摘 要：DIS实验在真实实验的基础上实现了信息技术与物理实验教学的整合，从而表现出了强大的教育功能。本文以《欧姆定律》一课为例，主要给出利用DIS数字化信息系统拓展实验教学的设计。
关键词：DIS 实验教学
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、计算机”构成的新型实验系统。它可以方便、迅速地采集现实生活或实验中各类物理量信息，并通过计算机接口技术，将采集到的各类物理信息传输给计算机进行多元化的分析处理。
DIS实验在真实实验的基础上实现了信息技术与物理实验教学的整合，从而表现出了强大的教育功能。笔者利用DIS数字化信息系统拓展《欧姆定律》一节课的实验，取得了良好教学效果。
1.引入DIS的原因
就本节《欧姆定律》而言，传统的实验方法一般分为两种情况：
一是由教师在课前连接好实验电路，在课上只是简单的演示为主的实验方法。这一方法虽操作简单，但由于演示实验可见度不高，学生动手操作能力不强，从而不能充分调动学生的积极性，没有充分体现学生的主体地位。
第一种实验方法存在着一些不可避免的缺点，且应教育改革和学生发展的需求，第二种方法便应运而生。这一方法主要以教师引导，学生明晰实验原理、实验方法，亲自选择实验器材、连接实验电路、收集实验数据、得出实验结论的较为开放、灵活的探究式的实验方法。这一实验方法充分发挥了物理实验的教育功能，引导学生进行实验设计，而非包办学生的探究活动，用自主探究实验激发了学生的知识冲突，更有利于学生的发展。但笔者认为这一实验方法也存在着：如何在现有课时有限的情况下，实施科学探究教学及实验数据误差较大等问题。而DIS数字化信息系统的引入除可以准确地描述物理量之间的定量关系，充分体现现代技术准确性高的特点，还有效的提高了物理实验效果和课堂教学效率，将传统实验方法大为优化。
2.将DIS引入“欧姆定律”的实验教学
（1）实验方法
在这一环节中，教师先给同学一定时间让他们对探究电流与电压、电阻关系的实验方法进行讨论与交流，讨论完成后，学生可能会回答出控制变量法。对小部分学生存在的疑问，教师引导学生回想探究电阻大小与哪些因素有关时所采用的实验方法，这样就唤起了学生的记忆，从而顺利得到了本实验的方法——控制变量法。
（2）实验思路
先保持R不变，研究I与U的关系；然后保持U不变，研究I与R的关系。
这时教师还要强调学生注意：
①在保持U不变，研究I与R的关系时是通过改变定值电阻来实现的，也就是说研究对象发生了变化。
②其中电流是通过定值电阻的电流，电压是定值电阻两端的电压，而电阻是导体本身的特性，它并不随电流和电压的改变而改变。
③这三个量必须是对同一段导体同时测量所得得数值。
（3）实验仪器
本节课教师提供给学生的仪器有以下几种：
学生电源、电池组、滑动变阻器、变阻箱、电流表、电压表、定值电阻、开关、导线、验电器、DIS数字化信息系统（包括测量电路、DISLab数据采集器、手提电脑）。
其中，教师提供了几件没有必要的或者是作用相同的仪器。因为在真实的科研环境中，没有哪位科学家一开始就知道使用哪些仪器进行探究。这就给学生提供了一个接近的科研环境，引导学生像科学家那样探究，有利于提高学生的科学素养。
（4）实验电路
学生小组讨论，自行选择器材设计电路。讨论完成后，学生交流电路图并讲解自己的思路，这样的处理就会出现多种电路设计。如下图所示，图中的电流表、电压表实际上是电流传感器和电压传感器。教师应及时引导学生找出这些方案的优点，对学生的表现予以鼓励。
（5）动手实验，采集数据
实验小组成员间相互合作，利用DISLab数据采集器分别获得多组实验数据，并分别得到数据点在坐标系内的分布图。
（6）分析论证
探究一：通过导体的I和导体自身R的关系
在分析通过导体的I和导体自身的R关系时，发现数据点的分布具有反比例函数的特征，使用软件中的反比例拟合，发现数据点与拟合线基本重合，可见通过导体的I与导体自身的R成反比。
也可以使用这种数据处理方法，在数据表格中，输入计算电阻倒数的公式，选取X轴为N，Y轴为I，得到数据点在坐标系内的分布图，进行线性拟合，拟合图线为过原点的直线，如图所示，同样可以证明通过导体的电流与导体自身的电阻成反比。
探究二：通过导体的I和导体两端U的关系
在分析通过导体的I和导体两端U的关系时，发现数据点的分布具有线性关系，使用软件中的“线性”拟合，发现数据点与拟合线基本重合，可见通过导体的I一导体两端U成正比。
通过上述实验我们得到：，，即，其中k为比例系数。当I、U、R都取国际单位时，k=1。可得到公式：
此即欧姆定律。
（7）理解定律
“一段导体中的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比”学生很难从这短短的一句欧姆定律的文字表达中充分的理解它的内涵。这时教师要再一次强调同一性、同时性、单位统一等问题，使学生了解一个完整的欧姆定律。
这一实验方法充分发挥了物理实验的教育功能，引导学生进行实验设计，从中尝试运用控制变量、实验归纳等科学方法，总结出历史上物理学家曾经得到的科学结论，获得探究的体验，这样做更有利于学生的发展。DIS数字化信息系统的引入准确地描述物理量之间的定量关系，充分体现现代技术准确性高的特点，还有效的提高了物理实验效果和课堂教学效率，大大优化了传统实验方法。
基于DIS数字化信息系统的中学物理实验教学能实现“教育和发展”的教育功能，注重知识和技术的结合，强调物理规律形成的过程和探究方法，有利于学生能力的提高。DIS数字化信息系统走进物理课堂，不仅是实验方法上的提高与创新，更是基于观念的进步；不仅开阔了而教师和学生的视野，更是一种教学方式上的与时俱进。
参考文献：
[1] 黄宏军. 关注细节 总结方法 提升学科素养——《欧姆定律》课堂教学实践研究[J]. 湖南中学物理, 2018(1).
[2] 张建国. 运用DIS探究“导体的伏安特性”教学设计——“人教版”高中物理(选修3-1)第二章《恒定电流》第3节《欧姆定律》[J]. 物理教学探讨(6):73-78.