浅议中学物理DISLab实验开发

刘璐

摘 要：本文先对DISLab实验系统进行简单介绍，分析现行人教版高中物理教材必修一中的“力的合成”传统实验的不足，基于DISLab实验手段对传统实验进行改进，开发设计出更高效的实验。把DISLab实验与传统实验有机地结合，使其各自发挥自己的教育教学优势，克服彼此的弊端，使教学效果达到最优化。

关键词：DISLab实验;实验开发;力的合成

1 DISLab实验系统

DISLab是数字化信息系统的简称，是现代信息技术的一种。DISLab可以运用到教学的各个方面，当DISLab运用到物理实验中时，传统的物理实验便有了新的性质和名称，我们将这种实验模式叫做数字化信息系统实验，简称为DISLab实验。

1.1 DISLab实验与传统实验的对比

1）硬件方面的比较。DISLab实验中的设备大多以现代科技理论为支撑建立起来的，是具有科学性和技术性的实验设备。优点是实验运行速度快、实验结果精确、数字化信息显示、直观性强、实时性强、数据处理专业化等。但也有缺点，如传感器使用寿命短、软件更新换代快、价格昂贵、携带不便、维护成本高等。

传统实验仪器就是我们一般课堂上常用的实验仪器，它的优点有使用寿命长、价格便宜、取材简便、维护成本低等。它的缺点也显而易见，如实验连接复杂、实验误差过大、对人工依赖性过大、直观性较弱、实验规范的要求过高等。

2）软件方面的比较。（1）对实验操作能力的培养。传统实验的实验仪器多，操作时间长，实验中容易出现故障，因此传统实验可培养学生清晰有序的思维能力，但传统实验的操作主要在模仿，对学生能力的提升不大。DISLab实验的在数据采集和处理方面进行了实验仪器的简化，因此DISLab实验仪器简便，实验操作也较为简单。DIS实验要求精细的操作，对计算机水平也有一定的要求。因此DIS实验有利于学生掌握利用现代信息技术学习、拓展知识的能力。（2）对学生创新能力和探究能力的培养。传统实验仪器较为固定，学生进行实验探究均采用不变的实验模式和实验仪器。这些固定的外在条件制约了学生创新能力与探究能力的提升。

DISLab实验中传感器可拆卸，也可作为其他实验的测量仪器。计算机软件系统仅提供数据处理和呈现的功能。因此DISLab实验的开放性很大，约束性很小，DISLab实验更利于培养学生的创新能力和探究能力。

1.2 DISLab实验应与传统实验结合

在人教版的教材中，一些较难理解和操作的物理实验仍然采用传统物理实验的仪器与方法。但这些传统物理实验存在很多不足，例如操作要求过多、变量不易控制、误差大、直观性不强等等，显然这已经无法满足物理实验教学的需求。而DISLab数字化实验具有实验过程‘可视性、数据采集‘智能化、数据处理‘智能化等特点。因此传统的物理教学仪器应该与DISLab实验相结合，利用DISLab实验自身的优势对传统物理疑难实验进行改进。

2 结合DISLab的“力的合成”实验改进

1）“力的合成”传统实验分析。《力的合成》中，运用“力F对橡皮条作用的效果与F1、F2共同作用的效果相同，所以力F看作是F1和F2的合力”，用这一装置探究力的合成规律，这一原理也叫做“平行四边形定则”。（如图1）

从传统实验的实验可以看出，在进行实验时，为了方便分析实验数据，做力的图示，在分力与合力的数据上会有选择，使实验数据不具有普遍性。实验过程中，实验的精确度除了会受到人为因素的影响之外，还会受实验器材的影响，对实验结果造成误差。

2）结合DISLab的“力的合成”改进实验。（1）创新之处。利用现有的“力的合成与分解”实验仪器，结合DISLab实验系统进行实验改进，很大程度上避免了读数误差。传统实验是利用两个弹簧测力计互成一定角度拉砝码，在实验过程中，测力计的示数不是很稳定，这样会导致读数出现误差;弹簧测力计本身在使用过程中由于弹簧自身的因素也会导致示数不准确，使得画出来的力的图示不符合“平行四边形法则”，最终影响实验的结论。而DISLab实验系统中的力传感器测力较为稳定，用力传感器代替弹簧测力计则可以有效的减少读数误差，在实验过程中，当整个装置稳定时，两个力传感器的读数就可以很精确地被记录下来。（2）利用改进实验装置进行实验。1.将表盘固定到支架台上面，将小圆环用三段棉线连接好，将钩码用其中一段棉线悬挂在圆环下方，将两个力传感器像图中那样用另两段棉线连接起来，将两个力传感器通过数据采集器与计算机相连。2.打开专用软件，点击“力的合成与分解”按钮，进入实验界面，输入预设角度ɑ1、ɑ2，输入钩码重力G，准备好以后点击“开始实验”，在没有受力时，对两个力传感器进行“传感器调零”。3.把两个力传感器分别沿着预设角度拉，观察棉线结点处的圆环，使得圆环对齐表盘中心，待稳定时点击“停止记录”，测出了F1、F2两个分力。4.点击“数据分析”，计算机自动计算出合力F，以及显示出F1、F2的图示和合力的图示。（如图2）5.改变重力不同的钩码和大小不同的预设角度，重复上述步骤（2、3、4）进行实验，得到多组实验数据与图像。

3 总结

数字化实验并不是对传统实验的完全替代，他们各有特色，对学生能力的培养各有不同的侧重点。因此教师在实验教学过程中应根据不同的教学需求选择不同的实验方式，对传统实验进行创造性的优化改进。本文为教师利用DISLab实验对传统物理实验“力的合成”进行了改進，提供了一些帮助。

参考文献

[1]马静，杨万琴，张轶炳.DIS实验系统在声现象教学中的应用[J].物理教师，2017，38（09）：50-54.

[2]李富恩，王晓梅，何彦雨.基于DIS实验“探究影响向心力大小因素”的改进及其拓展[J].中小学实验与装备，2019，29（02）：44-46.