文章刊登于《时代教育》杂志2024年7月中旬刊（第14期）
课题：本文系泉州台商投资区教育科学“十四五”规划第二批课题“基于DIS实验技术的高中物理数字化信息实验教学实践研究”（tsjyz14202）阶段性研究成果
高中物理实验教学一直是培养学生科学素养和实践能力的重要环节。随着科技的不断进步，数字化实验技术也逐渐在教学中得到应用。数字化信息系统实验（DIS实验）作为一种新型的实验教学方法，通过数字化手段优化实验过程，为高中物理实验教学带来了新的可能性。
高中物理实验教学一直被视为培养学生动手能力、实践能力和科学精神的重要途径。然而，传统实验教学模式存在着一些不足，如局限性、设备资源不足以及学生实验动手能力的挑战。在这样的背景下引入数字化实验手段，如DIS实验被认为是一种优化教学的新途径。
一、DIS实验在高中物理教学中的重要性
（一）提升实验精度
通过DIS实验，学生利用现代信息技术进行实验，以实现对各种物理量的精准测量。DIS系统能够提供高精度的数据采集，有效减少了人为因素的干扰，使实验结果更加准确可靠。相比传统的实验方法，DIS实验更好地展示实验数据的动态过程，为学生提供直观的实验体验，通过DIS实验，学生能够更深入地理解物理概念，培养准确测量分析数据的能力能够提升实验的精度水平[1]。
（二）提高实验效率
传统的高中物理实验往往需要耗费大量时间，而且在实验过程中也存在诸多困难。比如说，引入DIS系统可以简化实验流程，减少实验时间提高实验效率。DIS系统具有自动连续采集数据，能够帮助学生更快速地完成实验并获得准确的实验结果。
（三）促进实验探究
DIS实验在高中物理教学中的重要性还在于促进对学生实验探究能力的培养，实验教学作为物理学习的重要组成部分，对于培养学生的实验探究能力至关重要。比如，经过DIS实验学生进行实验操作深入分析，DIS实验能够激发学生的学习兴趣，鼓励他们更加主动地参与到知识探究中，培养他们的科学精神。通过参与DIS实验，学生能从数据中发现规律，进一步培养批判性思维，并提升其实验探究能力。
二、高中物理实验教学中存在的问题
（一）传统实验教学模式的局限性
传统的实验教学模式在高中物理教育中一直占据主导地位，然而这种传统模式也存在着一定的局限性。传统实验教学往往注重理论知识的灌输，而忽视了学生的实际动手能力。学生在这样的教学模式下只是机械地跟随实验步骤完成任务，而缺乏对实验现象背后原理的深入理解。难以激发学生的学习兴趣，也限制了他们的创造性思维[2]。
（二）实验设备和资源的不足
第一，由于实验设备更新换代较慢，部分学校的实验设备陈旧且功能单一，无法满足新课改对实验教学的要求。学生缺乏使用先进设备进行实验的机会，影响了他们对科学技术的了解。第二，实验资源的匮乏也制约了实验教学的发展。部分学校在实验经费方面投入不足，导致学生在实验中无法充分展开想象，限制了实验教学的多样性。
（三）学生实验动手能力的不足
第一，部分学生缺乏实际动手操作的机会。传统的实验教学模式下学生的实际操作时间有限，缺乏系统性的实验训练，导致他们在实验中操作的准确性受到一定影响。第二，学生缺乏对实验数据的处理。实验不仅仅是为了验证理论，更重要的是培养学生的实践能力。然而部分学生在实验数据处理方面存在困难，无法准确总结实验规律，影响了他们对物理学科的全面理解。第三，学生缺乏实验设计。实验设计是培养学生创新精神的重要途径，由于实验时间限制，学生往往缺乏设计实验的机会，无法提升自己的实验设计以及问题解决能力。
三、基于DIS实验的高中物理实验教学优化策略
（一）设计优化实验方案
在探索基于DIS实验的高中物理实验教学优化策略时，设计优化实验方案成为关键。DIS实验技术的核心在于利用传感器获取实验数据，通过数据采集器采集相关数据，随后利用电脑处理相关数据，最终得到实验结果。这种提升了实验数据的精确度也为物理实验教学提供了新的视角。在实验设计中教师应围绕DIS实验系统的特点，细化实验步骤来保证实验设计的科学性。例如，以测定电动势和电源内外电压的关系为例，传统的物理实验往往依赖于简单的电路连接，容易受到操作不当和仪器精度的影响。采用DIS实验设计则可以通过精确的传感器捕捉电路中各个节点的电压变化，数据采集器自动记录电流的微小变化，电脑软件对采集到的数据进行实时分析，精确绘制出电动势与电源内外电压之间的关系曲线[3]。使学生能够直观地观察到物理规律的具体表现，深化了学生对物理概念的理解。为保证实验设计的连贯性与系统性，需要从实验准备、实验实施到实验分析三个阶段进行细致规划。在实验准备阶段，教师需要详细介绍DIS实验系统的组成，保证学生对实验设备的使用有清晰的认识。在实验实施阶段，学生在教师的指导下，依照设计好的实验方案进行操作。在这一过程中，教师重点观察学生的操作习惯，及时纠正不当的操作方法。此外，教师还要鼓励学生积极探索实验中的问题，与同学进行交流讨论，通过团队合作解决实验中遇到的难题。在实验分析阶段，教师引导学生利用电脑软件对采集到的数据进行处理分析，让学生学会如何从数据中提取有价值的信息，如何将实验数据与理论知识相结合，进一步深化对物理规律的理解。通过这一阶段的学习，学生能够掌握物理实验的基本操作技能，也能培养其分析问题的能力。
（二）创新实验教学方法
借助DIS实验，教师通过引入先进的数字化实验手段，开展更加多样化的实验教学活动来激发学生的学习兴趣。在创新实验教学方法时教师可运用多媒体教学手段。同时，教师还可以采用探究式教学、问题驱动学习等教学方法，引导学生通过实验探究培养他们的实验设计能力。通过创新实验教学方法，教师打破传统的教学模式，激发学生的学习兴趣，提高他们对物理实验的参与度。这种创新方法的引入不仅可以提升实验教学的效果还可以促进学生的全面发展。例如，在《表面张力和毛细现象》这一实验课程中，教师通过DIS实验系统，让学生通过数字化仪器观测不同液体在不同条件下的表面张力变化。教师先通过多媒体展示表面张力的基本概念，以及毛细现象的形成机理，使学生对实验有一个直观的理解。然后由教师指导学生使用DIS实验系统观察不同液体（如水、酒精、洗洁精溶液）在不同温度下的表面张力变化，以及不同直径的毛细管中液体上升的高度变化。在实验过程中，教师鼓励学生提出自己的假设，设计实验方案，通过实验验证自己的想法。同时教师也可以设置一些开放性问题，如“如何利用毛细现象设计一个自动浇水装置”等，引导学生将所学知识应用到实际问题的解决中，培养学生的创新思维能力。通过这样的创新实验教学方法，学生能够深入理解表面张力的物理原理，还能够提高自己的实验技能探究能力，更好地适应未来的学习和生活挑战[4]。
（三）提升学生实验动手能力
通过DIS实验，学生亲自操作传感器设备从而提升他们的实验动手能力。举例来说，学生通过DIS系统进行多次实验，比较数据的差异，找出规律并得出结论来提高他们的实验技能水平。研究表明，提升学生的实验动手能力可以促进他们的全面发展，培养他们的实践创新能力。因此，在高中物理教学中重视提升学生的实验动手能力是DIS实验成功实施的关键之一。例如，在《斜抛运动》这节课上，教师就利用DIS实验系统来提升学生的实验动手能力。教师向学生介绍斜抛运动的基本原理，然后指导学生使用DIS实验系统中的传感器来进行实验。学生需要自己搭建实验装置，包括设置发射角度、测量初速度和飞行时间等。在实验过程中，学生需要亲自操作传感器设备，比如使用角度传感器来精确控制发射角度，使用速度传感器来测量初速度，使用时间传感器来记录飞行时间。通过多次实验，学生可以收集不同角度的飞行时间数据，然后利用这些数据来验证斜抛运动的理论公式。教师鼓励学生对实验结果进行分析，比如探究发射角度和初速度对飞行距离的影响，同时教师也可以引导学生思考如何优化实验方案，提高实验的准确性。
通过这样的教学案例，学生能够掌握斜抛运动的理论知识，还能够通过亲自操作实验设备提高自己的实验动手能力，培养科学探究能力，进一步提高他们的学习效果。
四、展望未来研究方向
（一）技术创新
技术创新一直是推动教育领域发展的重要动力之一，在高中物理实验教学中DIS实验作为一种先进的数字化实验手段，为教学提供了全新的可能性。通过利用传感器获取实验数据，通过数据采集器采集相关数据，再利用电脑处理数据，最终得到实验结果，DIS实验可以极大地提升物理实验的精度来促使物理实验教学更加高效。未来的研究方向可以聚焦于如何进一步优化DIS实验系统，提高实验数据采集的准确性，如何结合人工智能等新技术实现个性化教学[5]。
（二）跨学科整合
另一个重要的未来研究方向是跨学科整合，高中物理实验教学不应该仅仅局限于物理学科本身，而应该与其他学科进行有机整合，促进跨学科的交叉融合。未来的研究可以探讨如何将DIS实验与数学、化学、生物等学科相结合，设计跨学科的实验项目，培养学生的综合素质。例如，开发涉及多个学科领域的综合性实验项目，让学生在实验中不仅学习物理知识，还能够运用数学模型进行数据分析，了解物质在化学反应中的变化规律，探讨生物体在物理环境下的生存适应等。通过跨学科整合打破学科之间的壁垒，促进知识的交叉传播，为学生提供更加全面的学习体验。
（三）教学资源丰富化
教学资源的丰富化是优化高中物理实验教学的关键，DIS实验作为一种数字化实验手段为教学提供丰富多样的资源，未来的研究可以探讨如何利用DIS实验丰富物理实验教学资源，包括设计更多具有创新性的实验项目，提供更加个性化的学习资源，满足不同学生的学习需求。同时也可以研究如何有效整合线上线下资源，打破传统实验教学的局限，实现更加灵活的教学模式。
（四）教师培训
教师是教育事业的中坚力量，他们的专业水平直接影响到教学质量。因此，教师培训是优化高中物理实验教学不可或缺的一环。针对DIS实验，未来的研究可以从教师培训的角度出发，探讨如何帮助教师掌握DIS实验技术提升他们的教学能力。学校可以开展相关的培训课程，也可以研究如何建立健全的教师培训体系来持续支持教师的专业发展。
通过基于DIS实验优化高中物理实验教学的研究与实践，可以有效提升实验教学的效果和学生的学习体验。教师应积极探索适合自身教学实践的DIS实验优化策略，不断完善实验教学方法，为学生提供更丰富的实验学习体验，促进其科学素养和实践能力的全面发展。（作者系泉州惠南中学教师）
注：[1]赵英鹏.创新物理实验,优化高中物理教学体系的意义[J].数理天地(高中版),2023(12):61-63.
[2]黄红锦.关注实验教学,培养科学素养——浅谈高中物理实验优化教学的举措[J].广西物理,2022,43(03):139-141.
[3]张立平.高中物理教学中传统实验和DIS实验的对比与整合研究[D].上海师范大学,2021.
[4]李焕新.应用DIS实验优化高中物理的实验教学[J].中学理科园地,2019,15(01):12-13.
[5]殷帅.基于DIS实验优化高中物理实验教学的分析与研究[D].山东师范大学,2014.
