上海创造：数字化实验系统研发实录

物理课程必须与信息技术整合，构建信息技术平台，建立数字化信息系统（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，增强在信息化环境下自主学习的意识和能力。

——《上海市中学物理课程标准（试行稿）》P.64

中学物理课程标准明确指出：在实验教学中既要提倡运用现代信息技术，又要重视和发展传统的、简易的实验手段和方法。这里的“重视和发展”不仅是指在构建教学实验系统时不能偏废传统的、简易的实验手段和方法，也包含着用DIS的优势和功能对“传统”的优化和改进。DIS实现了动态位移实时测量、受力状况实时测量、磁感应强度测量、声波测量、微小信号测量、多数据并行测量等，并显著提高了实验的精度和质量，能够完成传统实验装置很难完成的实验，还可以设计出很多借助传统实验装置想做而做不好的实验。如：使用位移传感器测量自由落体的加速度、使用温度和压强传感器进行查理定律实验、使用力传感器测量单导线切割磁感线的感生电流、使用磁感应强度传感器测量单导线直线电流的磁场等。这种传统和现代的融合、渗透、支撑犹如为传统实验添上双翼。

DIS对实验数据的采集和处理进行了改进和优化，不仅对传统实验形成了很好的兼容，也为实验的研究和开发提供了技术支持，如“超重失重”“最大静摩擦力”“冲量”“微弱磁通量变化时的感生电流”“通电螺线管内部磁场”等。凭借先进的数据采集和处理方法，原来传统实验装置很难做出的实验，也有了令人满意的解决方案。DIS在实验手段和方法方面的继承和发展实现了完美的统一。

实验例一—使用力传感器描绘简谐振动图线

简谐振动图线的描绘历来是一个难题。笔者收录的实验方案之中，就有使用单摆加沙漏，在匀速拖动的纸带上撒沙子描图的办法。DIS是绘制简谐振动图线（s—t图）的有力工具。但殊不知抛开位移传感器，力传感器同样具备描绘简谐振动图线（F—t图）的功能。原因很简单：任何简谐振动都是一个复杂的综合体，一般都包含着力、位移甚至角位移的周期变化。将其中的任何一个因素单抽出来，其“物理量—时间”关系图线都具备简谐振动的特征。

在这个实验中，只要将DIS力传感器如图2—2—1所示固定，在其测钩下方挂上弹簧和钩码，令钩码做简谐振动，就可以得到反映简谐振动过程的“F—t”图线（图2—2—2）。由于我们已经证明了弹簧受力与振子位移的同相性，所以“F—t”图线可以等效替代“s—t”图线。由此，学生再次领会到了科学研究的殊途同归，并学会了基于全面的分析选择适当研究方法的技巧。

对信息技术与课程教学整合大业的再认识：

作为上海一期课改和二期课改的亲历者，笔者当时对二期课改关于“信息技术与课程教学整合”要求的理解，主要停留在“与时俱进”的层面上。现在看来，这个认识显然流于表面。教育跟随社会的发展和技术的进步，只是一种结果，但不能算作起始目标。那么对于二期课改的设计者们来说，他们推动信息技术与课程教学整合的起始目标是什么？其实这些年来并没有一个权威人士给出一个标准答案。恕笔者愚鲁，走过十六年的研发历程之后，特别是目睹了AlphaGo和MASTER团灭人类围棋天才之后，才总算对这个问题有了一个相对清晰的认识：20年前，当我们还把计算机看作打字机的时候，教育专家们就已经认识到了计算机主导人类未来发展的必然性，并且已经做出了“一个民族如果在信息技术领域落伍，将面对无可弥补的损失”的判断！因此，促进信息技术与课程教学的整合，其实是从历史的角度作出的重大决策，是关乎国计民生的战略措施。好在，我们研发中心作为这一重大战略中一个具体工程的实施者，还是尽到了自己的责任。(www.xing528.com)

图2—2—1　用力传感器描绘简谐振动图像

图2—2—2　力传感器描绘出的简谐振动图像

实验例二—用磁感应强度传感器测转速

说起转速测量，首先想到的工具是光电门等计时、计数装置。但基于DIS磁感应强度传感器，中学物理教材主编张越先生灵机一动，想出了一个用磁感应强度传感器测转速的创新实验，原理简单、设计新颖[图2—2—3（a）]，而且与很多汽车的转速表结构相符，令人大受启发。所获得的“磁感应强度—时间”图线清晰地展现了放置磁铁的转台逐渐减速的过程[图2—2—3（b）]。

图2—2—3