，有实时、迅速、准确的优势，能够将实验结果更加直观地展现给学生，便于学生及时调整实验方案，是一种创新性的实验教学方法。使用DIS实验系统进行物理实验有得天独厚的优势，因为DIS实验系统能够实时获取各项实验数据，数据采集精度高，操作简单，可视性和可重复性强，安全性进一步提高，使学生能够将更多精力集中在实验创新环节，而无需局限于实验操作过程。

二、数字化信息系统下学生实验能力提高策略

（一）更全面详细地捕捉变化量

高中物理演示实验中有很大一部分都是验证试验，实验目的是让学生自己检验课本中的物理规律和理论语预言是否存在和正确，并对导致变化的原因进行分析。但是很多验证实验都是瞬间实验，常规的物理实验方法影响了学生对实验现象的全面观察，学生难以捕捉实验关键现象，而应用DIS实验系统则能够帮助学生更全面地记录实验变化过程，实验过程更加直观。

如基于DIS实验系统的“用位移传感器研究自由落体运动的加速度”实验，在实验设计中应用了DIS实验系统中提供的高精度位移传感器和计算设备。教师要求学生首先练习DIS操作系统和常规实验器材之间的相互配合，之后按照设计实验方案进行实验。该实验充分应用了DIS实验系统的优势，使用位移传感发射器作为自由落体运动的研究对象，在铁架台上安装接收器，发射器自由落体之后，传感器接受信号，实验数字分析系统直接记录并绘制s-t2曲线，截取一段用于计算物理下落加速度。数字分析软件能够自动绘制有效区域内的图像斜率，即1/2的重力加速度。

应用DIS实验系统，能够在传感器下落的一瞬间完成速度变化曲线的绘制，捕捉到更准确的实验信息，实验精度明显高于传统的频闪照相法和重锤-打点计时器法，获得更准确的实验结果。

（二）改变数据记录方式

传统的经典物理实验往往需要采用学生人工读数计数的方式，学生不能集中精力观察实验现场，而是忙于进行数据记录和处理，忽略了关键的物理变化过程，失去了实验的意义。由于学生实验操作能力有限，记录的数据精度往往不十分理想，因此影响了实验结果。由于DIS实验系统采用数据实时记录的形式，而且可以按照要求调整数据记录频率最高可达1000Hz，这是人力所达不到的处理强度，这样庞大的数据记录和强大的实时处理能够真实反映物理量变化的过程，并且可以通过变化图、表格等方式十分直观地呈现出来。

如基于DIS实验系统的“弹簧伸长长度与弹力关系”实验，应用DIS实验系统提供的力学传感器采集橡皮筋自由拉升过程中的力学参数，就能够以1000Hz/s的频率记录橡皮筋上弹力的变化，从而绘制出精度十分高的弹力与伸长量之间的关系图，重复几次并进行点拟合，最终能够得到弹力和弹簧伸长量成正比的结论。

数字化信息系统在高中物理教学中的应用能够明显提高学生的实验能力，先进信息技术与计算机技术极大地提高了学生对物理实验过程的控制能力，学生借助先进的设备能够更加清晰直观地了解到物理实验的关键性变化，从而获得更高质量的物理教学实验，达到实验的教学目的。

参考文献：

[1]陈燕.应用数字化实验平台优化高中物理教学的实践研究[D].苏州大学，2010.

[2]顾培琳.DIS实验在高中物理教学中的优化应用及有效性研究[D].上海师范大学，2012.

[3]杨蕾.新课程背景下高师生物专业学生实验教学能力培养研究[D].哈尔滨师范大学，2014.

[4]郭飞飞.1：1环境下初中生数学思维培养模式与策略研究[D].首都师范大学，2014.