以DIS實驗促進高中物理教學的研究

范春陽

【摘? 要】隨著新課程改革的不斷推進，教學課堂構建的優化得到進一步的重視，將現代技術與課程教學結合成為教師開展教學的重要方式。物理教師在高中物理教學中運用DIS實驗技術，不僅能夠提高學生學習積極性，同時還能讓物理實驗教學更加豐富，有利于提高物理教師教學的有效性，幫助學生更好地掌握物理知識，建立物理認知?；诖?，本文以“探究加速度與力、質量的關系”實驗為例，以DIS實驗促進高中物理教學的研究展開探討，以期為物理教師提供有效教學思路。

【關鍵詞】高中；物理；DIS實驗；實驗優化

高中物理課程標準明確提出，物理教師必須要遵循“立德樹人”的教學理念，以物理核心素養作為培養學生的教學導向，對教學方式進行豐富與拓展，以此為學生提供一個良好的學習環境。因此，物理教師必須要加強課程內容、生活知識與技術發展之間的關聯性，重視應用物理知識過程中表現出的問題，通過DIS實驗技術來改良傳統實驗，將實驗教學的作用最大化地發揮，提高物理實驗教學效果，以此有效地促進物理教學，激發學生的學習探究意識，培養學生物理能力。

一、DIS實驗在高中物理實驗教學的價值

（一）可視化實驗過程

受現代化、數字化技術水平所影響，教育信息化程度較為不足，因此在傳統的物理實驗教學中，物理實驗的可視化特點往往難以得到充分的體現。而在物理實驗教學中應用DIS實驗技術，可以以數字化系統為依據，讓學生對實驗的總體流程進行細致的觀察，具有重要的應用優勢。通過DIS實驗技術的運用，可以讓物理實驗更加可視化，有利于學生進行更加細致、全面的觀察，形成科學、客觀的物理觀，掌握物理知識與實驗原理。

本實驗中利用傳統的小桶、小車、紙帶、打點計時器等實驗器材進行物理實驗，雖然學生通過紙帶可以較為直觀地看出小車運行速度的大概變化情況，但無法通過肉眼辨別小車速度變化的具體數值關系，在實驗時間方面可能存在一定的短板，學生通過打點計時器在紙帶上記錄下來的實驗信息計算出速度變化需要一定的時間。物理教師通過DIS實驗技術進行物理實驗，在軌道和小車上分別裝載位移傳感器，記錄下小車在各個時間點的位移，在軟件中擬合出X-t圖像，有利于學生直觀地掌握實驗信息，也提升學生對數據圖像的處理能力。

（二）彌補傳統實驗空白

實驗設計是物理教師開展物理實驗教學的基礎環節，對于最終的物理教學效果有著決定性的作用。從客觀角度來看，受時間、空間因素所影響，在傳統的物理實驗教學中往往存在多方面問題，以至于無法充分發揮出物理實驗在物理課程教學當中的教學價值，難以有效地確保實驗教學成果。通過DIS實驗技術的應用，可以有效彌補傳統實驗的空白，讓物理實驗教學更加靈活，也更符合高中物理課程標準的要求。

“探究加速度與力、質量的關系”這個實驗是牛頓第二定律的重要鋪墊，而牛頓第二定律是動力學的核心規律，由此可見這個實驗的重要作用。這個實驗首先應重視“探究”二字，然而許多教師把實驗做成了“驗證加速度與力、質量的關系”，一味地注重結果，卻忽視了實驗探究最重要的意義：培養學生物理學科核心素養。

此外，從教學內容來看，高中物理課程對于知識的探討更加深入，具有一定的學習難度，需要物理教師采取有效的教學手段來提高教學的有效性，因此在物理實驗教學中應用DIS實驗技術可以有效地彌補傳統教學模式中存在的不足之處，讓學生轉變機械式記憶知識的學習方法，使物理課程的學習更加具有趣味性與靈活性。因此，物理教師在物理實驗教學中應用DIS實驗技術，可以進一步改善學生學習環境，提高教學的實效性。

二、DIS實驗在高中物理實驗教學的應用原則

（一）需正確認識DIS

科學性是應用技術的首要原則，物理教師在物理實驗教學中應用DIS實驗技術，必須要正確認識DIS實驗技術的應用優勢與應用要點，并基于科學性的原則對DIS實驗技術進行合理的應用。物理教師必須要轉變自身的教學觀念，正視DIS實驗技術在教學當中存在的意義與功能，主動接納并能夠在教學活動當中運用先進技術。

此外，傳統實驗對學生觀察能力要求高，實驗過程長、觀測次數多、還需要反復操作，能夠提升學生的耐心和耐力。在本實驗中，傳統實驗法需要打10根以上的紙帶，重復多次操作可以大大提升學生的觀察能力。而DIS實驗在上述能力培養方面存在一定的不足?，F行教材教學大綱要求，學生要掌握正確使用儀器的方式與方法，并完成實驗的觀察、測量和讀數。傳統實驗十分重視這一方面，如何選擇器材及規范使用，讀數時要注意儀器的量程和精確度。而DIS實驗，大部分讀數都由計算機完成，在這方面的能力鍛煉略有不足。

所以物理教師必須要主動學習DIS實驗技術的應用方式與要求，并在此基礎之上將傳統教學的特色與現代技術的優勢進行充分的結合，最大化突出傳統教學與現代技術的教學效果，通過二者的優勢互補提高整體的教學質量。

（二）需堅持實踐原則

物理作為一門兼具理論性與實踐性的課程，不僅需要學生學習基礎的理論性物理知識，同時還需要學生能夠掌握基本的實踐能力，只有學生學習、掌握并應用知識，才能夠對物理知識進行深入、透徹的理解。因此，物理教師在開展物理實驗教學活動時，必須要遵循實踐性的原則，并在此基礎上為學生提供觀察實驗與實踐操作的機會，幫助學生獲得良好的學習體驗，提高學生的學習質量。為此，物理教師在設計物理實驗教學時，需要對教學環節進行合理的安排，在保證學生能夠有充足的時間對物理實驗進行觀察、思考的同時，還應當為學生保留實踐環節，為學生提供充足的時間進行動手操作，有效推進物理實驗教學。

三、高中物理實驗教學有效應用DIS實驗的分析

（一）難以觀測的實驗

在高中物理實驗教學中，部分物理實驗的實驗現象往往難以觀測，實驗現象也較為模糊，實驗用時較短，學生無法清晰地掌握物理實驗現象。

本實驗通過優化后，將傳統實驗器材中的木板、小車換成粗糙程度更均勻的DIS軌道小車；用光電門傳感器和采集器替換傳統的打點計時器來測量計算小車的加速度。由于不用打點計時器，所以實驗中的阻力主要來源于小車和軌道之間的摩擦力。在軌道的任意兩個位置固定光電門，在DIS軟件中設置好相應的參數，給小車一個初速度，讓小車在軌道上自由滑行，當小車經過每個光電門時，立即顯示出小車的速度。比較表中的V1、V2的值可以快速地判斷出摩擦力是否平衡，表格中第2次小車通過兩個光電門的速度相差萬分之一，這樣摩擦力基本平衡。

（二）難以控制的實驗

物理實驗作為實踐性教學，往往易于受到多方面因素影響而遇到多方面問題，導致物理實驗存在不可控的問題，以至于物理教師需要占據更多的教學時間進行調整。

本實驗中若是通過傳統的實驗方式進行，便需要物理教師準備裝有沙子的小桶，但在實際裝沙子的過程中往往無法完全確保沙子是否會有灑落的情況，且小車在木板上運動時常常會出現輕微的歪斜情況，不僅需要物理教師重新對實驗器材進行處理，同時也易于出現誤差。而通過DIS實驗技術進行物理實驗，可以通過傳感器獲取實驗數據，有利于保障實驗的可控性與數據的準確性。

（三）數據處理要求高

受課堂教學時間所限制，物理教師在組織學生進行實驗測量時，往往只能夠對所獲得的數據進行較為粗略的計算或是定性研究，難以完成定量計算，對于實驗數據的測量也無法有效地確保數據的精準。

本實驗中，傳統的實驗方式除了得到數據需要很大的計算量，得到數據后也難以找出加速度與力、質量之間的關系。而通過DIS實驗技術，快速得到相應的數據，再通過軟件進行描點[圖（a）]和圖像擬合[圖（b）]，得到a－F圖像，較為精確地得出加速度與力之間的關系，突破傳統實驗模式中存在的局限性，學生在探究的過程中體驗到探究的樂趣和得到結論的喜悅。

（四）測量精度要求高

在進行實際的物理實驗時，無法避免的主要問題便是實驗的誤差，其主要分為兩種類別：第一種是系統誤差，但在實驗誤差中的占比較??；第二種是偶然誤差，且由于傳統實驗通常都需要學生通過人工的方式收集信息并計算數據，因此偶然誤差在實驗誤差中的占比較多。而通過DIS實驗技術進行物理實驗，可以通過計算機自動收集實驗數據，在坐標系中畫點、擬合圖像，以此最大程度降低物理實驗中的偶然誤差。

本實驗中通過DIS實驗技術可以得到比較精確的數據。學生通過實驗數據先擬合出a-M圖像，發現是一條曲線[圖（c）]，學生聯系已有的數學知識通過分析討論得到各種假設，然后再去擬合驗證所提出的假設，最后發現a-圖像是一條幾乎通過原點的直線[圖（d）]，所以得到加速度與質量成反比。本實驗中，探究過程遠比實驗結果重要。

四、結束語

綜上所述，物理教師若想要更好地在物理教學活動中應用DIS實驗技術，必須要轉變自身教學觀念，正確認識到DIS實驗技術的應用優勢與不足，遵循DIS實驗技術的應用原則，將傳統教學的特色與現代技術的優勢進行充分的結合，通過科學、合理的方式應用DIS實驗技術，通過計算機生成數據與圖表，提高實驗的可控性與精確性，讓學生在物理實驗觀測時有更好的體驗感，更容易地掌握相關物理知識，提高物理教學的有效性。

【參考文獻】

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