简论高中物理DIS实验系统

文库 (74) 2021-04-23 18:20:44

DIS实验系统是一个完整的现代化的数字化信息教学技术平台,是运用现代实验技术实现物理学习的一种新的技术和方法。DIS实验系统能满足新课改的实验要求,并与传统实验器材有良好的兼容性,能够科学、高效的构建新型的高中物理实验教学体系,为提升学生实验能力创造优质环境。
一、DIS实验的定义及其构成、
DIS( Digital Information System) 实验技术,又称“数字化信息系统”,是由“传感器、数据采集器、实验软件包(教材专用软件、通用扩展软件)、计算机”等构成的新型实验系统。该系统成功地克服了传统物理实验仪器的诸多弊端,有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合。
传感器主要包括电流、电压、压强、温度、声波、位移、力、磁、光电门等多种传感器。它们的主要功能:实时地动态地测量各种物理量并把他们统一转化成电信号送入数据采集器,并且多种传感器可以组合使用。比如,光电门和力传感器的组合构成了“向心力实验仪”的基础;电流传感器和力传感器组合出了“安培力测量装置”;而磁感强度传感器与位移传感器的组合,则创造性地获得了“磁感强度—距离”关系图线。
数据采集器与计算机之间以串行方式通信。它可以同时接入四路传感器、并行输入,它的主要功能,将各类传感器采集到的各种具有模拟特征的物理量转换成能被计算机接受的数字量。
DIS实验系统的软件主要包括教材专用软件和教材通用软件两种。教材专用软件主要针对物理教材中的实验研发而成,它可以完成中学物理教材中几乎所有的演示实验和学生实验,操作简捷,更贴近教材和课堂教学;可以自行设定许多功能,如组合、显示、分析计算、曲线拟合等扩展功能,因而更适于探索研究。
二、DIS实验技术的特征
从以上对DIS实验系统组成结构和功能的介绍可以看出,,DIS实验技术的价值主要表现在可以方便、迅速地采集现实生活或实验室中各类物理量的信息,并通过计算机接口技术,将采集到的各类物理量信息传输给计算机进行多元化的分析处理。其中,DIS实验技术所具有的函数图像处理功能,,能直观地揭示出相关物理量之间的关系。因而,有利于我们对研究对象进行定性和定量两个层面的探究。此外不难看出,,多类型的信息传感器、多通道的数据采集器、多样化的自主操控平台、强大的函数图象处理等是DIS实验技术具有的主要技術特征。借助于这样的技术支撑,可以使我们对物理现象进行多角度的感知和多视角的深入分析与研究。因而DIS实验技术具有独特的教学功能。
三、DIS实验系统在高中物理实验教学中的地位和作用
高中物理实验教学是高中生物理学科素养形成的重要环节。使用DIS实验系统几乎能够完成高中阶段所有物理实验,很适合中学生的个性化学习需求,从而表现出强大的教育功能。DIS实验能激发学生学习的兴趣,是促进学生主动学习的一个有效方法,具有激励功能;实验能呈现物理学习所必须的感性资料,提供学习情景,具有情景功能;实验能点出问题的起点,拨动学生思维,能点出问题的关键,拨正思维方向,具有点拨功能;实验能揭示现象的本质,解释问题的原因,具有释疑功能;实验还能训练学生的思维,培养观察、操作能力,具有能力训练功能;实验有助于体验、认识和运用科学方法,有助于开展科学探究。
例如,在《电容器的电容》一节教学中,对于电容器的放电过程利用传统实验就只能用电流表观察到短暂的电流,而很难知道放电的电荷量,这对于电容器定义式:C=Q/U的理解带来了困难。而通过利用DIS实验系统拓展课堂教学实验,改进实验方案,就可以取得良好的教学效果。下面介绍利用传感器观察电容器的放电过程:
1.实验电路及过程:实验电路主要由充电电路和放电电路两部分组成,通过单刀双掷开关S控制选择:S打到1,对电容器进行充电,待充电结束后,S打到2,电容器开始放电,其放电过程通过电流传感器实时测量,并直接输入计算机进行处理。如图1所示。
2.数据处理:通过计算机处理,可以显示出电容器放电过程中电流随时间变化的I-t图象(如图2所示)。然后,利用数据处理系统“其它处理”按钮中的“积分”功能,可以很快得到图线所围面积,该面积即为电容器释放的电荷量,即电容器的带电量Q。
总之,DIS实验系统能够创设信息化实验环境,利用数字化手段提升物理实验的效率与准确度,成为现代高中物理实验十分重要的教学手段,必须得到足够的重视与积极推广。

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