對高中力學中應用DIS實驗的可行性分析

陳全海+丁鵬飛

（甘肅省蘭州第一中學，甘肅 蘭州 730030）

摘要：人教版新課標高中物理教材中的力學實驗是物理教學不可缺少的的有機組成部分，和理論教學一起構成了物理教學的整體。本文著重闡述了如何在力學中合理利用DIS實驗來提高物理課堂教學的效率，以適應高中物理教學改革的時代要求，培養師生的科學素養。

關鍵詞：高中力學；DIS實驗；可行性

一、對現行高中物理課本中力學實驗的幾點分析

人教版新課標高中物理教材中的力學實驗是力學教學中不可缺少的有機組成部分[1]，和理論教學一起構成了物理教學的整體。實驗從教學方式上分為課堂演示實驗和學生分組實驗，其中分組實驗按目的可以分為訓練性實驗、驗證性實驗和探究性試驗等。

課堂演示實驗是教師在課堂上操作給學生看，學生通過觀察和思考從而發現其中的物理現象和物理規律，如牛頓管演示自由落體運動、小球的平拋運動、作用力和反作用力、顯示微小形變、向心力、運動的合成與分解（觀察紅蠟塊的運動）等都可在課堂上演示。

訓練性實驗主要訓練學生掌握基本物理量的測量方法、基本實驗儀器的使用方法以及實驗數據的處理方法，如長度的測量、質量的測量，用彈簧秤測物體的重力、速度的測量等；驗證性實驗是用實驗驗證已知的定理、定律，幫助學生理解并把握這些定理定律的物理含義，以及了解它們的形成過程。如驗證動能定理和機械能守恒定律等；探究性實驗是指在教師的指導下，利用各種設備和已知條件，設計實驗來探索一些在物理學上雖然早已明確，但對學生來說卻是未知的現象、規律，目的在于培養學生的探索精神和科學研究的能力[2]，如探究小車的速度隨時間變化的規律、探究加速度與力、質量的關系、探究求合力的方法等。

二、對高中力學中應用DIS實驗的可行性分析

上述實驗中有些既可以作為演示實驗用，也可用作學生操作實驗，在這些實驗中到底哪些實驗適合采用DIS技術？這要從實際出發理性地做出選擇，絕不能盲目地跟風求新而不顧學生的接受能力，不考慮高中物理學科本身的特點。高中力學實驗在教材中還是按照傳統實驗編排的，少數實驗安排了DIS技術作為參考，這一方面考慮到大多數學校還沒有DIS實驗的條件，但更重要的是考慮到高中物理學科的特點和高中學生的認知特點而設計的。用不用DIS實驗要從實際出發，既要看和傳統實驗相比能起到多大的效果，又要考慮高考對這一實驗的考察要求。在教學實踐中，必須通過DIS實驗與傳統實驗的對比研究，找出高中力學實驗教學中哪些實驗適合使用DIS技術，哪些實驗更適合用傳統教學方式，哪些實驗適合將DIS與傳統實驗相結合，并不斷探索利用DIS實驗改進實驗教學的效果。

1.不宜用DIS實驗代替高考對傳統儀器和應用原理考察的實驗

到目前為止，雖然實行了新的課標模式，但高考的考試模式在本質上并沒有多大變化， 高考依然決定著課堂教學的走向，加之高中教學內容多，課時緊張，教師在實際中不得不圍繞教學大綱組織課堂教學，因此實驗教學也必須考慮到學生在高考中的需求。

高考中對傳統儀器的使用及其原理進行考察的實驗主要有：用打點計時器測速度、探究小車的速度隨時間的變化規律、探究求合力的方法、探究加速度與力、質量的關系、研究平拋運動等。從近幾年的高考試題中可以看出，傳統方法是必須掌握的，高考對這些實驗的考察主要以傳統實驗為主，因此DIS實驗在時間容許的情況下可以作為拓展，但不宜完全代替傳統實驗。

2.在某些物理概念和規律的演示實驗中完全可以采用DIS實驗

在某些概念、規律和物理現象的教學中，教師做一些演示性的實驗給學生看，通過老師啟發和學生的討論，從中找到事實依據，澄清謬誤，掌握規律，明確概念。在這些教學中完全可以選擇DIS實驗，如圖1和圖2所示，在講完勻變速直線運動及其位移-時間圖像和速度-時間圖像之后，若采用DIS實驗描繪其運動的圖像，并將這一結果和打點計時器傳統實驗所得結果進行比較，從而讓學生更深入地理解勻速直線運動和勻變速直線運動的概念和規律。

高中力學中可用DIS演示的實驗如表所示：

做這些實驗時，若條件允許，最好能將傳統實驗和DIS實驗結合起來會收到更好的效果。比如演示超重和失重時可先用傳統實驗，指導學生分組做，再用DIS實驗演示。圖3為手持力傳感器做下蹲和站起過程鉤碼的超失重的DIS實驗結果，將這一結果和學生用彈簧秤演示的結果比較，從而加深學生對超失重的理解。

3. 警惕掉入DIS實驗的陷阱

在教學實踐中發現DIS實驗的效果并非像某些文章中所說的那樣神奇，甚至在某些實驗中若采用DIS其效果會適得其反。正如梅云霞等人[3]指出，DIS物理實驗是把“雙刃劍”， 其本身存在先天的不足之處，如實驗原理的復雜化增加了學生理解上的困難；學生的注意力有時被吸引到一些并非主要關注對象的實驗器材上，而不是概念和規律的形成過程上，導致學生的注意力分散，影響到實驗教學的效果；由于DIS實驗高度自動化和數據處理的快速化，學生來不及弄清實驗原理，影響了學生對物理概念的形成和對物理意義的理解；缺少了在傳統實驗中手工操作對學生基本實驗技能的培養。如果不能客觀地分析，盲目地應用DIS實驗將使實驗教學陷入高科技的陷阱，教師成了表演者，整個實驗變成了數字游戲。例如在研究平拋運動的實驗中若按照課本中描述的用DIS實驗描繪平拋運動物體的軌跡，學生不但不能增加對平拋運動的理解，反而對計算機所描繪的軌跡更加迷惑。

在教學實踐中，教師必須通過刻苦鉆研教材， 將DIS實驗與傳統實驗有效結合， 揚長避短，設計出具有創造性的實驗并加以不斷實踐，才能提高物理“力學”實驗教學的效果。

參考文獻

[1]張保雷.人教版高中物理新舊教材力學實驗比較分析.物理教師，2011年，第32卷第06期

[2]康勇.淺談物理實驗的重要性和現行實驗體系的弊病.新課程學習（中），2011年，第06期

[3]梅云霞 唐曉亮.DIS物理實驗是把“雙刃劍”.物理教學，2012年.第12期