以DIS实验促进高中物理教学的研究

范春阳

【摘  要】随着新课程改革的不断推进，教学课堂构建的优化得到进一步的重视，将现代技术与课程教学结合成为教师开展教学的重要方式。物理教师在高中物理教学中运用DIS实验技术，不仅能够提高学生学习积极性，同时还能让物理实验教学更加丰富，有利于提高物理教师教学的有效性，帮助学生更好地掌握物理知识，建立物理认知。基于此，本文以“探究加速度与力、质量的关系”实验为例，以DIS实验促进高中物理教学的研究展开探讨，以期为物理教师提供有效教学思路。

【关键词】高中；物理；DIS实验；实验优化

高中物理课程标准明确提出，物理教师必须要遵循“立德树人”的教学理念，以物理核心素养作为培养学生的教学导向，对教学方式进行丰富与拓展，以此为学生提供一个良好的学习环境。因此，物理教师必须要加强课程内容、生活知识与技术发展之间的关联性，重视应用物理知识过程中表现出的问题，通过DIS实验技术来改良传统实验，将实验教学的作用最大化地发挥，提高物理實验教学效果，以此有效地促进物理教学，激发学生的学习探究意识，培养学生物理能力。

一、DIS实验在高中物理实验教学的价值

（一）可视化实验过程

受现代化、数字化技术水平所影响，教育信息化程度较为不足，因此在传统的物理实验教学中，物理实验的可视化特点往往难以得到充分的体现。而在物理实验教学中应用DIS实验技术，可以以数字化系统为依据，让学生对实验的总体流程进行细致的观察，具有重要的应用优势。通过DIS实验技术的运用，可以让物理实验更加可视化，有利于学生进行更加细致、全面的观察，形成科学、客观的物理观，掌握物理知识与实验原理。

本实验中利用传统的小桶、小车、纸带、打点计时器等实验器材进行物理实验，虽然学生通过纸带可以较为直观地看出小车运行速度的大概变化情况，但无法通过肉眼辨别小车速度变化的具体数值关系，在实验时间方面可能存在一定的短板，学生通过打点计时器在纸带上记录下来的实验信息计算出速度变化需要一定的时间。物理教师通过DIS实验技术进行物理实验，在轨道和小车上分别装载位移传感器，记录下小车在各个时间点的位移，在软件中拟合出X-t图像，有利于学生直观地掌握实验信息，也提升学生对数据图像的处理能力。

（二）弥补传统实验空白

实验设计是物理教师开展物理实验教学的基础环节，对于最终的物理教学效果有着决定性的作用。从客观角度来看，受时间、空间因素所影响，在传统的物理实验教学中往往存在多方面问题，以至于无法充分发挥出物理实验在物理课程教学当中的教学价值，难以有效地确保实验教学成果。通过DIS实验技术的应用，可以有效弥补传统实验的空白，让物理实验教学更加灵活，也更符合高中物理课程标准的要求。

“探究加速度与力、质量的关系”这个实验是牛顿第二定律的重要铺垫，而牛顿第二定律是动力学的核心规律，由此可见这个实验的重要作用。这个实验首先应重视“探究”二字，然而许多教师把实验做成了“验证加速度与力、质量的关系”，一味地注重结果，却忽视了实验探究最重要的意义：培养学生物理学科核心素养。

此外，从教学内容来看，高中物理课程对于知识的探讨更加深入，具有一定的学习难度，需要物理教师采取有效的教学手段来提高教学的有效性，因此在物理实验教学中应用DIS实验技术可以有效地弥补传统教学模式中存在的不足之处，让学生转变机械式记忆知识的学习方法，使物理课程的学习更加具有趣味性与灵活性。因此，物理教师在物理实验教学中应用DIS实验技术，可以进一步改善学生学习环境，提高教学的实效性。

二、DIS实验在高中物理实验教学的应用原则

（一）需正确认识DIS

科学性是应用技术的首要原则，物理教师在物理实验教学中应用DIS实验技术，必须要正确认识DIS实验技术的应用优势与应用要点，并基于科学性的原则对DIS实验技术进行合理的应用。物理教师必须要转变自身的教学观念，正视DIS实验技术在教学当中存在的意义与功能，主动接纳并能够在教学活动当中运用先进技术。

此外，传统实验对学生观察能力要求高，实验过程长、观测次数多、还需要反复操作，能够提升学生的耐心和耐力。在本实验中，传统实验法需要打10根以上的纸带，重复多次操作可以大大提升学生的观察能力。而DIS实验在上述能力培养方面存在一定的不足。现行教材教学大纲要求，学生要掌握正确使用仪器的方式与方法，并完成实验的观察、测量和读数。传统实验十分重视这一方面，如何选择器材及规范使用，读数时要注意仪器的量程和精确度。而DIS实验，大部分读数都由计算机完成，在这方面的能力锻炼略有不足。

所以物理教师必须要主动学习DIS实验技术的应用方式与要求，并在此基础之上将传统教学的特色与现代技术的优势进行充分的结合，最大化突出传统教学与现代技术的教学效果，通过二者的优势互补提高整体的教学质量。

（二）需坚持实践原则

物理作为一门兼具理论性与实践性的课程，不仅需要学生学习基础的理论性物理知识，同时还需要学生能够掌握基本的实践能力，只有学生学习、掌握并应用知识，才能够对物理知识进行深入、透彻的理解。因此，物理教师在开展物理实验教学活动时，必须要遵循实践性的原则，并在此基础上为学生提供观察实验与实践操作的机会，帮助学生获得良好的学习体验，提高学生的学习质量。为此，物理教师在设计物理实验教学时，需要对教学环节进行合理的安排，在保证学生能够有充足的时间对物理实验进行观察、思考的同时，还应当为学生保留实践环节，为学生提供充足的时间进行动手操作，有效推进物理实验教学。

三、高中物理实验教学有效应用DIS实验的分析

（一）难以观测的实验

在高中物理实验教学中，部分物理实验的实验现象往往难以观测，实验现象也较为模糊，实验用时较短，学生无法清晰地掌握物理实验现象。

本实验通过优化后，将传统实验器材中的木板、小车换成粗糙程度更均匀的DIS轨道小车；用光电门传感器和采集器替换传统的打点计时器来测量计算小车的加速度。由于不用打点计时器，所以实验中的阻力主要来源于小车和轨道之间的摩擦力。在轨道的任意两个位置固定光电门，在DIS软件中设置好相应的参数，给小车一个初速度，让小车在轨道上自由滑行，当小车经过每个光电门时，立即显示出小车的速度。比较表中的V1、V2的值可以快速地判断出摩擦力是否平衡，表格中第2次小车通过两个光电门的速度相差万分之一，这样摩擦力基本平衡。

（二）难以控制的实验

物理实验作为实践性教学，往往易于受到多方面因素影响而遇到多方面问题，导致物理实验存在不可控的问题，以至于物理教师需要占据更多的教学时间进行调整。

本实验中若是通过传统的实验方式进行，便需要物理教师准备装有沙子的小桶，但在实际装沙子的过程中往往无法完全确保沙子是否会有洒落的情况，且小车在木板上运动时常常会出现轻微的歪斜情况，不仅需要物理教师重新对实验器材进行处理，同时也易于出现误差。而通过DIS实验技术进行物理实验，可以通过传感器获取实验数据，有利于保障实验的可控性与数据的准确性。

（三）数据处理要求高

受课堂教学时间所限制，物理教师在组织学生进行实验测量时，往往只能够对所获得的数据进行较为粗略的计算或是定性研究，难以完成定量计算，对于实验数据的测量也无法有效地确保数据的精准。

本实验中，传统的实验方式除了得到数据需要很大的计算量，得到数据后也难以找出加速度与力、质量之间的关系。而通过DIS实验技术，快速得到相应的数据，再通过软件进行描点[图（a）]和图像拟合[图（b）]，得到a－F图像，较为精确地得出加速度与力之间的关系，突破传统实验模式中存在的局限性，学生在探究的过程中体验到探究的乐趣和得到结论的喜悦。

（四）测量精度要求高

在進行实际的物理实验时，无法避免的主要问题便是实验的误差，其主要分为两种类别：第一种是系统误差，但在实验误差中的占比较小；第二种是偶然误差，且由于传统实验通常都需要学生通过人工的方式收集信息并计算数据，因此偶然误差在实验误差中的占比较多。而通过DIS实验技术进行物理实验，可以通过计算机自动收集实验数据，在坐标系中画点、拟合图像，以此最大程度降低物理实验中的偶然误差。

本实验中通过DIS实验技术可以得到比较精确的数据。学生通过实验数据先拟合出a-M图像，发现是一条曲线[图（c）]，学生联系已有的数学知识通过分析讨论得到各种假设，然后再去拟合验证所提出的假设，最后发现a-图像是一条几乎通过原点的直线[图（d）]，所以得到加速度与质量成反比。本实验中，探究过程远比实验结果重要。

四、结束语

综上所述，物理教师若想要更好地在物理教学活动中应用DIS实验技术，必须要转变自身教学观念，正确认识到DIS实验技术的应用优势与不足，遵循DIS实验技术的应用原则，将传统教学的特色与现代技术的优势进行充分的结合，通过科学、合理的方式应用DIS实验技术，通过计算机生成数据与图表，提高实验的可控性与精确性，让学生在物理实验观测时有更好的体验感，更容易地掌握相关物理知识，提高物理教学的有效性。

【参考文献】

[1]林亦静.高中物理教学中DIS实验的应用及影响因素研究[J].中华活页文选：高中版，2021（21）：3.

[2]牛志慧，王义堂，毕延新.基于核心素养的高中物理DIS实验教学实践研究——以“探究加速度与力，质量的关系实验”为例[J].教育与装备研究，2022，38（3）：6.