高中物理DIS实验教学在高一力学教学中的实践模式探索

摘 要：高中物理作为高中阶段的重要学科，力学知识是学生物理学习的难点，也是教师教学的难点。DIS实验作为一种先进的实验手段，能有效突破力学教学中的难点问题。在新课程改革的背景下，DIS实验方法在高中物理力学教学中得到广泛应用，有助于提升学生物理学习能力和综合素养。在此基础上，文章探索了高中物理DIS实验教学在高一力学教学中的实践，旨在深化学生对力学知识的理解，提升学生的物理探究能力和物理核心素养。

关键词：高中物理；DIS实验；力学

随着新课标和新高考改革的深入推进，高中物理实验教学面临着更高的要求。然而，当前高中物理实验教学现状却呈现出一些不尽如人意的情况，一方面，实验教学往往过于程序化，学生缺少对实验原理的深入理解和探究，导致在实验数据处理时困难重重；另一方面，实验教学效率低下，课堂上往往只有少数学生能够亲自动手进行实验，而大多数学生则成为实验的旁观者。这样的实验教学现状不仅难以满足新课标对培养学生科学素养和创新能力的要求，更难以适应新高考对学生实验能力和实践能力的考查。因此，探索和实施DIS实验教学成为解决这些问题的有效途径。

一、DIS实验和DIS实验教学

DIS实验系统，全称“Digital Information System”。该系统依托20世纪末至本世纪初的前沿科技，将现代电子设备与实验教学相结合，为教育领域带来了革命性的变革。DIS实验系统主要由传感器、数据采集器和图形计算机组成，传感器能实时采集多样化实验数据，如电流、电压、位移等，并转化为电信号；数据采集器连接传感器和计算机，负责数据转换和分析，最多可同时接插四种传感器；图形计算机通过专业软件，实时显示数据、绘制曲线图、分析数据，极大便利了实验教学[1]。这些设备共同构成了一个高效、精准的实验数据获取和处理系统。

DIS实验教学借助这些现代化设备，实现了实验信息的快速、准确、动态采集和实时数字化显示，使得实验教学更加直观、生动和高效。这种教学模式不仅提高了学生的实验技能，还培养了学生的科学素养和创新能力，为培养具有创新精神和实践能力的高素质人才提供了有力支持。

二、DIS实验教学的优势

（一）创造全新的学习环境，深化学习体验

DIS实验教学能够创造全新的学习环境，对于提升学生的学习体验具有显著影响。传统实验教学往往受限于实验器材、场地等因素，使得实验过程显得较为单调和局限。而DIS实验教学通过引入数字化、信息化的手段，打破了这些限制，为学生提供了更加广阔、灵活的学习空间。在DIS实验教学中，学生能够通过计算机、传感器等现代化设备，亲身体验物理现象的变化过程[2]。数字化实验系统能够实时采集、处理和分析实验数据，使得实验结果更加直观、生动。学生通过观察实验数据的动态变化，深入理解物理概念和规律，增强学习的趣味性和互动性。此外，DIS实验教学还能够为学生提供个性化的学习支持，系统根据学生的学习情况和兴趣点，推荐适合的实验内容和难度，使得每名学生都能够得到适合自己的学习体验。

（二）引入探究工具，提升探究能力

DIS实验教学提供的数字化实验设备，特别是实时动态显示物理量的功能，为学生培养探究能力提供了强有力的支持。在传统实验教学中，学生往往需要手动记录实验数据，再进行后期处理，这种方式不仅耗时，而且容易出错。而在DIS实验教学中，传感器能够实时采集数据并通过软件界面动态显示，让学生能够直观地观察到物理量的变化过程，极大地提高了实验的实时性和准确性。这种实时动态显示的功能，使得学生能够在实验过程中快速获取反馈，及时调整实验方案，更深入地理解物理现象和规律。学生不再是被动地接受知识，而是能够主动参与到实验过程中，通过实际操作和观察，发现问题、解决问题，培养独立思考和探究问题的能力。

（三）优化实验教学，高效利用资源

DIS实验教学通过数字化、信息化的手段，极大地提升了物理实验教学的效率[3]。数字化实验设备具有高精度、高稳定性等特点，能够确保实验数据的准确性和可靠性。数字化实验软件能够快速处理和分析实验数据，并生成实验报告和图表等成果，减少了教师的工作量和学生的学习时间。数字化实验平台能够实现远程教学和资源共享，使得实验教学更加灵活和便捷。此外，DIS实验教学还能够优化资源配置。通过数字化实验平台，学校能够合理配置实验资源，避免资源的浪费和重复建设。同时，数字化实验平台还能实现实验资源的共享和远程访问，使得更多的学生能够享受到优质的实验教学资源。

三、DIS实验教学在高一力学教学中的实践模式

（一）“概念—原理”模式——深化理解，探索本质

“概念—原理”是一种通过实验引导来深化学生物理概念认知的DIS实验教学模式，它借助实际操作帮助学生掌握物理概念的核心意义及实验背后的理论基础，确保学生能精准把握实验的关键

点[4]。该教学流程包括四个步骤：概念解析、深化提问、动手实验、原理感悟。

以鲁科版高中物理必修1“瞬时速度测量”相关内容教学为例，这一概念涉及物体在特定时刻或位置的速度测量。教学可始于对平均速度的探讨，提出启发性问题，如缩小表示平均速度的位移与时间意味着什么？当这些变量趋近于零时，又暗示了什么？这样的问题旨在激发学生通过实验去探究公路车辆瞬时速度测量技术的奥秘。具体实验实践流程为：首先，在实验轨道一端安装光电门传感器并与数据采集系统连接；接着，使用配套软件选择“瞬时速度测量”项目；配置小车携带挡光片，启动数据记录功能，令小车自同一起点静止释放下滑，通过光电门的瞬间即可获得其瞬时速度。挡光片宽度（Δd）预设四档标准值，分别是0.080米、0.060米、0.040米、0.020米，也可按实验需求调整。此过程不仅展示了光电门的运用，还暗含了分体或一体式位移传感器测量瞬时速度的通用原则——即在极短时间内位移与时间比值的测定。

学生通过此类实验活动，需在解决问题的实践中逐步理解实验原理，这不仅要求理解物理知识的本质，更促使其发展观察现象、逻辑推导及洞察本质的综合能力。实验探究不仅加深了学生对瞬时速度等概念的理解，还促进了想象力、逻辑推理技巧以及从表面现象探寻深层规律能力的全面提升。

（二）“设计—探究”模式——自主设计，探究新知

“设计—探究”模式是一种旨在促进学生主动思考与实践的DIS实验教学模式，强调学生依据特定问题进行预测、独立规划实验方案，并设定评价标准。此模式的优势在于，它鼓励学生在自我驱动下监督实验进展，适时调整策略。其执行步骤依次为：问题确立、假设构建、实验方案设计、动手实验以及数据分析与评价。

以鲁科版高中物理必修1“在合力恒定时，加速度与质量关系”相关知识教学为例。核心问题是：当作用力维持不变时，质量的增减如何影响物体的加速度变化？初步理论分析提示，质量增加导致物体更难以加速，暗示加速度与质量可能呈反向相关。基于此，学生形成假设：在恒定外力作用下，加速度与质量成反比。接下来，实验设计环节采用“朗威”数字化实验平台，精准测量力的大小、小车质量，并利用速度－时间（v-t）图来确定加速度a。实验设计包括五组不同质量的小车测试，每组实验记录相关数据，以构建a与M之间的关系图。具体操作如下：首先，将分体式位移传感器的发送端安装至小车上，接收端稳固于轨道末端，通过调整轨道上的滑轮确保细绳与轨道平行，加载细沙以提供恒定拉力，启动记录功能后释放小车使之沿轨道运动。随后，利用计算机对收集到的数据进行处理，绘制v-t图以提取加速度值，并在改变小车质量后重复上述过程，最终通过计算机生成a与M的图形关系。在数据分析阶段，初始的a-M图呈现非线性特征，提示两者间关系可能涉及复杂函数类型。鉴于先前的反比假设，学生尝试通过构建a与M的倒数（1/M）的图像，成功揭示了两者间的直接正比关系，证实了加速度与质量的倒数成正比的物理定律。

通过“设计—探究”模式，每位学生在动手实验的过程中不仅验证了科学原理，而且学会了如何从问题出发，通过合理假设、严谨实验设计直至数据分析，这一系列科学探究的核心技能。这样的学习过程不仅提高了学生解决实际问题的能力，也提升了学生学习主动性和综合素养。

（三）“方法—突破”模式——创新方法，突破难点

“方法—突破”模式在DIS实验教学中，强调通过科学合理地选择实验方法，来突破学生在实验过程中可能遇到的思维定式和重难点[5]。该模式鼓励学生从实验目的出发，引申出具有挑战性的问题，并自主选择和运用有效的实验方法。通过实验操作，学生不仅能够解决问题，还能在实验过程中感知物理规律，激发学生学习物理的主动性和创造性。

例如，在鲁科版高中物理必修1“加速度测定”相关知识点的教学中，教师可先设置一系列引导性问题：“如何准确测量加速度？所需的实验设备有哪些？采取何种策略来完成测量？”促使学生基于对加速度概念的认知及匀加速直线运动规律的理解，提出多样的实验方案——直接计算某段位移内的初末速度差与时间的关系，或者通过绘制速度—时间（v-t）图来间接求得加速度。在第一种方法中，实验步骤涉及配置实验装置，确保光电门传感器与数据采集系统有效对接，并精确测量两光电门间距L。随后，使小车在轨道上受恒定拉力作用做匀加速直线运动，记录下小车通过两个光电门时的速度v1与v2，再依据匀加速运动的基本公式计算得出加速度值。第二种方法则转向了现代技术的应用，即安装分体式位移传感器与数据采集器相连，同样条件下让小车匀加速行驶，但这次是通过电脑软件对收集到的数据进行处理，生成v-t图，从图中直接读取或通过曲线拟合计算加速度。

两种实验途径证明，依据实验条件和理论基础的不同，选择不同的策略来测定加速度，教师在其中扮演引导者角色，鼓励学生自主探索，这一做法极大地提升了学生的思维灵活性和问题解决的能力，同时激发了学生的学习主动性和创新意识。通过这种“方法—突破”模式，学生不仅学会了在实验中灵活运用知识，更重要的是，学会了在面对复杂问题时，勇于挑战既有观念，创新思维，寻找最适合的解决方案。

（四）“生活—建模”模式——联系生活，构建模型

“生活—建模”模式是一种将日常生活现象提炼转化为物理模型的DIS实验教学。该模式通过将学生的日常生活体验与物理实验相结合，借助多样化实践活动搭建模型，有效促进了从生活实例到物理理论模型的自然过渡，极大地增强了学生的模型建构能力。整个操作流程包括生活现象与物理知识的链接、动手实验、模型构建及实验性感知。

以鲁科版高中物理必修2“过山车模型实验”相关知识点的教学为例，教学活动巧妙融入学生乘坐过山车的生活体验，将二维运动传感器在轨道上的行为比喻为过山车的运行。实验具体步骤包括：先将二维运动传感器的接收端固定于铁架台上，与轨道垂直对齐，并与计算机相连。随后，开启传感器发射端并置于轨道最低点，通过“零点设置”校准坐标起点，开始记录数据。实验通过在不同位置静置释放发射端，使之沿轨道完成圆周运动，系统自动追踪并记录其轨迹。实验中，通过调节发射端的起始高度，探讨完成完整圆周运动的条件限制。学生在教师指导下，对比分析不同释放高度下所得数据点分布图，构建过山车模型，领悟完成过山车最高点圆周运动所需的最小速度原理。

通过在真实生活场景中嵌入物理问题，不仅使DIS实验教学变得更加生动有趣，也促使学生在解决实际问题的过程中深刻把握物理概念，有效提升将抽象理论模型化的能力。这种教学模式不仅加强了理论与实践的结合，还促进了学生对物理世界的直观感受与深刻理解，激发了探索未知的欲望，全面提升个人的科学素养与创新能力。

结束语

DIS实验教学在高一力学教学中的应用，显著地优化了学习环境和提升了学习体验。它不仅将抽象的力学原理转化为具体的实践操作，让学生能够在亲手操作中深化对力学知识的理解，更通过引入先进的探究工具，培养了学生的科学探究能力和解决问题的能力。此外，“概念—原理”“设计—探究”“方法—突破”以及“生活—建模”这四种实践模式，不仅丰富了教学内容，也使学生能够在多样化的学习活动中，逐步构建起完整的力学知识体系。因此，DIS实验教学无疑是高中物理力学教学中的一大亮点，其带来的积极影响值得在今后的教学中继续深入探索和实践。

参考文献

[1]唐漪.DIS实验在物理教学中的应用策略研究[J].启迪与智慧（上），2024（4）：127-129.

[2]江绪华，李峥，黄稚涓.高中物理基于DIS的实验微课的开发与实践[J].今日教育，2023（6）：56-57.

[3]黄晓博，呼格吉乐.传统实验与DIS实验在高中物理教学中的对比研究：以“平抛运动”实验教学为例[J].中学物理教学参考，2023，52（12）：67-68.

[4]范春阳.以DIS实验促进高中物理教学的研究[J].文理导航（中旬），2023（5）：94-96.

[5]万庆.DIS实验在高中物理力学教学中的应用分析[J].广西物理，2021，42（2）：68-71.