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中学物理数字化实验研究
上海市民立中学 张溶菁
2009.6
一、信息时代与物理实验改革
1、 信息技术的发展给社会生活带来巨大变化
信息技术（Information Technology），简称IT
第一次工业革命：蒸汽机和煤炭革命
第二次工业革命：电力、石油和生产线革命
第三次工业革命：电脑、电信革命，又称“数字
革命”（Digital Revolution）
物质世界的三个基本要素是材料、能源和信息
“信息是人们在适应外部各种反应于外部世界的
过程中同外部世界进行交换的内容的名称。”
（控制论创始人维纳）
数字技术与互联网已彻底改变了人们的生活方式
中国互联网信息中心（CNNIC）《第21次中国
互联网发展状况统计报告》数据显示，截止2007
年12月31日，我国网民人数达到2.1亿人，仅以
500万人次之差次于美国，居世界第二。网络音乐、
网络影视、网络新闻、网络游戏、MSN即时通信、
搜索引擎、电子邮件，均已成为人们生活不可缺失
的一部分。
2007年7月上海市政府发布了国民经济和社会信
息化‘十一五规划’，正式指出要以推动信息技术
创新和深化信息技术应用为主线，全力实施信息化
领先发展战略 。
“在当今世界，一切能做到的，终将做到。
技术力量不可阻挡，无论人们在它前进的
路上设置何种障碍，它将仍然会继续发展。
一切信息均以数字方式传递，一切信息均
能以数字存储。我们现在正朝着正确的方
向前进。数字化信息必将永存！”
——英特尔公司前总裁葛鲁夫
杨利伟与儿子地空对话
互联网的“交通”状况
2、信息技术的发展使教育发生深刻变化
教育信息化：
在教育过程中比较全面地运用以计算机多媒体
和网络通讯为基础的现代化信息技术，促进教
育的全面改革，使之适应于正在到来的信息化
社会对于教育发展的新要求
有助于：
加快知识更新速度
培养学生的高级思维能力
突破教育环境的时空限制，加强课堂与现实世
界的联系
信息技术对教育的改变：
改变教育方式和学习方式
改变知识的数量观和质量观
改变学习和教育的观念
美国前总统克林顿：8岁学会识字，12岁学会上网，
而18岁则进了大学
未来的教育：要学习吗？请你回家；
要玩吗？请你到学校去。
信息技术为学生提供广阔的学习空间、充足的学
习资源的同时，也为教师提供了一个前所未有的
教学场景。
3、信息技术的发展推动全球化的教育改革
美国著名的 “2061计划”（Project2061）在高
层次上提出了信息技术应与各学科相整合的思想
“2061计划--全体美国人的科学 ”大力提升全体
美国人民的科学文化素质
2000年使每间教室和
图书馆连通国际互联网
（Internet） 确保每一儿
童能够用上现代多媒体
计算机
加拿大、欧盟各国、德国、意大利、法国、英国、
日本、新加坡……
中国1983年10月1日，邓小平为北京景山学校题词：
“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”
1983年教育部：《高中计算机选修课的教学大纲》
1996年国家教委：《关于1000所学校教育手段现代
化试点项目的五年计划 》
2000年教育部 ：
《关于在中小学普及信息
技术教育的通知》、
《关于在中小学实施校校
通工程的通知》、《中小
学信息技术课程指导纲要
(试行)》
4、教育改革中提升教师的信息化素养是关键
教师： 教书匠
研究者
实施者
开发者
执行者
决策者。
新时期教师素养提升的核心是科学素养
“信息素养已成为科学素养的重要基础”。
（陈至立：在“全国中小学信息技术教育工作会议上的讲话”）
网络时代的教师的责任之一：使知识转化为智慧。
传知已不重要，启智才是良师。
网络时代的教师的责任之二：使文明积淀为人格。
智慧需要智慧的启迪，人格需要人格的濡化，精
神需要精神的感染。
二、信息技术与物理课程的整合
二、 信息技术与物理课程的整合
1、信息技术与学科整合的意义
落实大批创新人才的培养
物理课程应改变过分强调知识传承的倾向，
让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，
培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。
改革以书本为主、实验为辅的教学模式，提倡
多样化的教学方式，鼓励将信息技术渗透于物
理教学之中。
——《全国物理课程标准》
《上海市普通中小课程方案》
“加强课程与信息技术的有机整合，将信
息技术作为资料的来源、交流的平台、认
知的工具和管理的手段，应用于课程的设
计、实施、评价和管理的全过程，全面提
高课程的信息化水平和学生的信息素养。”
《上海市普通中小课程方案》
“倡导合理灵活地
利用各种课程资源和
信息技术进行学习，
实现学习方式的多样
化，通过多种途径
满足学生多样化和
个性化发展的需要。”
数字化学习的力量：
整合数字化内容
CEO论坛：
第三个年度报告（2007年）
2、 信息技术与物理学科整合的目标
• 在物理学习理念上的整合
• 在物理学习目标上的整合
• 在物理课程标准上的整合
• 在物理学习内容及进度上的整合
• 在学习方式上的整合
• 信息技术与传统的物理教学活动、媒体的
整合
3、信息技术与物理学科整合的基本形式
• 信息技术可作为辅助教师日常工作、提高
教师的工作效率和质量的工具
• 信息技术可作为提高知识教学效率的工具
• 信息技术可作为学生自主学习的工具
• 信息技术可作为学生探究和解决问题的工
具。如利用计算机辅助物理实验、分析处
理实验数据、构造物理模型、探究物理规
律等。
4、信息技术与物理学科整合的课堂教学模式
• 以教师使用信息技术为主的演示型教学模式
• 以学生使用信息技术为主的自主学习型教学模式
• 其中有：
①基于多媒体软件或网络软件以学生自主学习
为主的教学模式
②数字化物理实验的模式
③在开放式环境中学生使用信息技术进行自主
探究的教学模式
5、信息技术与物理学科整合的主要类型
• 多媒体教学 视听教学
• CAI 计算机辅助教学
（Computer Assisted
Instruction）
• 网络资源
仿真实验
• 机器人
• 数字化信息系统（DIS）
上海市民立中学校园网络拓扑图
三、上海二期物理课改中的
DIS实验教学
三、上海二期物理课改中的
DIS实验教学
1、 DIS简介
DIS是对数字化信息系统
（Digital Information
System）的简称。它是
一个用传感器获取信息，
经数据采集器后由计算机
对信息进行数据和图形处
理的教学技术平台。
Digital Information System
传感器
数据采集器
计算机
2、上海二期物理课改引入DIS的意义
《中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质
教育的决定》（中发［1999］9号）
《国务院关于基础教育改革与发展的决定》（国发
［2001］21号）
教育部《基础教育课程改革纲要（试行）教基》
［2001］17号
《上海市普通中小学课程方案》
《上海市中学物理课程标准》
“课程理念” ：
“物理课程必须与信息技术整合，构筑信息平
台，建立数字化信息系统（Digital Information
System，简称DIS）实验室；充分运用教学软件
和计算机网络，实现信息共享和互动交流，增强
在信息环境下自主学习的意识和能力。”
“教材编写” ：
“物理教材编写要适应信息时代的变革，整合
物理教学与信息技术，及时构建信息技术平台。
在实验教学中，除了用传统的手段和方法采集、
处理实验数据外，还要采用新的数字化实验技术，
如DIS等，拓展学生进行实验探究的时空；在教
材中要适时、适量、适度地应用多媒体教学软件，
发挥计算机网络提供资源和交流信息的优势，体
现个性化学习与合作学习的要求，以信息化促进
物理教学的现代化。”
“教学过程” ：
“充分运用信息技术，培养学生信息意
识，提高学生信息获取、处理和信息应用的
能力，以适应学生在信息时代终身可持续发
展的需求。在物理课堂教学中，可利用DIS
显示一些无法演示的物理过程，实时采集、
处理数据，迅速得出结论。
3、 DIS实验教学在物理课改中的作用
（1）创设了新的学习环境
（2）形成了新的探究工具
（3）提髙了实验教学的效率
（4）DIS优化改进了传统实验
4、上海新课标、新教材中DIS的教学内容
（1）上海高中新课标教材中的DIS学生实验
·瞬时速度的测定
·研究加速度与力的关系,
加速度与质量的关系
·测量运动物体的加速度
·研究机械守恒定律
·研究一定质量的气体压强与体积的关系
·研究通电螺线管的磁感应强度
（2）上海高中新课标教材中的DIS演示实验
·瞬时速度的测定
·斜面上力的分解
·超重与失重
·力的相互作用
·弹簧振子的振动图像
·声振动图像
·动能大小的比较·气体压强与温度的关系
·摩擦做功使温度升高
·小灯泡U-I 曲线描绘
·微弱磁通量变化时的感生电流
·G-M计数器应用
（3）上海初中新课标教材中的DIS演示实验
• 用DIS演示声音的特性
• 用DIS探究二力平衡条件
• 用DIS探究晶体的熔解和凝固过程
(萘的熔解和凝固)
(用DIS引入比热容)
全国统编新课标教材(物理必修教材1、2，人
教社出版,2004年初审通过)中的DIS演示、
学生实验
1、借助传感器用计算机测速度
2、用光电门研究自由落体运动
3、用传感器探究作用力与反作用力的关系
4、探究功与速度变化的关系（Excel）
5、机械能守恒
四、数字化实验系统( DIS)
1、数据采集：传感器
（Transducer/Sensor)
传感器定义：
能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成
可用输出信号的器件或装 置。
—— 国家标准（GB7665—87）
传感器结构：
由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
传感器特点：
以电学方法采集数据，因而速度快、精度高。
即时实测，正确方便输出信号便于传输、转换、
处理、显示。
传感器工作原理：
将物理学测量量转换为电学量。
物理学量
敏感元件
应变
传感元件
电学量
力传感器工作原理示意图
悬梁臂
固定端
受力方向
保
护
层
绝缘基片
电阻丝
F
传感器使用方法
传感器的应用方法与传统仪器仪表基本
相同。 比如力传感器的使用与传统的测力
计相类似，电流传感器和微电流传感器串
连于电路中，而电压传感器则并联于电路
中。
中学DIS常用传感器（1）
传感器名称
量程
分
度
力传感器
±20N/±10N
0.1N
测力计
温度传感器
-10℃～+110℃
0.1℃
温度计
电流传感器
-1A～+1A
10mA
电流表
电压传感器
-10V～+10V
10mV
电压表
微电流传感器
-1μA～+1μA
压强传感器
0～300kPa
±0.1
kPa
对应的中学实验
仪表、器材
灵敏/镜式电流
计
压强计
中学DIS常用传感器（2）
传感器名称
量程
磁感应强度传感器
±15mT
0.1mT
位移传感器
0～200cm
1mm
打点计时器
0.01mS
数字毫秒计
光电门传感器
声波传感器
100Hz～1KHz
光强分布传感器
G-M传感器
40000cpm
分
度 对应的中学实验
仪表、器材
1ms
1mm
光度计
1cpm
G-M计数器
传感器优越性
使用传感器进行数据采集与传统仪器仪表的测
量的显著区别在于传感器能以高频率、高密度连
续采集并传送实验数据，实时展现实验过程中物
理量的变化，称之为“线采集”。而传统仪表只
能由人工操作进行“点采集”，无法展示实验的
全过程和关键细节。传感器的分度和测量的精度
也要高于传统仪器仪表。
使用传感器是测量技术上的质变
2、数据显示和记录
通过计算机屏幕显示
多种显示方式 ：
• 数字表(表格)：用成对的栏显示在实验进行中显示数据的
实时数值。
• 图线(波形)：图线显示绘制了传感器数据相对于时间或其
它物理量的曲线（ “物理量—时间”和“物理量—物理
量”两类 ）。波形图线具有暂停、回放和存储等功能
• 仪表指针：使用图形仪表显示数据。
• 直方图：直方图显示绘出了作为总数而合并成直方条的数
据点。直方条面积与特定数据范围的频率或所观测到的特
定测量次数成正比。
3、数据处理和图线分析
• 传感器的输出量通过数据采集器连接至计算机后
变成数字信号，并由计算机完成实时处理。
• 计算机是数字化实验系统的核心。
• 图线的分析处理是数据处理的核心。无论何种
DIS系统软件，图线分析功能包括对实验获得的
图线进行拟合、求导、积分和求平均值等操作，
通过图线分析，有助于深入了解物理现象和物理
过程，并帮助学生归纳、总结出物理规律。
• 图线分析的主要内容为拟合、求导和积分三项。
（1）图线分析：拟合
拟合：借助数学方法对物理规律的探索。拟合
前要观察实验所获得的图线的形状或数据点的排
列状况，对图线（或数据点）的分布规律做出初
步判断，然后用拟合的手段加以验证。
图线拟合有两个要点：一是选好有效区域，二
是选好拟合函数。
软件提供的拟合工具
S-t图线拟合
针对有效区
域的二次拟
合图线
选 定 的 s-t 图 中 的 有 效 区
域
针对整条图
线的二次拟
合图线
是否选择有效区域对拟合结果的影
响极大
（2）图线分析：求导
• 求导即算出图线有效区域内△y/△x的值（斜率），
求导功能具有相当大的的实际应用价值。
温度传感器
测激光的热
效应实验获
得T-t图线
（温度-时间）
（3）图线分析：积分
• 积分用于计算有效区域内，由实验图线与X轴所围成的特
定图形的面积。选中图线并选取有效区域后，点击“积
分”，即可得出积分值 。
碰撞时的“F-t”图线
回放，选取有效区
域后，启用 “积分”
功能，计算出力与
时间的积分值
（即冲量Ft），
得出碰撞的冲量。
冲量与动量变化实验结果
• I-s（光强-线度）图线积分
探究红激光单缝衍射主极大的光强分布
缝宽0.16mm
单缝的衍射
光强I-s分布
图线，选取
主极大宽度
范围0.006m
对光强-线度
“面积”积分，
得到“面积”
大小为0.04
Lux·m，同时
计算出在这
主极大范围
内光强的最大值为15.38Lux，最小值为0.06Lux，平均值为5.60Lux。
积分得到笫一
次极大的“面
积”大小为
0.00095Lux·m
，且笫一次极
大的宽度为
0.003m，光
强的最大值
为0.637Lux，
最小值为0，
平均值为0.331
Lux。
通过图线积分处理， 明显看到单缝衍射遵循以下规律：
中央条纹最亮，同时也最宽，约为其他明条纹宽度的两倍。中央
条纹两侧，光强度迅速减小，直至第一暗条纹；随后光强又逐渐增大
成为第一次明条纹，而第一次明条纹的光强已远小于中央亮条纹，并
依此类推。
4、运用了计算机强大功能
计算机是数字化实验系统的核心。
传感器的输出量通过数据采集器连接至计算机
后变成数字信号，并由计算机完成实时处理。
DIS软件能完成物理量显示、数据记录与计算、组
合图线分析等教学任务，其功能可进一步细分为
“即插即用、多模显示、并行采集、组合显示、
采集控制、自由坐标、数据计算、公式调用、图
线拟合、图表存储”等。
各种DIS实验系统软件一般均有通用程序和专
用程序。根据实验需要选用相应实验程序，启动
程序后计算机就能对测量所获信息以数据表或图
线等方式进行各种处理，迅速、准确、直观。
使用DIS做实验，尽管只利用了计算机庞大功
能体系的“冰山一角”，却能够让学生认识到计
算机所蕴含的巨大的学习和探索潜能，进而理解
掌握计算机这样一个可以为自主学习、终身学习
提供强有力支持的工具的重要性。
5、数字化实验系统概况
• 国内外数字化实验系统的发展现状
美国德州仪器公司：以图形计算器为核心的数理实验系统——CBL(基
于掌上的数理实验系统)
探 头
Probe
Probe
探
头
头
Probe
Probe
把所
测的
量转
化为
电压
信号
CBL通过
换算公式
把电压信
号还原成
测量值，
存入寄存
器，并进
行一些初
级处理
传送
数据
发 送
指令
图形计
算器
按预设
程序控
制CBL
对数据
进一步
处理
LabPro ——与德州仪器合作的教育产品专业公
司VERNIER生产的实验系统
美国PASCO公司
韩国KD 、JQY公司数字化实验室系统
以色列Forier公司
德国PHYWE公司
国内：上海市中小学数字化实验系统研发中心和山
东省远大网络多媒体有限责任公司共同开发的朗
威DISLab
朗威DISLab 系统
朗威DISLab由上海市教委组建、国内首创的研、学、
产、教一体化的研发机构——上海市中小学数字化实验系
统研发中心开发研制。中心的加盟单位包括教委教研室、
风华中学和山东省远大网络多媒体有限责任公司，中心主
任由著名实验教学专家、特级教师冯容士先生担任。
教材编写组
试用验证、意
见反馈、产品
完善、通过鉴
定，编入教材，
推广使用
教学内容
硬件
研发中心
实验设计
DISLab研发
软件
上海课改办
朗威®DISLab软硬件体系的研发与上海二期课改
教材同步
朗威®DISLab的特色
性能优越的传感器
并行双软件系统
采用教材专用软件与通用软件作为人机交
互的窗口
齐全的配套实验器材
教材专用软件与通用软件作为人机交互的窗口
• 教材专用软件：
为基础型教材量身定做并与教材中实验匹配。
• 教材通用软件：
能完成物理量显示、数据记录与计算、组合
图线分析等教学任务，其功能可进一步细分为
“即插即用、多模显示、并行采集、组合显示、
采集控制、自由坐标、数据计算、公式调用、
图线拟合、图表存储”等。
为基础型教材量教学中教师开发拓展性实验
提供了良好平台。
• 通用软件界面
自上而下，依次为
标题栏、主菜单栏
和工具栏
控
制
面
板
区
域
窗口显示区域
状态栏
通用软件标准工作窗口（未接入传感器）
• 通用软件
组合图线
启动采集
数据通道控制
控制台开关
采集器工作状态
计算表格
平铺窗口
叠层窗口
通用软件工具栏各功能键
复制界面
停止采集
光电门设置
保存图像
•
•
•
•
•
•
•
齐全的配套实验器材
多用力学轨道
向心力实验器
机械能守恒实验器
力的合成分解实验器
环形线圈
朗威®EXB系列电学实验板
• 配合上海物理新教材高中数字电路的教学
而设计
“与”
门
开
关
小
灯
温度传
感器
“或”
门
“非”
门
上开
关
下
开
关
电动机与
挡光片
蜂鸣
器
光照传
感器
磁 传
感器
• 实例介绍：《验证变力作用下的动量定理》
• 原理：动量定理：物体所受合力的冲量等于物体
动量变化，即Ft=mv’-mv。在轨道上用小车与力
传感器的测钩碰撞，测出小车碰前和碰后返回通
过光电门的时间计算出小车速度的变化，从而得
出小车动量的变化。
从力传感器测得的“F-t”
图线上，通过对图线的
积分处理得出冲量大小。
比较小车在变力的作用
下冲量与动量的变化关系。
“碰前速度” “v1=0.020/t1” 、
“碰后速度”“v2=0.020/t2”
和“动量变化”的公式
“p=m*(v1+v2)”，计算出
动量变化为0.2926 。
用图 “积分”功能计算出
力与时间的积分值（即
冲量Ft）化为0.2888 。
PASCO 数字化实验系统
• 先进的中文数据处理软件DataStudio
人机对话式程序启动
DataStudio软件特点
·强大的显示/分析工具：通过曲线、数字表、仪表
盘、表格、直方图、示波器、快速傅氏变换等显
示和分析数据；
·可以随时随地进行数据变换或计算：可以在采集数
据的同时进行计算、曲线拟合或选定感兴趣的数
据；
·自定义计算表达式和计算名称；
·计算结果可实时显示在图表中；
·与PASCO传感器兼容：无论是否有实际实验装置，
都可以使用DataStudio软件；
·即插即用：软件自动识别传感器，自动启动；
·多种语言：DataStudio软件含有12种语言（包括
简体中文）；
• 丰富的图形数据处理功能
• 全屏显示：自动按图形大小全屏显示；
缩放工具：图像可以放大或缩小，或者选定范围放大；
曲线拟合：10多种拟合方式，从最基本线性拟合到自定义拟合；
图表给出形式：辅助图表可以调节曲线图的形式和度量单位；
给运行的数据加颜色和标记；
• 电子工作簿：强有力的独立创作环境。用于建立有指导的科学
活动或作为实验报告工具，可包含DataStudio、显示、图形及
文字；
背景知识和实验提示；
保存学生的反馈（预测、数据分析和结论）；
可以将视频文件、图片、Flash和数据导入到电子工作簿；
播放视频文件、数据可以和视频保持同步；
采集并即刻显示数据；
在工作簿中可以使用任何DataStudio数据分析工具；
提交实验报告；
• 带有声音教学软件WAVEPORT
可以让学生听到和操作声音，进行定性、定量学习；
通过电脑话筒采集声波，通过屏幕观察、对声波进行操作，用
交互方式学习波动和声音的原理；
• 处理实验图线时显示出很大的灵活性：当创建实验完成后所保存的实
验图线，在实验结束之后可根据需要随时、多次进行分析处理，然后
分别导出图片进行保存。
图a
图b
• 功能强大使用方便的Xplorer GLX 2002：
Pasco产品Xplorer GLX 2002是世界上第一台图形
数据采集器。即使不连接电脑，也可以进行数据
的采集、显示、分析、注释、存储和打印。具有
高分辨率的带背景光显示屏，10M内存，文件管理，
全天候可充电电池。随时可以进行实验。
五、DIS实验教学的价值
五、DIS实验教学的价值
DIS使物理实验教学发生深刻变化,实现了
“一个飞跃”
“两个方向”
“三个变化”
“四个转变”
DIS使物理实验教学发生深刻变化
“一个飞跃” ：
物理实验
模拟
数字化
传感器＋计算机
体现时代特征
具有强大功能
DIS使物理实验教学发生深刻变化
“两个方向” ：
开发新颖实验 ：“原无我可做”
（数字化技术使实验水平发生了质的变化，体现了时代特征）
优化传统实验： “原有我更好”
（体现信息技术与传统实验整合的优越性）
上海物理新教材主编张越
DIS使物理实验教学发生深刻变化
“三个变化”：
优化
DIS
教学效果
变定量为定性
变不可见为可见
变不可做为可做
DIS使物理实验教学发生深刻变化
“四个转变”：
1、教学观念转变：以数字化平台进行物理实验
2、教法转变：
DIS使物理教材现代化
培养学生运用数字化技术学物理
强化实验探究学习物理
3、学习方式转变：提高实验效率，加强实验能力提髙
学习课程增加：基础--拓展—DIS校本
学习空间扩大：课内--课外
学校—社会
学习内容丰富：物理—STS
物理--其他学科整合
“从生活走向物理、从物理走向社会”
4、评价方式转变：作业评价----作业与实验结合评价
实施DIS实验过程中的三维目标的评价
DIS实验中学生自评、互评、师生评价新
颖评价模式
实验案例
开发新颖实验：“原无我可做”
力学中的超重失重实验因竖直方向物体运动时间短，所
以用弹簧秤很难准确演示。改用DIS力传感器，F-t图线上
超、失重时支持力一目了然。
实验案例
开发新颖实验：“原无我可做”
用DIS光强和位移双传感器的组合探究照度规律，以精
确的图线直观显示光照度与光强和距离的关系。开发出传
统实验方法无法实施的全新数字化实验。
实验案例
优化传统实验：“原有我更好”
用4个温度传感器定量显示晶体云母片导热性各向异性。
较之传统石蜡熔化法先进、髙效。
实验案例
优化传统实验：“原有我更好”
“变定性为定量”
关于匀速圆周运动向心力大小的研究，传统演示器只
能作粗略的定性演示，改用DISLab创建的演示器，向心
力F=mω2r规律得以定量揭示。
实验案例
优化传统实验：“原有我更好”
“变定性为定量”
小灯钨丝电阻是正温度系数热敏电阻。利用电流、电压传
感器测出不同工作点对应的U、I值，则电阻R的变化规律
直观显示。
实验案例
开发新颖实验：“原无我可做”
“变不可见为可见”
简谐振子运动的回复力、位移，速度和加速度随时间变化规律通常只
能定性描述，学生只能“听”而无法“看”。用了DIS系统，只需一个力
传感器和一个运动传感器，F-t、S-t、v-t和a-t图线即时、准确地呈现
在学生眼前，使抽象规律形象可见。
实验案例
开发新颖实验：“原无我可做”
“变不可见为可见”
高三电磁感应中的“二次电磁感应电流”教学：笫一次动
生电动势产生感应电流I1，它的磁场变化激发渦旋电场再次
引起第二次感应电流I2。两电流的关系用了DIS系统由“看
不见”变为“看得见”，大大提髙了教学效果。
实验案例
开发新颖实验：“原无我可做”
“变不能做为能做”
运动物体动能定义式Ek=mv2 的引入在传统教学中因无
实验可做，故仅从理论推导。新教材由于DIS实验系统的使
用而实现了探究式教学，并成为新教材教学的一个亮点。
六、DIS创新实验开发
DIS创新实验开发
1、正确处理DIS与传统实验的关系
• DIS是一种数字化实验技术，应用DIS技术于物理实验教学
则是一种先进理念的体现。DIS给物理教学带来的深刻变
化已为新课改实践所充分证明。但必须指出：DIS的引入
并不是为了排斥、抵制、甚至否定传统实验。DIS在实验
思想上要借鉴传统实验，在操作技能上要结合传统实验。
• 离开了传统实验的一些主要装置与器材，DIS实验便成为
无源之水、无本之木。尤其是当前，DIS不能包打天下，
并非万能。
• 必须正确处理DIS与传统实验的关系：兼容；整合；改进、
优化、完善、提升与创新。DIS对于传统实验、特别是一
些反映物理现象、揭示物理规律的生动有趣的小实验也不
是排斥，更不是完全取代，而恰恰是整合与互补的辩证关
系。
DIS创新实验开发
2、指导思想：数字化技术与传统实验整合
上海物理新教材主编张越先生从DIS技术
与传统物理实验整合角度提出的 “原无我
更好、原有我可做” 的指导思想是开发
DIS创新实验的实践准则。
DIS创新实验开发
3、思维依据：
“鱼骨思维导图”
（上海市中小学数字化实验系统研发中心主任冯容士先生基
于微电流传感器实验教学应用所创建）
思维导图介绍
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思维导图是一种革命性的思维工具。
英国著名心理学家东尼·博赞于19世纪60年代发明。
思维导图是一种利用大脑语言的思维模式
思维导图的核心思想就是把形象思维与抽象思维很好地结
合起来，让人的左右脑同时运作，将人的思维痕迹在纸上
用图画和线条形成发散性的结构。
鱼骨思维导图的特点:
鱼骨思维导图由“干”和“支”两部分组成，层
次分明。
“干”由鱼头、主骨和鱼尾组成，鱼头代表传感器、
鱼主骨代表相应配套的实验器材、鱼尾骨代表DIS
软件（包括计算机）。“干”体现了DIS实验是由
传感器通过实验装置采集信息，传至计算机进行
信息处理与加工。
“支”由各鱼刺骨组成，每一条鱼刺骨分别代表了
一个创新实验，而每个创新实验都是在DIS信息技
术与传统实验的整合基础上开发出来的。
DIS创新实验开发
4、分类
• 第一类：“以传感器功能为本”类
• 第二类：“以教材、以教学为本”类
• 第三类：“以学生发展为本”类
第一类：“以传感器功能为本”类
例：《运动传感器》鱼骨思维导图及DIS创新实验：
《运动匹配S-t》、
《运动匹配v-t》、
《测重力加速度》、
《弹簧振子周期》、
《单摆周期》、
《蹦极运动的速度研究》 、
《斜面小车的S-t、v-t与a-t》……
第二类：“以教材、以教学为本”类
从新课攺物理教学需要出发、以解决教学难点、
探究验证物理规律为基础的鱼骨思维导图
例：《解决教学难点》鱼骨思维导图及DIS创新实验：
《动能定义》、
《牛三定律的体验》、
《变力作功》、
《轻绳与弹性绳弹力突变》、
《节点电流定律》、
《光照度与光强和距离关系》、
《刚体弹力的变化》、
《惠斯通电桥》、《体验动量与冲量》、
《闭合电路欧姆定律》……
第三类：“以学生发展为本”类
以激发学生兴趣、联系生活实际培养应用能力为基础的鱼
骨思维导图
例：《激发兴趣、联系实际》鱼骨思维导图及DIS创新实验：
《运动匹配》、
《水果电池》，
《人体电流》、
《查理定律》、
《变速车的转速》、
《肺活量测定》 、
《闭合电路欧姆定律系列图线》、
《新旧电池能一起使用吗？》、
《大气压强与海拔高度》 ……
创新实验案例：《摩擦生热》
创新实验案例：《喷气降温》
创新实验案例：《哈勃瓶》
创新实验案例： 《流体的压强与流速》
创新实验案例： 《马德堡半球》
创新实验案例： 《帕斯卡定律》
创新实验案例： 《动态验证机械能守恒定律》
创新实验案例：《玻意耳定律p-1-V图线的误差分析》
创新实验案例：《闭合电路欧姆定律》
R0
●
V
●
A
R
1、U-I
2、U-I（不同内阻）
3.、U-I（不同外阻）
4、I-R
5、PR–I
6、PR-R
10、η-R
7、U-R
8、Pr-R
9、PE-R
创新实验案例： 《电梯中的超重与失重》
图线1
图线2
图线3
七、DIS校本课程的开发与实践
1、 DIS校本课程的开发和设计
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DIS校本课程开发的背景
DIS校本课程开发的理念
DIS校本课程开发的依据
DIS校本课程开发的课程资源
DIS校本课程开发的基本策略
DIS校本课程开发的基本定位环节
DIS校本课程的设计思路
DIS校本课程的教学内容设计
2、DIS校本课程实施和管理
• 建立DIS校本课程备课组
⑴认真学习课程标准及相关理念
⑵制订具体教学目标
⑶积极研究DIS技术，开发新实验
• 课程生源
• 课时安排
• 教学内容
髙中：新教材拓展实验、开发的创新DIS实验、学
生课题研究
初中：激发培养学生兴趣、培养学生实验能力的
DIS实验
3、DIS学生课题研究
• DIS学生课题研究的意义
• DIS学生课题研究的目标
• DIS学生课题研究的研究方向与选题
（1）研究方向体现STS理念、贯彻课程标准精神
（2）DIS学生课题研究选题
• DIS学生课题的模式与分类
• DIS学生课题研究案例
4、DIS校本课程的习题训练与评价考核
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1.DIS校本课程的训练与练习
（1）个体与小组合作相结合
（2）趣味性
（3）适量性
（4）开放性
• 2.DIS校本课程的评价与考核
• 制定三维目标的评价标准，进行阶段性和总结性评价。
•
关于知识与技能方面的评价，是对学生关于物理学科的理解状况、物理实验与
技能等的基本素养、物理学的观点、思想方法的应用情况以及物理学与技术、
社会的关系的了解程度等方面的评价。
•
关于过程与方法方面的评价，是对物理学基本思想和方法的理解与应用程度、
对科学探究和物理实验的理解与应用程度、对科学探究和物理实验的理解与参
与程度、对信息环境下获取和利用各类信息的主动和熟练程度等方面的评价。
•
关于情感态度与价值观方面的评价，是对从物理学的整体感悟与认识、对生话
和学习的情绪情感体验、对在学习过程中表现出的个性品质、对自然和科技的
热情和关注、对科学的态度和精神以及人文精神等方面进行的评价。
4.DIS学生课题研究案例
• 案例一、《大气压随髙度变化的探索》
4.DIS学生课题研究案例
• 案例二、《髙速运行的上海磁悬浮列车是
如何加速的？》
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