DIS数字化信息系统在高中学物理实验教学中的应用研究

引言：随着信息技术与教育教学的深度融合，传统物理实验教学中数据采集效率低、现象观测不直观、实验条件受限等问题日益凸显。尤其是 DIS 数字化信息系统以传感器技术、数据采集器和计算机软件为核心，能够实时、精准地采集实验数据，并通过图像、图表等可视化方式呈现物理规律，可以有效的为物理实验教学带来新的变革机遇。基于此，研究 DIS 系统在高中物理实验教学中的应用，对优化教学模式、提升学生核心素养具有重要意义。

一、动态物理量实时监测应用法

DIS 数字化信息系统凭借高精度传感器与实时数据采集技术，能够对物理实验中随时间变化的动态物理量进行快速捕捉与可视化呈现，有效解决传统实验中数据获取滞后、测量误差大等问题。该方法通过将位移、速度、加速度、力、电压等传感器与计算机终端相连，将实验过程中的物理量变化转化为动态曲线或数据列表，帮助学生直观理解物理规律的瞬时性与连续性特征，以及可以有效的培养其数据分析与科学推理能力[1]。

例如，以“探究加速度与力、质量的关系”实验为例，传统实验依赖打点计时器获取数据，存在纸带摩擦误差大、数据处理耗时久等问题。应用 DIS 系统时，在小车上安装力传感器与加速度传感器，将传感器与数据采集器、计算机连接。实验中，通过改变悬挂钩码数量调整拉力，系统实时采集小车所受拉力与加速度数据，并自动生成 F - a 关系曲线。学生可清晰观察到，随着拉力增大，加速度同步线性增加，直观验证牛顿第二定律。同时，系统支持多次实验数据叠加对比，便于学生分析不同质量下图像斜率的变化规律。在某次实验中，学生通过调整小车配重，发现质量越大的小车在相同拉力下加速度越小，F - a 曲线斜率越平缓。借助 DIS 系统的实时监测功能，学生不仅能快速获取实验数据，还能通过动态曲线深入探究物理量间的定量关系，从而也就能够极大提升实验效率与探究深度。

二、多传感器联动实验优化法

多传感器联动实验优化法利用 DIS 系统的兼容性与集成性，将多种类型传感器协同部署于同一实验场景，同步采集多个物理量数据，实现对复杂物理过程的多维度分析。该方法打破单一传感器的监测局限，通过构建传感器网络，精准捕捉实验对象在不同物理维度的变化特征，还原物理现象的完整图景，助力学生理解物理规律的内在联系与相互作用机制[2]。

在"研究单摆运动中的能量转化"实验教学中，基于核心素养培养目标，以 DIS数字化信息系统为载体开展教学。教学目标聚焦科学思维培养，引导学生运用模型建构分析能量转化规律；以多源数据关联分析为教学重点，突破传统实验的观测局限。

实验分三步实施：首先，在摆球安装位移、力和光电门传感器，组建多传感器联动系统；其次，学生操作摆球释放，系统实时采集位移、拉力、速度等数据；最后，通过计算机软件生成可视化曲线，直观呈现动能与重力势能转化关系。教学过程中，学生分组协作完成数据采集与分析，在对比不同高度释放的能量变化中，自主归纳机械能守恒条件，通过设置实验班（DIS 系统）与对照班（传统实验）对比研究，实验班学生在能量概念理解测试中正确率提升 27% ，实验设计能力评分提高32% 。问卷调查显示， 91% 的学生认为 DIS 系统帮助其建立了物理观念， 86% 的学生表示提升了科学探究能力。课堂观察表明，学生在数据分析与推理环节的参与度显著提高，有效促进了科学思维的发展。

三、项目式跨章节实验融合法

项目式跨章节实验融合法以真实问题为驱动，依托 DIS 系统的多功能特性，整合高中物理多章节知识设计综合性实验项目。该方法将传统碎片化的实验内容串联为系统性探究任务，引导学生运用运动学、力学、电磁学等多领域知识，通过方案设计、数据采集、模型构建、问题解决等环节，实现知识迁移与创新应用能力的提升，同时也就额可以有效的强化学生对物理学科的整体认知。

例如，以“设计并制作简易电动车”项目为例，学生需综合应用力学、电磁学、能量守恒等跨章节知识完成设计。首先，利用 DIS 系统中的力传感器与速度传感器测试不同电机转速下电动车的牵引力与行驶速度，结合牛顿第二定律优化动力系统；其次，通过电流传感器与电压传感器监测电池输出功率，依据能量守恒定律计算电能转化效率，改进电路设计；最后，运用位移传感器与角度传感器测试电动车在不同路况下的运动轨迹与稳定性，结合受力分析调整车身结构。实验过程中，学生分组搭建电动车模型，并使用 DIS 系统对关键物理量进行实时监测与数据分析。某小组在测试中发现电动车爬坡能力不足，通过力传感器数据判断牵引力过小，遂通过增加电机功率、优化齿轮传动比提升动力；又根据电流传感器反馈的高能耗问题，调整电池连接方式与电路电阻，降低能量损耗。项目式跨章节实验融合法不仅激发学生的创新思维与实践能力，还促使学生主动将分散的物理知识构建成完整体系，真正实现学以致用，体现DIS 系统在培养学生综合科学素养方面的独特价值。[3]

结束语

综上所述，DIS 数字化信息系统为高中物理实验教学注入新活力，对推动教学模式创新、提升学生科学素养具有积极作用。基于此，在未来需进一步深化 DIS 系统与物理实验教学的融合，优化应用策略，解决实践中的问题，充分发挥其在培养学生探究能力和创新思维方面的价值，以此可以有效的助力高中物理实验教学高质量发展。

参考文献；

[1]马中华.物理学科核心素养背景下的问题教学法在高中物理实验教学中的应用研究[J].学周刊,2024(33):68-70.

[2]刘珊.利用数字化实验设计提升高中物理实验课教学效果[J].数理天地(高中版),2024(20):94-96.

[3]徐勤华,李俊丽.博采众长 相得益彰——谈DIS 数字化信息系统在物理实验中的应用[C]//中国教育技术装备论坛.2014.