范春陽

【摘? 要】隨著新課程改革的不斷推進，教學(xué)課堂構(gòu)建的優(yōu)化得到進一步的重視，將現(xiàn)代技術(shù)與課程教學(xué)結(jié)合成為教師開展教學(xué)的重要方式。物理教師在高中物理教學(xué)中運用DIS實驗技術(shù)，不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，同時還能讓物理實驗教學(xué)更加豐富，有利于提高物理教師教學(xué)的有效性，幫助學(xué)生更好地掌握物理知識，建立物理認知?；诖耍疚囊浴疤骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗為例，以DIS實驗促進高中物理教學(xué)的研究展開探討，以期為物理教師提供有效教學(xué)思路。

【關(guān)鍵詞】高中；物理；DIS實驗；實驗優(yōu)化

高中物理課程標(biāo)準明確提出，物理教師必須要遵循“立德樹人”的教學(xué)理念，以物理核心素養(yǎng)作為培養(yǎng)學(xué)生的教學(xué)導(dǎo)向，對教學(xué)方式進行豐富與拓展，以此為學(xué)生提供一個良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。因此，物理教師必須要加強課程內(nèi)容、生活知識與技術(shù)發(fā)展之間的關(guān)聯(lián)性，重視應(yīng)用物理知識過程中表現(xiàn)出的問題，通過DIS實驗技術(shù)來改良傳統(tǒng)實驗，將實驗教學(xué)的作用最大化地發(fā)揮，提高物理實驗教學(xué)效果，以此有效地促進物理教學(xué)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)探究意識，培養(yǎng)學(xué)生物理能力。

一、DIS實驗在高中物理實驗教學(xué)的價值

（一）可視化實驗過程

受現(xiàn)代化、數(shù)字化技術(shù)水平所影響，教育信息化程度較為不足，因此在傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)中，物理實驗的可視化特點往往難以得到充分的體現(xiàn)。而在物理實驗教學(xué)中應(yīng)用DIS實驗技術(shù)，可以以數(shù)字化系統(tǒng)為依據(jù)，讓學(xué)生對實驗的總體流程進行細致的觀察，具有重要的應(yīng)用優(yōu)勢。通過DIS實驗技術(shù)的運用，可以讓物理實驗更加可視化，有利于學(xué)生進行更加細致、全面的觀察，形成科學(xué)、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(tǒng)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(xué)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(shù)值關(guān)系，在實驗時間方面可能存在一定的短板，學(xué)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(shù)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(xué)生直觀地掌握實驗信息，也提升學(xué)生對數(shù)據(jù)圖像的處理能力。

（二）彌補傳統(tǒng)實驗空白

實驗設(shè)計是物理教師開展物理實驗教學(xué)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，對于最終的物理教學(xué)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(tǒng)的物理實驗教學(xué)中往往存在多方面問題，以至于無法充分發(fā)揮出物理實驗在物理課程教學(xué)當(dāng)中的教學(xué)價值，難以有效地確保實驗教學(xué)成果。通過DIS實驗技術(shù)的應(yīng)用，可以有效彌補傳統(tǒng)實驗的空白，讓物理實驗教學(xué)更加靈活，也更符合高中物理課程標(biāo)準的要求。

“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)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(xué)的核心規(guī)律，由此可見這個實驗的重要作用。這個實驗首先應(yīng)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(zhì)量的關(guān)系”，一味地注重結(jié)果，卻忽視了實驗探究最重要的意義：培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

此外，從教學(xué)內(nèi)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(xué)習(xí)難度，需要物理教師采取有效的教學(xué)手段來提高教學(xué)的有效性，因此在物理實驗教學(xué)中應(yīng)用DIS實驗技術(shù)可以有效地彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的不足之處，讓學(xué)生轉(zhuǎn)變機械式記憶知識的學(xué)習(xí)方法，使物理課程的學(xué)習(xí)更加具有趣味性與靈活性。因此，物理教師在物理實驗教學(xué)中應(yīng)用DIS實驗技術(shù)，可以進一步改善學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境，提高教學(xué)的實效性。

二、DIS實驗在高中物理實驗教學(xué)的應(yīng)用原則

（一）需正確認識DIS

科學(xué)性是應(yīng)用技術(shù)的首要原則，物理教師在物理實驗教學(xué)中應(yīng)用DIS實驗技術(shù)，必須要正確認識DIS實驗技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢與應(yīng)用要點，并基于科學(xué)性的原則對DIS實驗技術(shù)進行合理的應(yīng)用。物理教師必須要轉(zhuǎn)變自身的教學(xué)觀念，正視DIS實驗技術(shù)在教學(xué)當(dāng)中存在的意義與功能，主動接納并能夠在教學(xué)活動當(dāng)中運用先進技術(shù)。

此外，傳統(tǒng)實驗對學(xué)生觀察能力要求高，實驗過程長、觀測次數(shù)多、還需要反復(fù)操作，能夠提升學(xué)生的耐心和耐力。在本實驗中，傳統(tǒng)實驗法需要打10根以上的紙帶，重復(fù)多次操作可以大大提升學(xué)生的觀察能力。而DIS實驗在上述能力培養(yǎng)方面存在一定的不足。現(xiàn)行教材教學(xué)大綱要求，學(xué)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(shù)。傳統(tǒng)實驗十分重視這一方面，如何選擇器材及規(guī)范使用，讀數(shù)時要注意儀器的量程和精確度。而DIS實驗，大部分讀數(shù)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(xué)習(xí)DIS實驗技術(shù)的應(yīng)用方式與要求，并在此基礎(chǔ)之上將傳統(tǒng)教學(xué)的特色與現(xiàn)代技術(shù)的優(yōu)勢進行充分的結(jié)合，最大化突出傳統(tǒng)教學(xué)與現(xiàn)代技術(shù)的教學(xué)效果，通過二者的優(yōu)勢互補提高整體的教學(xué)質(zhì)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(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的理論性物理知識，同時還需要學(xué)生能夠掌握基本的實踐能力，只有學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握并應(yīng)用知識，才能夠?qū)ξ锢碇R進行深入、透徹的理解。因此，物理教師在開展物理實驗教學(xué)活動時，必須要遵循實踐性的原則，并在此基礎(chǔ)上為學(xué)生提供觀察實驗與實踐操作的機會，幫助學(xué)生獲得良好的學(xué)習(xí)體驗，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。為此，物理教師在設(shè)計物理實驗教學(xué)時，需要對教學(xué)環(huán)節(jié)進行合理的安排，在保證學(xué)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(yīng)當(dāng)為學(xué)生保留實踐環(huán)節(jié)，為學(xué)生提供充足的時間進行動手操作，有效推進物理實驗教學(xué)。

三、高中物理實驗教學(xué)有效應(yīng)用DIS實驗的分析

（一）難以觀測的實驗

在高中物理實驗教學(xué)中，部分物理實驗的實驗現(xiàn)象往往難以觀測，實驗現(xiàn)象也較為模糊，實驗用時較短，學(xué)生無法清晰地掌握物理實驗現(xiàn)象。

本實驗通過優(yōu)化后，將傳統(tǒng)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(tǒng)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(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)，給小車一個初速度，讓小車在軌道上自由滑行，當(dāng)小車經(jīng)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(xué)，往往易于受到多方面因素影響而遇到多方面問題，導(dǎo)致物理實驗存在不可控的問題，以至于物理教師需要占據(jù)更多的教學(xué)時間進行調(diào)整。

本實驗中若是通過傳統(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)誤差。而通過DIS實驗技術(shù)進行物理實驗，可以通過傳感器獲取實驗數(shù)據(jù)，有利于保障實驗的可控性與數(shù)據(jù)的準確性。

（三）數(shù)據(jù)處理要求高

受課堂教學(xué)時間所限制，物理教師在組織學(xué)生進行實驗測量時，往往只能夠?qū)λ@得的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的測量也無法有效地確保數(shù)據(jù)的精準。

本實驗中，傳統(tǒng)的實驗方式除了得到數(shù)據(jù)需要很大的計算量，得到數(shù)據(jù)后也難以找出加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系。而通過DIS實驗技術(shù)，快速得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，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(guān)系，突破傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ街写嬖诘木窒扌裕瑢W(xué)生在探究的過程中體驗到探究的樂趣和得到結(jié)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(tǒng)誤差，但在實驗誤差中的占比較?。坏诙N是偶然誤差，且由于傳統(tǒng)實驗通常都需要學(xué)生通過人工的方式收集信息并計算數(shù)據(jù)，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(shù)進行物理實驗，可以通過計算機自動收集實驗數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)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(shù)可以得到比較精確的數(shù)據(jù)。學(xué)生通過實驗數(shù)據(jù)先擬合出a-M圖像，發(fā)現(xiàn)是一條曲線[圖（c）]，學(xué)生聯(lián)系已有的數(shù)學(xué)知識通過分析討論得到各種假設(shè)，然后再去擬合驗證所提出的假設(shè)，最后發(fā)現(xiàn)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(zhì)量成反比。本實驗中，探究過程遠比實驗結(jié)果重要。

四、結(jié)束語

綜上所述，物理教師若想要更好地在物理教學(xué)活動中應(yīng)用DIS實驗技術(shù)，必須要轉(zhuǎn)變自身教學(xué)觀念，正確認識到DIS實驗技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢與不足，遵循DIS實驗技術(shù)的應(yīng)用原則，將傳統(tǒng)教學(xué)的特色與現(xiàn)代技術(shù)的優(yōu)勢進行充分的結(jié)合，通過科學(xué)、合理的方式應(yīng)用DIS實驗技術(shù)，通過計算機生成數(shù)據(jù)與圖表，提高實驗的可控性與精確性，讓學(xué)生在物理實驗觀測時有更好的體驗感，更容易地掌握相關(guān)物理知識，提高物理教學(xué)的有效性。

【參考文獻】

[1]林亦靜.高中物理教學(xué)中DIS實驗的應(yīng)用及影響因素研究[J].中華活頁文選：高中版，2021（21）：3.

[2]牛志慧，王義堂，畢延新.基于核心素養(yǎng)的高中物理DIS實驗教學(xué)實踐研究——以“探究加速度與力，質(zhì)量的關(guān)系實驗”為例[J].教育與裝備研究，2022，38（3）：6.