物理实验课程工作总结(共8篇)
化工11-2班 许锋
这学期的物理化学实验用到了很多实验仪器。其中不乏价格昂贵的电子仪器。当然,这是我们的学习机会,我们都在认真熟悉大型仪器的使用方法。每次做完实验后就会进行实验数据的处理。所以,我们一直在进行物理化学实验的操作和数据处理工作。
我们在操作中学习各种仪器的使用方法。我们在数据处理的过程中不断的提升自己学习的能力。物化实验对于我来说,就是学习专业知识最好的课程。当然,一学期的实验课我也不断努力,我每次实验都认真完成。我喜欢坚持自己的作品,就
算别人都已经做完,我也会不慌不忙,按步骤进行自己的操作。我不知道这是对是错,但我愿意坚持自己的东西,愿意得到自己最终的实验数据。
本学期的物理化学实验使我掌握了物理化学实验的的基本方法和技能。根据所学的内容设计实验,正确的选择和使用仪器。重要的是如何应用计算机软件进行数据深度分析(如excel绘图等)。这培养了我们正确的观察现象,记录数据以及分析式样的结果能力。也培养我们严肃认真.实事求是的科学态度。通过物理化学的实验加深和巩固了对所学的知识的理解,还提高了我们团队协作的能力。
在数据处理上,我经常上网找一些资料,比如下图的这些。我利用网上文库的资料进行数据的深度剖析,最终的到比较正确的结果。这也锻炼了我解决问题的能力。
除此之外,在实验课堂我也有不少趣事。我记得在做表面张力的时候实验打坏了一个大型的玻璃仪器。当时向老师报告了情况。实验室到现在都没有问我赔偿。所以,在内疚的同时,我只想在此表达我对实验室的遗憾。大一至今,我给实验室添了好几次麻烦。都是仪器的问题。这些仪器使我不断成长,让我不断理解实验的乐趣。碎了,裂了,但是我们也成长了。我会记得所有实验室的那些瓶瓶罐罐。
物理是一门以实验为基础的学科。实验教学是物理教学的重要组成部分, 观察和实验可以发展学生的动手动脑能力, 加深对知识的理解, 培养实事求是的科学精神。学校校本课程中就有小小物理实验家, 每个班均有学生参加。但是受限于实验器材和时间、场地等多方面因素的关系, 学生的参与率不够高, 没有覆盖到每位学生, 不能提升全体学生的实验能力。所以, 有必要开展家庭物理实验, 它材料易得、简便易做、趣味性强, 每位学生都能够完成。
开展家庭物理实验是在教师的指导根据教材的内容相应地增加一些课外实验, 让学生在家庭的条件下进行。它能激发学生的爱好和学好物理的愿望, 能激发学生学习的主动性和自觉性, 能加深理解和巩固把握所学的知识, 能发展学生的智力;培养学生探究知识的能力;它还能将课内和课外有机的结合起来, 能扩大学生的知识领域, 培养学生的实验能力;能提高学生的物理文化素质, 收到较好的效果。
二、开展家庭物理实验活动的具体做法
1. 对象:在校八、九年级学生。
2. 开展时间:考虑到住读学生, 建议家庭物理实验活动在周末时间开展。
3. 激发学生自己动手实验的主动性。
初中学生的特点是实践经验少, 好奇心强, 对什么事情都有感到新鲜、要求得到解答。教师在教学中要采取直观教具、实验让学生亲身感受总结、归纳得出知识, 通过这些来激发学生对物理实验的爱好和激励学生主动参与实践的欲望。
4. 实验的选择要有目的性和针对性。
第一、内容必须有意义, 通过实验能观察到什么现象或解决哪些问题。第二、实验方法应比较简单。第三、实验过程必须安全、费时不多。如教材每一章后面都附有一些小实验。比如在学生“物体浮在液面的条件”后可安排家庭实验《鸡蛋的浮沉》, 加深对“浮沉条件”的理解。又在学习“沸腾”后可安排一个《纸盒烧水》的家庭实验。
5. 要求学生以严厉认真的科学态度进行家庭实验。
每一个家庭物理实验都要求学生能根据观察到的现象进行分析和归纳, 写出简便的实验报告和体会。在实验中要明确观察的目的, 要注重发观引起变化的原因和条件, 要如实记录到现象, 通过分析能得到什么结论。如在“巧找重心”这个实验中教师可提出以下几个问题: (1) 怎样找出外形不规则的物体的重心? (2) 根据哪些知识通过什么实验来探险究这个问题?要求学生实验后对上面的两个问题进行解答和写出简单的实验小结。
6. 具体实施:
(1) 由物理老师率领各自所带班级进行实验活动。 (2) 建议根据教学进度, 布置家庭物理实验, 一次1-2个, 必须有计划性和目的性。 (3) 定期检查学生完成家庭物理的情况。检查可分为两方面:一是检查学生完成的实验报告;一是检查学生的实验操作过程。建议实验活动后的星期一, 可适当安排时间来检验完成情况, 对完成得好的进行表扬和奖励, 对实验中出现的问题探讨解决。
探究是人类的一种本能,对于未知世界的好奇心是人生来就有的一种可贵品质。物理实验教学应保护学生的这种好奇心。所以,我认为新课程下的物理实验教学可从以下几个方面去做。
一、改革原来的实验方法
教材中物理实验大多为演示实验,课堂上教师做,学生看,学生不能动手参与,没有亲身体验实验的过程;学生实验也多为验证性的,并且所需器材、实验方法、步骤也都是现成的,不利于激发学生探究物理知识的兴趣及实验操作能力、创新思维能力的培养。所以不管是演示实验,还是学生实验或课后小实验,都要让学生自己动手去做。首先可由教师提出问题或在教师指导下由学生自己提出问题;然后引导学生猜想,提出假说。由假说,指导学生制订实验方案,设计好方法、步骤,准备器材,自由组合成小组,亲自动手操作,观察现象、分析结果、揭示规律和实质。实验后师生共同讨论,找出实验中存在的问题和不足,并加以改进。这样学生不仅可以积极主动地思考,提出问题,还可以通过自主探究去解决问题,既掌握了知识又培养了能力。
二、善于运用错误尝试
演示实验是排除学生头脑中一些似是而非的错误观念的有效手段,教材中有很多实验运用正确的方法进行操作,学生的印象不深,很难保持记忆,而错误的演示却往往能强化学生记忆,收到更好的教学效果。
如演示测定电阻的实验时,教师要充分考虑学生实验时最易出现的错误,在学生实验前,先由教师画出几种错误的电路图,并进行演示,让学生边观察边思考:(1)将电流表、电压表正负接线柱反接,观察仪表示数的变化;(2)将电压表、电流表交换位置,观察仪表示数的变化;(3)将电压表与电源并联,移动滑动变阻器,观察仪表示数有何变化?教师提出问题:实验结果和你的预测是否一样?究竟错在什么地方?为什么错了?然后组织学生讨论,对比正误,找出原因,这样就为学生做实验扫清了障碍。
三、重视课外小实验
新教材中安排了大量课外小实验,要注意引导学生做好这些小实验,这样就为学生创造了更多的实验机会。在学生选择实验器材、完成实验的过程中,不断地克服困难,从而提高了实验能力,并从中学会了一些探究物理知识的方法,提高了学习兴趣。
如在探究组成物质的分子之间有引力的演示过程中,学生仔细观察,充满好奇心。随后指导学生自己做实验:用带吸盘的挂钩吸住一块干净的玻璃板,把它挂在弹簧秤下,手持弹簧秤上端;把玻璃板往下放到刚好和一盆水的水面接触,再慢慢提起弹簧秤,注意观察弹簧秤示数的变化(示数变大)。请学生思考原因,通过演示实验和自己实验,学生对分子间有引力有了确切的认识,对所学知识起到了巩固作用。
学生的实验创新能力应从实验中培养,方法不止一种,但要注意培养学生关注物理现象、勤于思考、善于发现、乐于动手的良好习惯,引导他们从观察、分析实验中形成概念,学习规律,产生积极的实验探究意识,从而逐步提高学生的实验能力、创新能力。
张大昌
一、课程改革的背景
1.高中教育的定位
·从我国的社会需要来看
一方面,人民群众对高质量的普通高中教育的需求增长,另一方面,使我国由一个人口大国转变成人力资源大国是当前我国社会经济发展对高中教育所提出的要求。
知识更新的速度加快,不可能在学校学得将来所需的所有知识,更重要的是学习的能力。过去,过分重视知识教育,没能有意识地发展学生的学习能力。
·从受教育者个体发展来看
“以人为本”的教育观念要求普通高中教育关注每位学生终身发展的愿望与需要,引导学生形成自主思考和规划人生的意识和能力、批判性思考的能力。创造力源于人的个性,教育不能培养没有头脑的机器零件。
·从我国高中教育的发展情况来看
高中教育正由“精英教育”向大众文化教育转变,这使得高中教育的目标、内容、方式都要有所改变。
普通高中教育的定位:
普通高中教育是在九年义务教育基础上进一步提高国民素质、面向大众的基础教育。〔《普通高中课程改革方案(实验)》〕
它超越了“单一任务”或“双重任务”的主张,把普通高中教育的任务定位于形成高中学生的健全人格或提高公民的基本素养。
2.国际对比研究
研究不同文化圈的共性。
英美文化圈:美国、英国、加拿大、澳大利亚等
欧洲大陆文化圈:德国、法国、芬兰、荷兰、瑞士、瑞典等
东亚文化圈:日本、韩国等
印度文化圈:印度等
法国──使每个青年人实现其个人定向,培养学生独立工作、推理和判断、交往与集体合作等能力和责任感。
日本──培养对国家及社会有作为的成员所应具备的素质,使学生适应个性和未来的发展,提高一般的文化素养,培养对社会具有广泛深入的理解和健全的批判能力。
俄罗斯──强调个性的成熟和自主意识的确立,使学生获得一般文化基础知识、技能和能力的同时,接受适当的、有针对性的分化教育。
芬兰──培养综合素质高、个性健康全面发展、有创造力和合作精神、能够独立探求知识、热爱和平的社会成员。
共同点:
·注重社会责任感、强调个性发展、重视创造力和批判性思维、重视与人交流与合作;
·在保证共同基础的前提下,通过设置多样化的课程,使学生享有尽可能多的选择机会。
3.我国物理课程的现状
1997年前
1978年,在拨乱反正、大力加强基础科学的研究与教学的大背景下,教育部颁布了《全日制十年制学校物理教学大纲》。这个大纲对知识学习的要求比现行大纲的要求要高。例如,欧姆表、惠斯通电桥、电源的输出功率、含反电动势的电路,都在要求之列。
1983年又颁布了高中数学、物理、化学的教学纲要,把教学要求分为“基本要求”和“较高要求”。与之对应,出现了“甲种本”、“乙种本”两种教材。在教学实践中,出现了盲目追求高要求的倾向。在这之后,由于高考命题以乙种本为标准,多数学校以高考为目的进行教学,出现了过早划分文理科的现象,许多学生只学过力学之后就停止了物理课的学习。
1990年为了改变许多学生不能学到“较完全的物理知识”的现象,教育部颁布了新的教学大纲,规定高
一、高二两年全体学生学习“必修物理课”,高三年级中,报考理工科大学的学生学习“选修物理课”。这个办法在实施上有些困难,因为许多内容,例如圆周运动,在高一物理课中只能学角速度、线速度,而向心力等内容则要到高三再学。教师说这种情况是:话到嘴边留半句。因此,在教学实践中,多数学校都是把必修内容和选修内容“打通”学习的。
“两省一市”课改方案中的物理课
1997年,原国家教委在山西、江西、天津两省一市开始试验新课程计划,1999年在进行修订之后,这个课程计划及各科教学大纲的“试验修订本”扩大到10个省市试用,2001年扩大到25个省市,成为我国当前高中课程的主流结构。
在这个计划中,物理课由“二一分段”改为“两类物理课”,开始出现“分类型”、“有选择性”的思想。学生可以选择学习Ⅰ类物理课和Ⅱ类物理课。Ⅰ类物理课是全体学生都要达到的标准,是高中毕业会考的依据,Ⅱ类物理课是较高要求的物理课,是理工科大学入学考试的依据。
由于学生入学时对自己的能力倾向不完全了解,也难以决定将来是否报考理工科大学,所以,两类物理课在高一的学习内容是完全一样的;同时由于学习Ⅱ类物理课的学生要按Ⅰ类物理课进行会考,Ⅱ类物理课的内容完全覆盖Ⅰ类物理课。
“两省一市”大纲的进步意义
·它首次体现了分种类、给学生提供选择的意图,尽管不够彻底,而且在操作性方面还需要改进,但它仍是一个重大的进步。
·1999年的试验修订版大纲增加了“课题研究”,并且规定为必学内容。它的出现引起了广大物理教师极大的兴趣,全国许多地方进行了尝试并获得相应的经验。它与课程计划中的“研究性学习”和“综合实践活动”一起成为这一课程方案的亮点。
·两省一市物理大纲与过去的大纲相比,第一次提出了物理课程“在观念、态度领域的教育功能”,第一次提出物理课程“要注意联系当前普遍关心的社会经济问题,如能源、环境等问题,使学生理解物理学与技术进步、社会发展的关系,从更广阔的角度认识物理学的作用”。
“两省一市”大纲的局限性
·过分强调知识的教学。
在当时的大纲中,明确写出要“使学生学习比较全面的物理知识”。为了追求“完全”,什么都舍不得丢,必修物理课门(一类)内容饱和,内容与学时的矛盾突出,不可能让学生进行探究式的学习。同时,这也使数理能力较差的学生对物理产生畏难情绪。
·没有涉及学生的学习方式,教学实践中基本上仍是被动式的学习。
·对于教学内容(包括学生实验)的规定仍与过去历届教学大纲一样,过死过细,在课程建设方面没有给教师留出空间。
二、物理课程的结构
1.模块化、分系列
必修与选修相结合,强烈体现课程的选择性。
每个模块40课时(含本模块的复习考试),半学期(1周)学完。
2.各系列的特点
物理1和物理2(共同必修模块):学习中要经历一些科学探究活动,初步了解物理学的特点和研究方法,体会物理学在生活和生产中的应用以及对社会发展的影响,同时为下一步选学模块做准备。
选修1:以物理学的核心内容为载体,侧重物理学与社会的相互关联和相互作用,突出物理学的人文价值,注重物理学与日常生活、社会科学以及人文学科的融合,强调物理学对人类文明的影响。
选修2:以物理学的核心内容为载体,侧重从技术应用的角度展示物理学,强调物理学与技术的结合,着重体现物理学的应用性、实践性。
选修3:较全面地、综合地展示物理学的基本内容,强调物理学的思想和方法,较为深入地体现物理学在技术中的应用以及对经济、社会的影响。
以各系列对电磁波内容的要求为例,说明不同系列的区别。
·选修1
初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想,体会其在物理学发展中的意义。初步了解场是物质存在的形式之一。
列举电磁波在日常生活和生产中的广泛应用。了解电磁波的技术应用对人类生活方式的影响,结合日常生活中的具体实例发表见解。
例 讨论通信技术的发展对人类生活方式的影响。
举例说明科学技术的应用对人类现代生活产生的正面和负面影响,对科学、技术及社会协调发展的重要性发表自己的观点。
例 举例说明电磁波的应用对人类生活产生的正面和负面影响。
·选修2
了解电磁波及其发射、传播和接收原理。知道光的电磁本性和电磁波谱。举例说明电磁波在社会生活中的应用。
例 比较无线电波中的长波、中波、短波、微波的不同传播特点。
收集资料,了解移动通信的工作模式、常用术语和移动电话的常用功能。
例 了解移动电话的工作原理。
初步了解电视、广播和电视机的工作模式,知道电视机的主要结构。了解电视、广播技术的新进展。
例 了解高清晰度电视与普通电视的主要区别。
·选修3
初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义。
了解电磁波的产生。通过电磁波体会电磁场的物质性。
了解电磁波的发射、传播和接收。
通过实例认识电磁波谱,知道光是电磁波。
了解电磁波的应用和在科技、经济、社会发展中的作用。
3.三个系列分别是为哪些学生准备的?
为喜欢这些内容的学生准备的!
例如30页(选修2-3):
了解照相机的主要技术参数的含义。
例 在曝光量一定的情况下,通过改变光圈和快门的组合改变景深。
与“文理分科”的不同点在于,学生可以在不同系列中选择学习内容。除了三个系列外,还有“物理实验专题”和“物理专题研修”。
不能想当然地认为以后的高校招生模式一定与现在完全一样。
三、物理课程的特点
1.明确提出并落实了三维课程目标
·《普通高中物理课程标准(实验)》(以下简称《课标》)8~9页明确地、可操作地阐述了三维课程目标。
·课标在各模块的具体要求中体现了过程与方法、情感态度与价值观的要求。例如:
12页“经历匀变速直线运动的实验研究过程”,“体会实验在发现自然规律中的作用”,“体会数学在研究物理问题中的重要性”
13页“通过实验,探究加速度与物体质量、物体受力的关系”
14页“关心生活和生产中常见功率的大小及其意义”
15页“关注抛体运动和圆周运动的规律与日常生活的联系”
16页“通过有关事实了解万有引力定律的发现过程”(过程与方法有双重意义)
·学生学过科学课程之后将:
以不同的视角、不同的方法看世界;
提高了认识世界的能力。
2.提倡自主学习、合作学习、探究式学习
学生是学习的主人,教师是学习的组织者和引导者。
四、物理课程标准与教学大纲的区别
1.对达到知识目标的过程,对情感态度价值观都做出了要求
上面已经有例。
又例:15页“通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性,认识提高效率的重要性”
又例:19页“对科学、技术及社会协调发展的重要性发表自己的观点”(选修1-1)
2.对知识要求的阐述比较宽泛
例如15页:
会用运动合成与分解的方法分析抛体运动
例 分别以物体在水平方向和竖直方向的位移为横坐标和纵坐标,描绘做抛体运动的物体的轨迹
不刻意区分平抛和斜抛,强调的是科学方法。
3.以“例”和“活动建议”的形式对标准做进一步描述
上面就是一例。
“例”和“活动建议”不是必须执行的。
4.学生实验的项目分布在各条标准中,同时有实验总体要求
例如:
·12页“经历匀变速直线运动的实验研究过程”明显地要求学生做实验。
·29页“会测定凸透镜的焦距(选修2-3)”明显地要求学生做实验。
·12页活动建议中“通过实验研究质量相同、大小不同的物体在空气中下落的情况”则不要求学生或教师一定做实验,但是建议去做。
·10页“科学探究及物理实验总体要求”
例如:“尝试选择实验方法”、“按说明书进行实验操作”。“尝试分析假设与实验结果之间的差异”„„
与过去对实验的要求有很大不同:具体的器材、操作的要求少了,实验思想、方法的要求高了很多。
5.对于教学、教科书编写、评价、课程资源的开发与利用都有建议
这部分是课程理念的再次体现,它表明,标准不是只规定物理内容。
五、避免进入误区
不要尝试对知识要求的“目标”做出刚性的解释,这是无法做到的。
“刚性的解释”指是否要求计算、所用公式能否变形、综合应用时解题过程不能超过几步„„
例如:有人指出:10页要求“知道万有引力定律”,而在6页关于行为动词的说明中,“知道”与“计算”不是同一层次的要求。由此得出结论:对于万有引力定律不要求计算。这在高中阶段显然不合适。于是说课标应该修改万有引力定律要求的表述,或者修改行为动词的解释。
如果“知道”层次排除计算,13页“知道胡克定律”怎么办?
如果“知道”层次要求计算,47页“知道电子云”怎么办?
摘要:本文围绕新课程的基本理念,阐述了中学物理实验教学存在的问题,探究新课程背景下探究实验教学改革中应该改进和完善的问题,并提出培养学生对物理实验的自主性,积极性和创造性的观点,以及辅助实验教学手段的应用和课外实验的开发等。
关键词:新课程 实验教学 实验手段 课外实验
新课程改革从实验到推广已经走过了七年多的历程。回首这七年的新课改,无论是教学思想和教学方法都有了翻天覆地的变化,让人耳目一新,给人以生机勃勃的感觉。培养出的学生思维敏捷,创新能力强,突出了学生的个性,这说明新课程改革初见成效。作为课改实验区老师的我也伴随新课改一起成长,这里我谈谈自己在新课程改革中针对物理实验教学的一些认识和体会。
为了培养学生的创新精神和实践能力,新课程标准要求:必须将学习重心从过分强调知识的传授和积累向知识的探究转化,将学习过程从知识的被动接受向知识的主动获取转化。这就要求物理教师开展好实验探究教学。
一、初中物理实验探究教学的现状
作为课改实验区的老师我访问过很多的学校,有城镇中学,也有农村中学,也和参加课改的老师们接触和倾谈的比较多。就目前而言,城镇中学的实验课开展的比较好,而农村的实验教学相对要差一些。
对于城镇中学来说,功能室齐备,实验设备、器材齐全,实验课开展较好。但是,个别老师为了赶教学进度,一味地上新课,占用学生实验的时间,学生实验开展得不尽人意。他们忽略了实验在教学中的地位和作用,“听一听,不在心;看一看,懂一半;练一练,心智能力都发展”。只有当学生自己动手做、动手练,对知识和技能掌握才牢固。
而部分农村学校的实验课就变了样。个别学校没有规范的实验室,有的学校实验器材不齐备,有的学校有实验器材却放在仓库里无人问津。实验课就凭老师一张嘴,学生实验变成了演示实验,演示实验变成了老师讲实验,实验教学就这样一而再,再而三地打了折扣。不过有的老师做得很好,在实验器材不足的情况下,千方百计想办法,从生活中找器材、找设备,自制了不少经典的实验器具。
记得我到一个偏远的农村学校去听课时,有个老师正在讲液体内部压强,在没有规范的实验器材有情况下要让学生理解液体内部压强这样抽象的知识的确难度很大。这个老师制作了个简单的器材,通过简单的实验让学生理解了“液体内部压强随深度增加而增大”。他的方法是:(如图)用一个小一点的薄壁塑料药瓶,在瓶盖上开个小孔插一根细玻璃管,用胶水把瓶盖和玻璃管间的缝隙密封,在玻璃管滴一滴红墨水柱。将这个薄壁塑料药瓶放入液体中,放到深度较大的位置时红墨水柱就升高,放到深度较小处时红墨水柱就降低。这就让学生非常容易归纳出“液体内部压强随深度增加而增大”的结论。
朱正元教授曾说过“坛坛罐罐当仪器,拼拼凑凑做实验”,的确,就地取材,随时实验,可以使学生感到物理学就在自己身边,研究物理学并不神秘,从而调动学生学习的积极性、主动性,养成实验习惯,提高实验技能,培养创造能力。
这说明实验课的开展,并不全是受条件限制和制约的,只要我们态度端正、观念明确,是可以较好地开展好物理实验教学的。
二、新课改下的初中物理探究实验改革
实验教学是研究科技、发展科技的前提,实验教学的改革将大大加强它应有的和重要的素质教育功能。目前我国正面对走向世界的重大挑战,对人才的培养也有了新的要求,我们必须对一向被人们忽视的实验教学进行改革,把它从薄弱的环节提高到重要的地位上来。
(一)新课程中实验教学必须转变实验观念
据我了解,一般的老师在物理实验教学中,更多的是把物理实验作为物理学科理论教学的辅助手段,物理实验的教育功能也仅停留在培养学生智力、操作技能、提高学习兴趣、调节课程气氛上,而忽视了实验教学对学生的非智力因素和其它素质的全面发展的重要作用。我们教育者必须努力转变实验观,要对实验教学有一个全面的和科学的认识,真正意识到实验教学本身独特而重要的素质教育功能。实验观念的转变是新课程改革中实验改革的前提和保障,思想是行为的指南,只有我们教育者的思想转变了,才会引起我们实验教学实践的转变和改革。
(二)新课程初中物理实验教学
1.定制实验探究目标
实验探究目标是整个实验教学活动的出发点和最终归宿,它对实验教学起着导向作用,它也制约着实验教学设计的方向,也决定着实验教学过程的实施和实验教学评价的开展。在初中物理课堂教学实践中,必须有合理的、明确的、细致的、可以量化的实验探究目标。说简单一些,就是要让教师自己明确这个探究实验或这节实验探究课要达到什么目的,要让学生通过实验探究掌握什么技能,归纳出什么结论。实验探究目标不宜定制过多,但要定制确切,从而发挥其在整个实验教学中的功能。
例如:有的老师只要是用到电流表的探究实验就提出“练习电流表的使用方法”的目标,用到温度计的实验就提出“练习温度计的使用”的目标等等。这样提实验探究目标那可以说就是敷衍和应付。如果在“探究串、并联电路电流的规律”中提出“练习电流表的使用方法”的目标就比较恰当,学生才学习了电流表的使用规则,理当练习;若在“测量小灯泡的电功率”的实验中提出这样的实验目标就不妥当了,因为在做这个实验之前,电流表学生已经使用很多次了,已经很熟习使用方法了,再提这个实验探究目标就没有必要了。
在初中物理新课程标准中提到,实验探究目标是让学生经历基本的科学探究过程,具有初步的科学探究能力,乐于参与和科学技术有关的社会活动,在实践中有依靠自己的科学素养提高工作效率的意识。让学生具有创新意识,能独立思考,勇于有根据地怀疑,养成尊重事实、大胆想象的科学态度和科学精神;关心科学发展前沿,具有可持续发展的意识,树立正确的科学观,有振兴中华、将科学服务于人类的使命感与责任感。
2.探究实验教学因素的优化
实验教学因素包括实验教师、学生、实验教学内容以及实验教学环境等,共同构建了实验教学系统。在实验教学的实施过程中,实验教师的作用至关重要。实验教师要根据具体的教学内容,灵活地选用教学方法,合理地使用教学媒体,创设适宜轻松的教学环境,充分调动学生的主动性、积极性和自主性。协调好各要素之间的关系,实现教学过程的最优化,最大地发挥实验教学的教育教学功能,从而促进学生主体的全面发展。
一般来说,实验探究课学生的兴趣是很浓厚的,学生的探究积极性是很高的,只要我们充分抓住学生的探究欲望和兴趣,合理地组织实验探究,学生的探究实验就会取得意想不到的效果。在物理实验教学中,尽可能让学生动手做实验,就应该创造条件让学生动手做,让学生在动手中观察思考、讨论分析、推理、判断,自己去发现问题、解决问题和得出结论,使实验探究的过程成为学生再发现的创新过程。例如:在学习“液化现象”时,课本上有压缩体积液化的演示实验,而没有降温液化的实验,我们可以把化学中制取蒸馏水的实验搬过来演示。而这部分教学内容刚好在初冬季节,气温较低,也可以让学生对着铁皮文具盒或玻璃窗的玻璃呵气,不一会铁皮文具盒或玻璃窗上就会出现很多小水珠,让学生体会、研究实验现象,得出结论。由于学生的个体差异,在实验分组中要注意学生的搭配,操作能力强的和操作能力差的搭配、基础知识过硬的和基础知识差的搭配。否则有的小组实验探究开展的有声有色,而有的小组却冷冷清清,一塌糊涂。
在分组实验的时候,教师不但要注意各实验小组的活动,如:各小组器材是否有问题,各小组是否动手,各小组的实验进度,各小组的实验数据等,还要对有困难的小组要及时帮助指导,还要注意到组内每个人的活动,基础好、操作能力强、性格外向的学生次次做,而其他同学坐着看,没有达到人人操作、人人动手。针对上述情况,实验教师在分组实验时可以这样安排:每次实验时,由实验小组组长任命一人为主,其他为辅,轮流做主,使全体学生的动手能力都能提高。
3.学生自主实验探究能力的培养
在物理实验中,我们可以激励学生不限于课本中的器材,将器材开放,让学生根据实验的目的和原理去设计实验,鼓励学生写出有独立见解的实验报告,然后根据不同的实验类型,在课堂上进行交流,分析得出合理的器材与步骤,这样就把以往学生抄实验报告改变为发散思维的过程,如在讲到用天平和量筒测量液体密度时,有些学生把课本中的玻璃杯换成了口杯等,在步骤上,有些学生把倒入部分盐水改为全部倒入,还有些学生在步骤上先称空杯的质量,再称倒入盐水后的总质量„„等等。对于器材的选择,我们要表扬了学生肯动脑筋;在步骤上出要肯定了将盐水全部倒入的合理性,并对先称空杯后再倒入盐水称总质量的做法进行了讨论,分析这种方法在理论上是可以的,但在将杯中的盐水倒入量筒测体积时,由于杯底和杯壁还粘有盐水,使测得的体积小于杯中原有盐水的体积,会造成较大的误差。这样使学生感到有一种成就的喜悦,师生探究的快乐,极大调动了学生学习物理的兴趣,也使学生的创新能力在实验探究中潜移默化地得到培养。
4.新课程中物理实验教学应注意的几个问题
(1)选用适当的方法设计实验
设计实验的方法有很多种,合理地设计实验,是探究实验的前提。实验老师选择一定的设计实验方法,做到心中有数,不搞盲目实验教学。
实验探究设计的基本方法可归纳为下面几种:
①平衡法:用于设计测量仪器。用已知量去检测另一些物理量,例如:使用天平、弹簧秤、温度计、比重计等测量工具进行测量实验。
②转换法:借助于力、热、光、电现象的相互转换实行间接测量,例如:使用电子温度计进行测量温度;使用频闪摄影探究物体的运动;研究坚硬物体的形变[用一个厚玻璃瓶,在瓶盖上开个小孔插一根细玻璃管,用胶水把瓶盖和玻璃管间的缝隙密封,在玻璃瓶中装满水并上升到玻璃管中一段,当用力压玻璃瓶外壁时,玻璃管中的水柱就会上升。(如图)]等等。
③放大法:利用迭加、反射等原理将微小量放大为可测量,例如:螺旋测微器的使用、测细铜丝直径、测一张薄纸的厚度等。
(2)新课程中物理实验要注重培养操作能力
操作能力主要是对基本仪器的使用和数据读出能力,仪器、设备的组装或连接能力,故障的排除能力等三方面的培养。
①基本仪器及规范使用。
初中物理学生实验涉及的基本仪器主要有:米尺、天平、停表、弹簧测力计、温度计、电流表、电压表、变阻器等。
其使用的规范要求:a.了解仪器的使用方法,明确测量范围(量程)和精密程度(分度值);b.对某些仪器使用前的调零或记下零点误差;c.牢记使用规则和操作程序;d.正确读取数据。
②仪器、设备的组装或连接。
要进行一个物理实验总是需要先把各个仪器、部件、设备组装起来,并要求装配和连接必须正确无误,具体要求是,布局要合理,要便于观察和操作;连接要正确、简单;实验前要检查,必要时进行预备性调节。例如:对于一个电路的连接,我们一般是让学生按照电路图从电源正极出发沿电流方向进行连接,亦可从电源负极出发逆着电流方向进行连接,连接完成后要认真检查连接的正确性,甚至进行试触,以检查连接的正确性。但是如果有的学生,抽象思维敏捷,他不从电源开始连接,也不顺着电流方向或逆着电流方向连接,只要他连接正确,我们也不要批评他,反而要给予肯定。
③探究实验故障的排除。
实验中的故障排除,不但是一种操作能力。它涉及对实验原理的掌握程度,分析处理问题的方法,对各部件工作情况的了解等,是一种综合运用能力。例如:
如图所示是小王同学连接的实验电路,当开关闭合时,两个小灯泡都不亮,小王用一段导线来检查该电路的故障。用电压表并联到L1两端,电压表无示数;用电压表并联到L2两端,电压表仍无示数。则电路的故障可能是什么?这是一个综合性强的问题,要涉及到很多知识。比如:串联电路的电压特点;电压表的操作规则等等。
(3)新课程中物理实验要注重培养观察能力
中学物理实验中的观察是一种有目的、有计划而且比较持久的思维知觉。一般需要重点观察实验的基本仪器、实验的设备和装置,实验中的各种物理现象和数据、图像、图表,以及教师的规范化操作等。
物理实验观察,通常采用的方法有:比较观察法和归纳观察法。
①比较观察法:人们认识事物、现象,往往是通过对两个事物、现象的对比,或把某一现象发生变化的前、后情况进行比较来实现的。
例如:在学习沸腾现象时,可以观察液体沸腾前和沸腾时的情况进行比较,细致、敏捷、全面、准确地得到沸腾含义;我们还可以人为地控制条件,使液体分别在常压、加压、减压的比较下沸腾,总结同一种液体,沸点随外界气压变化而改变。
②归纳观察法:总结一些现象的一般规律,反映现象的实质时,或研究一些涉及变化因素较多的问题时,通常采用归纳观察法。即,通过对个别现象分别进行观察,得到一些个别的结论,再分析、归纳,从而得出一般规律。例如:我们做滚摆实验时,通过观察滚摆在上升和下降时速度的变化来分析它动能和势能的转化。
三、辅助实验手段的应用
(一)多媒体辅助实验教学
多媒体辅助实验教学是采用直观方法展示事物的本质和内在联系,它具有声像并茂,形象鲜艳,再现迅速,感染力强,能突破时空限制等特点,并适合青少年的年龄特征,极大地提高了学生的学习兴趣。它的运用弥补了传统实验教学的局限性,能充分地把教师、学生与实验融为一体,增加了演示实验的可见度和清晰度,提高了学生的多种感官效能,降低了学生的感觉阈限,让多媒体辅助教学与实验演示产生珠联璧合的最佳效应,是其它方法难以做到的。
1.多媒体辅助实验教学提高实验的可见度和清晰度。
对实验过程和现象的观察是物理实验教学的重要环节。借助多媒体辅助实验教学为学生创设观察的通道,将实验现象投影放大,能增加可见度,缩短观察时间,提高实验效果。
例如在做“海波的熔化”的演示实验时,我们会遇到几个问题。
一、远处的学生看不清海波状态的变化和温度计示数的变化;
二、由于海波纯度的影响,固体海波在温度未达到48℃时就开始熔化了。把海波熔化的实验做成CAI课件,就可以让所有的学生看到在理想状态下的海波熔化现象了,这对学生理解晶体熔化时温度保持不变有很大的帮助。
当我们向学生展示一些较小或复杂的实验器材时,常常会担心学生看不清楚而不能认识各部分的名称。例如:我们在教学认识内燃机结构时,即使我们用内燃机模型给学生讲解,但可见度仍会让部分学生分不清各部分的名称。我们借助CAI课件和Flash动画来讲解内燃机的结构就容易的多了。老师讲得轻松,学生理解也快,这就大大地降低了实验的难度。
我们在演示动能和弹性势能相互转化的实验时,会遇到这样的问题,由于木球撞击弹簧片、弹簧片弯曲形变、弹簧片恢复形变反推木球的过程发生时间太短,学生根本就看不到实验现象。通过CAI课件,可以把实验的过程放慢,让学生看到木球慢慢地撞击弹簧片,弹簧片慢慢变弯曲发生形变,老师再暂停动画讲解:此过程中木球的动能转化为弹簧片的弹性势能;老师再接着放动画,弹簧片恢复形变,将木球反弹回去,此过程中弹簧片的弹性势能又转化为木球的动能。这样通过CAI课件的慢放,学生也就详细地看到了整个实验的过程,较容易理解其中的能量转化。
2.多媒体辅助实验教学增强演示实验的效果。
部分物理演示实验可见度小,演示效果不佳,很难突破教学难点和重点。尤其是后排的学生很难看清实验操作的方法和发生的现象,影响学生情绪,也影响了实验教学的效果。借助多媒体辅助实验教学使学生容易理解和接受。
例如:学习“牛顿第一定律”中的演示实验,演示在三种情况下(平面上铺毛巾、白布、木板),同一辆小车保持从同一高度由静止开始下滑,观察小车在三种不同物体表面上的运动情况。实验演示效果并不理想,只是从生活经验中得到结论。把它制成CAI课件,学生非常直观地看到了平面越光滑,小车在水平面上滑行得越远。在此基础上,学生很容易理解牛顿第一定律所说的“一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止或匀速直线运动状态”。
3.多媒体辅助实验教学可优化实验操作步骤的讲解。
将实验指导,规范的操作方法制成CAI课件,这样就把实验过程清楚地显示出来,优化了实验操作步骤的讲解,使学生对操作步骤和方法以及操作要领获得深刻印象,在操作的同时,对照投影内容及时调查,较好地解决了用大量时间去讲解实验步骤的问题。使学生有充足的时间动手操作,同时教师也有时间深入到学生中去指导,提高实验的成功率。
例如:用伏安法测电阻的实验中,要分别观察电流表、电压表,调零电流表、电压表,移动滑动变阻器等等,中间实验小步骤多,难度较大,把它制成CAI课件在屏幕上显示并结合讲解,使学生较好地、较快地掌握实验步骤和方法,这样学生的操作速度加快,错误减少,大大节约了时间,成功率明显提高,多数同学获得较为满意的效果。再如:用电流表测电流实验时,对电流表的使用初学者经常出错,通过CAI课件显示出电流从正极流入,负极流出,电流表串接,根据量程正确读数,如果并接或反接易烧毁,用其它颜色强调量程,这样比较形象、直观,使学生留下深刻的印象。
(二)数码展示台辅助实验教学
多媒体辅助实验教学形象、直观、可见度大。但有它的缺点,那就是容易让学生产生不真实的想法,很大程度上降低实验的真实性,所以多媒体辅助实验手段不能代替演示实验。
我们在演示一些微观的、不易观察的实验现象,为了让学生能够更清晰、更直观地观察实验器材和实验现象,我们对所演示的实验进行数码投影不防是个好办法。它可以把实验器材放大,形象在展示在屏幕上,还能把实验过程、实验现象实况展示在学生面前。
例如:使用螺旋测微器来测量,教师拿着螺旋测微器讲其组成、结构和工作原理以及使用方法,由于可见度小,收效甚微,而把螺旋测微器放到数码展示台上投影到屏幕上给学生讲解其结构和工作原理,学生就容易接受多了。在使用时,旋动旋转旋钮和微调旋钮,测微螺杆向右移动的距离就是所测长度,这个距离的整数部分由固定刻度上读出,小数部分由可动刻度上读出,用一根钢针指着进行读数,使学生观察得清清楚楚,很快掌握其使用方法。
再如:磁场的演示实验。过去我们的做法是,先把六个小磁针放在讲桌上围成一个圆圈状,中间放一个条形磁铁,观察小磁针南、北极的方向变化。但是,由于讲桌较高不利于学生观察,前排学生能看得见一些,后排的学生就一点也看不到了。为了解决这一问题,我把这个实验放在数码展示台上做。具体做法是,在展示台上铺一张纸(避免实验器具划伤展示台),将六个小磁针放到展示台上围成一个圈,介绍完实验原理及小磁针南北极后,把条形磁铁放在小磁针围成的圆圈中间,这样实验现象即可通过展示台投影到屏幕上,实时、准确地呈现出实验现象,全体学生都可以清晰及时地观察,而且还有助于激发学生的观察兴趣,集中学生的注意力。
将电教媒体科学地运用于中学物理实验教学,与实验教学相互交融,有机结合,将弥补实验操作中由于器材、环境等原因造成的不足,是提高中学物理实验教学质量的有效途径。
四、课外实验的开发
新课标提出这样的理念:从生活走向物理,从物理走向社会。物理课程应贴近学生生活,符合学生认知特点,激发并保持学生的学习兴趣,通过探索物理现象,揭示隐藏其中的物理规律,并将其应用于生产生活实际,培养学生终身的探索乐趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。通过从自然、生活到物理的认识过程,激发学生的求知欲,让学生领略自然现象中的美妙与和谐,培养学生终身的探索兴趣。
物理课由于实验多,往往是学生最爱上的课,注意力最集中的课。但是长时间的一成不变,学生的兴趣也会大打折扣。多开展课外实验,是课堂实验的有效补充,也让物理学更贴近生活,让学生感到物理就是身边、科学就在身边。我常常在备课时就设计了一些简单课外实验,让学生下课后、回家后去做。不但可以巩固基础知识、培养学生的能力、激发学生的兴趣,最大的好处是让大多数学生有成就感,其效果胜过做几道书面题。
在学习了光的色散后,我发现很多学生很快就忘记了白光由七种色光组成的。于是我就利用活动课的时间带着学生做了一次人造彩虹。烈日下,我端着一碗水和学生来到操场中间,学生们用各种眼神望着我,怀疑的、惊奇的、钦佩的。我用力喝了一口水,使劲喷出去,阳光下,一道小小的彩虹瞬间出现在我喷出的水雾中。学生那个兴奋劲足啊!一阵狂呼,校长还以为出了什么事。之后,学生各自端一碗水都来研究这人造彩虹,居然还有学生总结出要背对阳光才能看见彩虹的结论。从此,在学生的心中彩虹再也不是科幻中描述的那么神奇了。
在学习了物体的浮沉条件后,我安排学生回家用盐水和鸡蛋继续做实验。第二天,有个学生拿着一个鸡蛋来找我,说:“老师,为什么我家的鸡蛋不沉于水?不是说鸡蛋的密度大于清水的密度吗?”这可为难我了,望着这奇怪的鸡蛋,还真不好给学生解释。突然我想起小时候帮父母收稻谷时水田中那一个个漂浮的臭鸭蛋,终于有了答案:“你家的鸡蛋变质了,臭了。”学生小心的敲破蛋壳,一股臭味喷了出来,我们都笑了。
课外小实验及小制作是课内演示实验、学生实验的有效补充,是以学生独立为主的实践活动。在选题、取材、时间、空间上都比课堂教学有更大的灵活性,可以在相当大的程度上让学生独立操作、独立思考和独立解决问题,因此有利于学生施展聪明才智,培养能力,发挥创造力。学生从独立实践中,能够不断获得正反两方面的经验和教训,这是教学手段所无法传递的教育信息。
实验探究能力很大程度上影响了学生将来的发展方向,世界上许多发达国家重视实验教学的经验值得我们借鉴。德国物理教育界流传着这样一种说法:“没有实验的课,不算是一堂成功的课”。德国的物理教师除了极少数纯理论课没有实验外,一般每堂课要做2-3个实验。美国物理教师更重视实验探究,在他们上的每一节课中至少要做一个实验。有的是课本上要求的实验,有的是他们自己设计的实验,学生课堂上动手活动量较大,有半数以上的课是在实验室渡过的。可想而知,实验探究教学在中学物理教学中的重要地位。大量的信息资料显示:没有一定数量、质量演示实验的物理课是不成功的课;学生实验开展得不好的物理教学不能称其为合格的教学。
参考文献:
物理学是一门以实验为基础的自然科学,物理实验的教学对学生形成物理概念,建立物理定律,培养观察能力、动手能力和提高科学素养都有着重要的、不可替代的作用。新课程的实施,为我们带来了新的理念、新的要求,实验教学的相关内容也发生了较大的变化。按照新课程性质的要求,通过实验教学,应使学生掌握基本的实验知识和技能,体验科学探究的过程,了解科学研究的方法,增强创新的意识和实践能力。为达此目的,教师必需在实验教学过程中注重学生的亲身体验和情感意志的培养,最终使学生养成不畏挫折、乐于探究、善于分析的科学态度和良好习惯。下面我就高中新课程施几年来的实验教学体会谈几点粗浅的看法。
一、明确《课程标准》对实验教学的要求
普通高中《物理课程标准》(以下简称课程标准)对实验的要求与原《物理教学大纲》有所不同,原大纲中对学生分组实验、演示实验都有明确的要求,教师可以按照要求组织教学,同时各分组实验都有明确的实验目的、实验原理、实验器材及器材及使用说明、实验步骤等,但现课程标准中则没有,甚至对哪些为分组实验、哪些为演示实验都没有明确的说明,只是内容标准中以“通过实验认识”、“经历某某实验的研究过程”、“通过实验探究”、“通过实验认识”等的语言对可进行实验的地方进行说明,至于是做分组还是演示都由教师根据实际情况确定,至于实验器材、原理的确定也由教师和学生共同确定,这是新课程标准与原大纲的最大区别,给了教师更大的决策空间,同时也给教师提出了更高的要求,这恰体现了新课程标准的时代性、选择性。同时在每一模块的活动建议中,提出了让学生参与、体验实验活动的具体要求,其中包括学生利用所学的知识探究、制作、体验、定性研究相关的内容,这为学生的动手动脑、应用所学的知识、教师与学生的交流提供了参与的平台。
为了强化实验教学,课程标准在附录1设置了物理实验专题,对实验要求作了详细的说明,要求从经历实验探究的过程、实验方案的自我设计、实验误差分析研究、方案与结果的评估交流等方面培养学生的能力。专题列出了可供选择的14个实验示例,学校和教师可自行开发实验项目,但必须从中至少完成8个。对于实验能力的要求,课程标准中提出了6点要求:一是通过典型实例,认识实验在物理学发展中的重要地位和作用。了解可重复性和控制性是物理实验的基本要求。二是通过实验认识测量的意义;理解系统误差与偶然误差、绝对误差与相对误差,以及有效数字的概念;会用有效数字表达测量结果;知道精度和准确度的区别;能对实验误差进行分析。三是初步具有发现问题、提出实验研究课题的能力;能根据实验目的,设计并讨论实验方案,确定科学、合理的实验步骤。四是能根据实验要求合理选择并安装实验器材,正确进行实验操作。对较复杂或没有使用过的仪器,能读懂仪器说明书,并按照说明书正确使用该仪器。具备用已有的知识和设备熟练完成实验能力。能排除实验中出现的一般故障。五是能正确观察和如实记录实验现象和数据,养成实事求是的科学精神。会用正确的方法处理实验数据,得出实验结论。六是在实验过程中能与他人合作交流。能对实验方案和实验结果进行评估和反思,具有对结果进行质疑、改进实验方案的意识。能够用科学语言,正确的写出实验报告。由此可见,新课程标准对实验的要求要比原大纲的要求更高,也更有利于培养学生的探究精神和创新能力。针对课程标准对实验教学的要求,建议学校要在现有课时的基础上,将实验示例中的至少8个实验安排到科学探究、社会实践活动、研究性学习等课中完成,在每模块教学中再进一步增加演示实验、分组实验,分组实验至少要完成考试大纲中必须考查的相关实验。
二、认识实验教学内容的教育功能,强化学生实验探究能力的培养
所谓物理实验,就是根据确立的实验课题及猜想(实验的目的),运用一定的仪器、设备,创造或控制特定的条件,确定实验的原理,设计实验的方案,排除偶然、次要的因素的干扰,使某一主要的物理现象发生或重演,获得科学事实,从而进一步检验、发展物理理论。其对学生学习掌握探究自然规律、研究自然科学的方法,形成科学求实的态度,提高科学的素养是很好的教育平台,但不同的实验内容对学生能力的培养有着不相同的功能,如高中物理实验的中的技能训练型实验、测定性实验、验证性实验、探究性实验等,在教学中的要求和功能则不同,教学中应从实验的内在价值出发,有所侧重的培养学生六种能力(课程标准实验专题的能力要求),为此,在实验教学中要走出每一个实验都必须按照科学探究的七过程进行的误区,科学有效的确定实验教学的目标。
技能训练型实验主要是训练学生掌握基本物理仪器调整、使用方法及其注意的事项,主要突出使用仪器的规范化训练,使学生正确的应用仪器进行测量、观察和读数。培养学生学会看仪器说明书并学会使用仪器的能力。
测定性实验主要用来测量某些物理量或物理常数。测定性物理实验总是根据一定的物理原理进行测量,因此,组织该类物理实验,关键的问题是使学生明确实验所依据的原理或基本公式,确定待测量和相关量之间的关系,以及如何进行测量。
验证性实验是在学习物理规律之后进行的,其目的是通过实验验证物理规律的正确性,加深对物理知识的理解和训练实验技能。它要求学生必须正确的理解所验证的物理规律的内容和使用条件、明确实验的目的和方法。由于实验中不可避免的会出现误差,因此,必须向学生说明误差的允许范围,在误差的范围之内,实验的结果就可以认为与物理规律相符合,不能要求实验的结果和理论结果完全一致。
探究性实验是在学习物理规律之前进行的,也可以称为探索性实验,其目的是让学生通过对实验现象的观察,分析、归纳、总结出物理规律,或按照提出问题、猜想假设、设计实验方案、进行实验与收集证据、分析论证、评估、交流与合作的步骤探究物理规律,使学生体验科学探究的过程,感悟物理规律的形成过程,掌握探究自然规律的思想方法。
制作和装配性实验是为了巩固和应用所学的知识,提高理论联系实际的能力,训练学生的实际操作技能、技巧。
建议教学过程中尽量根据环境条件对实验设计进行再创造,为学生尽量多的创设实验设计方案,让学生在实验的过程中提高能力、学习知识,要避免“重知识、轻方法;重讲授、轻活动;重结论、轻过程;重机械训练、轻实质体验”的“媒体实验”、“程式化实验”“试题实验”的现象的发生。演示实验,也要尽量让学生参与,由学生自己完成实验、观察实验,归纳总结,感悟体验过程、理解获取知识、锻炼提升能力(教学中教师指导学生让学生自主完成)。
三、调整物理实验教学的学习方式,适应课程改革的新要求
物理实验教学中,学习方式应该多样化。单
一、被动的实验会使学生感到枯燥、乏味,必须增强实验的趣味性、问题性、探索性和应用性。要让学生成为实验学习的主人,教师成为学生实验的组织者和合作者,而不是权威的讲授者和单一示范者,要关注学生亲身的感悟与体验。各种学习形式举例如下:
自主活动式:通过学生自觉地参与实验活动,确定实验目标,制定实验方案,选择实验方法,监控实验过程,评价实验结果,从而完成实验任务。如“落体运动加速度的研究”实验,学生可二人一组,运用频闪照相研究钢球下落的加速度。学生必须完成的任务:方案设计;装置调试;标尺制作;实地拍摄;照片分析;实验报告。教师提供的帮助:方案设计提示;频闪技术指导;参与讨论,提供器材,进行质疑,点拨思维。
实验设计式:实验设计是高中物理实验学习能力的较高要求,是对学生操作技能和思维品质的综合检测,是有效的实验学习方式之一。其特点是情景新、方法活,具有开放性,要求学生对实验的原理有透彻的理解,对实验器材有所取舍和组合,能根据设计的要求和条件,进行分析和判断,制定实验的方案,通过实验全过程和具体步骤的实施,得出有关的结论并做出必要的说明。如研究单摆及其规律之后,提出如何测重力加速度的课题,要求学生自行设计测定重力加速度的方案。学生可根据学过的物理场景,如运动学中的自由落体、竖直上抛,动力学中的超重、失重现象,斜面上的匀变速运动等确立实验方案,并走进实验室,通过实验活动去体验真实,检验设计方案的合理性,分析测量结果的可靠性,而不是仅仅停留在理论的假设上。
课题作业式:适当布置类似于课题研究的“课题作业”,让学生经历一个收集信息、处理信息和得出结论的过程,在过程中学习一些探索的方法,对改善学生学习方式具有重要作用。如选用传感器制作控制电路;用变阻器设计几种不同的控制电路,并说明其原理及特点等。
建议教师在教学过程中创设不同的学习环境,留有充足的时间,让学生主动设计实验方案,独立完成实验,通过体验和感悟,掌握方法,提升能力,提高素养。
四、物理实验教学要联系学生的生活
物理实验教学要符合学生的认知特点,贴近学生的生活。教师要根据教学内容,有意识地精选学生生活中的实物和事例进行实验教学。例如,在《测电源电动势和内阻》的实验中,我给学生准备的实验器材是水果电池,而后让学生用所学过的理论知识来设计实验方案,这种取材于生活的做法既消除了学生对电池的神秘感,又激发了学生对实验探究的兴趣.再如,演示反冲运动的现象时,播放动画片《猫和老鼠》中,猫被反冲到空中的视频片段。然后引导学生分析猫被反冲到空中的原因:猫、水管和水构成一个整体,当水向下高速喷出时,在内力的作用下,猫、水管要向反方向运动,猫被反冲到了空中。这些实验使学生感到物理学就在身边。利用身边的物理现象进行教学,不但可以活跃课堂气氛,而且还可以引导学生关注身边的事物和与物理学相关的领域,促使学生积极地参与和体验,这有利于提高学生理论联系实际的能力。
1.运用微课程丰富学习资源, 激发学生兴趣
微课资源主要是短时频与配套的辅助资源, 通常仅占大约几十兆容量, 而且可通过网络在线播放微课视频, 教师与学生借助网络媒体即可在线学习, 学生还能下载微课资源并将其保存至mp4、手机、平板、笔记本电脑等终端设备上, 进行移动学习。物理基础、学习能力不同的学生均可根据个人需要在课余时间学习和复习知识, 选择性强, 在查漏补缺的同时也能巩固已学知识。比如, 教师采用微课程放大磁感线、万用电表、量筒、天平等演示实验的演示过程, 运用特写镜头向学生展示仪器的关键部位与重要的操作步骤, 方便学生学习和掌握规范的操作方法, 以及通过课后观看巩固知识、一些演示实验比较复杂、抽象, 只观看一次学生很难捕捉到所有关键点, 掌握程度不足, 而学生下载微课后, 就能在按照自身需求多次观看、深入学习, 达到全面理解和掌握的目的。学生在以往的课堂教学中, 主要的学习资源就是物理教材, 在学习时以教师为主要知识来源。但微课程则可以为学生提供十分开放、丰富的学习资源, 突破时间和空间的限制, 学生能各取所需, 有效学习。磁场、电流、声波电磁波等物理知识点比较抽象, 学生无法观察或感觉到, 教师的口头讲述也难以激发学生兴趣。微课程的引入可以形象化展示相关的信息资料, 促进学生思维发散, 并且可以向学生展示一些现象不明显或难以演示的物理实验, 丰富学生的感性认识。
2.运用微课程呈现演示实验, 提高教学效率
微课程的时间大约为10 分钟, 内容精悍, 能够将演示实验高效、完整、成功地展示给学生, 使教学有效性提高。比如, 进行实验“光沿直线传播”时, 要用激光灯对着充满烟雾的瓶子照射, 从而将光沿直线传播的现象展示给学生。然而在课堂上教室已经存在较强的光线, 学生在观察时现象比较不明显、不清晰, 导致效果不理想。因此教师可提前选择光线适合的方向完成该实验, 用摄像机、手机等装备录制实验过程, 将其制作为微课, 播放给学生, 这样实验现象就变得十分清晰, 便于学生观察。又如, 在物理实验“测量电阻阻值”中, 学生除了要能正确连接电路, 还要准确读出电压表、电流表的读数, 然而实验器材等因素会限制实验的进行, 特别是后排学生会感到视角小, 无法准确读数, 所以实验之后难以掌握电压表及电流表的连接方法。为解决该问题, 教师可通过微课程的方式呈现该实验, 拉近镜头放大电压表和电流表的读数, 采用慢镜头演示如何连接电压表和电流表, 方便学生学习。这样学生在课堂上可以直接观看一次性成功的实验, 而且可以清楚观察到关键部分, 节约了无用时间, 使教学效率大大提高。
3.运用微课程优化实验教学, 实现交互学习
一些演示实验的现象虽然清晰, 但产生实验现象的过程却很短暂或不明显, 导致学生在完成实验后始终不明白为何能产生该现象, 不清楚各物理量在实验中的关系。通过微课程教师可以将物理量的关系与变化细节通过动画、图片等形式展现出来, 帮助学生深入理解实验原理、过程与结论。微课程还能使演示实验的可见度提高。决定演示实验能否成功的重要因素就是实验现象是否直观、明显, 有时我们要定量分析实验结果, 所以其精度必须满足一定的要求, 然而实验操作、器材等因素都可能影响实验过程, 降低结果的可见度, 微课程则能在向学生呈现干扰最小时的实验过程, 避免出现较大误差。同时, 微课程还能用于展示和原子物理、分子动力理论等有关的演示实验, 采用图片、视频等形象化原本抽象的物体, 加深学生的理解与记忆。一些演示实验的物理变化或速度太快, 其现象也转瞬即逝, 学生难以捕捉。所以教师可利用微课程加以演示, 并且适当调节实验进程, 反复播放, 方便学生观察。除此之外, 微课程可以提高教学的交互性, 增进师生、生生之间的交流和互动, 当学生在学习中产生疑问时, 既可以向教师求助, 寻求指导和解答, 也可以和其他学生共同讨论, 攻克难题。而教师也能全面了解学生的学习情况, 根据反馈信息调整教学进度, 改进不足之处。
关键词:PASCO系统;工科物理实验教学;创新思维能力
中图分类号:O4-4
1 引言
随着时代的发展,大学工科专业的教学越来越重视对学生创新思维能力和动手操作能力进行培养,以期造就出一大批能够根据生产需求研发新技术、新工艺和新产品的工程技术人员,从而满足现代化建设的需要。大学物理实验作为工科学生入校以来遇到的第一门实验课程,不是简单地对物理理论课程进行实验延伸,而是针对工科学生的实验技能和良好素质的培养而独立开设的,具有非常重要的作用。但由于条件的限制,我们长期以来一直采用传统的实验教学方式,即教师讲授实验原理和测量方法,学生按部就班地操作并完成实验报告。整个过程学生不需要多少思考,更不用说进行创新设计。同时,学生本身对这門课程也往往不够重视,多是抱着应付课程拿学分的态度,没有多少兴趣,积极性也不高。针对这种状况,我们积极响应学校关于加强实验教学的号召,开展了物理实验教学的创新改革。其中一个重要举措,就是引入了美国PASCO公司开发生产的专门用于物理实验的计算机数据采集与分析的系统,建立了PASCO物理实验室,开设了创新物理实验课程。
2 什么是PASCO物理实验系统
该系统设备主要由各类传感器、计算机接口系统和数据采集与分析软件三个部分组成。实验中各物理量的实时数据可通过传感器利用传感技术转化为电信号,再经过计算机接口系统传入计算机中,由此实现准确、高效的数据采集,最后通过Data Studio软件对数据进行分析、处理和呈现。目前可选用的传感器有力、运动、压强、温度、声级、光、电荷/电压/电流、磁场等50余种,采用纯数字化信号,传输速度快。数据采集接口可根据需要采用不同的采样速率,最高可达250kHz。而Data Studio软件以图表的形式可实时记录并显示物理量变化中的数据情况。除了与传统实验仪器结合使用,PASCO公司自身也开发了一系列配套的实验项目,从普通物理的基础实验到近代物理的拓展课题实验,涵盖了典型物理课程的大部分内容。相应的仪器配件具有很强的组合性,可与其它的部件灵活组合出多个不同的实验项目。
3 PASCO系统在教学上的优势
我们首先在13级电力专业学生的大物实验课程中采用PASCO系统来进行试点教学。和之前操作传统实验仪器相比,学生的兴趣明显增加。PASCO系统不同于以往实验的新仪器和新实验方法引起了学生的好奇。他们不自觉地想去弄明白这些仪器是做什么用的、怎么操作、怎样才能组合出一套完整的实验装置。但是,单纯地靠实验方法和仪器的新颖性只能短时间内让学生觉得新鲜。要激起他们对物理实验持续的兴趣并从中真正得到能力的锻炼,需要我们对PASCO系统如何应用于物理实验教学之中进行深入的探索和思考。
目前,我们已顺利搭建了PASCO系统物理实验室,可开设牛顿定律、理想气体定律、欧姆定律、光的干涉/衍射等几十个实验项目,包括了力、热、光、电、磁和近代物理各方面,也是传统物理实验课程中常见的实验项目。通过对比学生分别使用传统仪器和PASCO系统设备的情况,可以看到PASCO系统在教学上的功能主要体现在:
(1) PASCO系统改变了数据的采集方式,使物理量的测量变得简便
以往实验中我们用仪器直接只能测出一些基本的物理量,其它很多物理量需要通过与若干个能直接测出来的物理量之间的函数关系才能计算出来。在这个过程中,需要掌握多种测量工具的使用,相应的测量方案很复杂,数据计算过程也比较繁琐。PASCO系统改变了这样的测量方式,利用传感技术,借助各类传感器去直接采集实验中各物理量的数据。特别是对于随时间变化的物理量,能够做到实时测量。比如,使用了PASCO系统装置中的运动、位置和加速度传感器后,物体的位移、速度和加速度可以很方便地在运动全程中被监控。采用了PASCO系统后,不再需要诸多的仪器来配合测量,减少了对实验装置的要求,变间接测量为直接测量,简化了操作步骤,降低了实验操作的难度。
传统实验仪器很难或无法测量的物理量在采用了PASCO系统装置后能够很方便就测出来。这也拓宽了实验能够研究的范围。比如,传统的单摆实验主要是通过测量单摆周期和摆长来计算当地的重力加速度。而利用PASCO系统仪器中的力和转动传感器,可以直接并连续地测量单摆运动的向心力和角速度的大小,直观地看到向心力随时间周期变化的趋势,进而可研究向心力与质量、角速度、转动半径之间的关系。
(2) PASCO系统利用计算机软件对实验数据进行处理和显示,简化了数据处理的过程
传统实验中,学生课后还要花大量时间来数据处理。这个过程不仅繁琐耗时,还往往使学生形成了只要计算出最终结果实验就完成了的错误认识,造成对实验结果的分析和思考非常欠缺。采用PASCO系统后则可以改善这一状态。该系统利用Data Studio软件强大的分析工具来处理计算采集到的数据,最终的结果以图表的形式同步显示在计算机窗口中。这就使学生从繁重的数据处理工作中解放了出来。此时,可以引导学生将注意力转向对实验现象的观察和实验结果的分析上 ,培养观察和分析的能力。而且由软件处理得到的结果保证了计算过程的准确性,更有助于学生对实验结果作出正确的判断。
PASCO系统直接图表形式显示最后结果的处理方式,可以给予学生生动直观的感受。譬如,单缝衍射实验,学生可以很方便地当场观察到衍射图形,对实验现象的理解也更为深刻。又比如,牛顿定律的实验中,小车受到的外力和加速度之间的不仅有关系曲线描述,函数关系也直接被拟合出来。
(3) PASCO系统配套实验部件种类多,可灵活组合,有助于设计型创新实验的开设
PASCO系统开发的实验项目涵盖的物理范围比较广,配套的实验仪器种类非常丰富。这些仪器部件由先进技术制成,构造小巧精密,共用性强,单个部件可参与到同系列多个实验中。最常见的就是各类传感器的重复使用。例如,转动传感器可用在单摆向心力、转动惯量、扭摆等一系列实验中。此外,其它仪器的使用也不局限于单个实验中。例如电学实验中常用到的RC电路板,可用来研究电容器的充放电过程,也可用来验证欧姆定律,还可以考察LRC谐振电路的电流电压响应以及基尔霍夫定律有效性的证明。
一些PASCO系统部件本身结构设计得就非常精巧,集成度比较高,可以完成多种情况的测量。比如,PASCO系统提供的狭缝附件组,本身就包含了多种宽度和间距的单缝、双缝和多缝,以及不同形状的小孔。采用这一配件,不仅可以研究单缝衍射现象,还可以观察双缝和多缝的干涉现象。
PASCO系统部件强大的组合性,非常适合学生自己动手设计实验,有利于创新思维能力的培养。例如,利用PASCO干涉仪系统仪器,学生可以借助传统实验课上做过的迈克尔逊干涉仪实验的知识,去测量空气和玻璃片的折射率。这需要学生开动脑筋,查阅资料,制定测量方案,选择合适的仪器部件搭建实验装置。
4 采用PASCO系统教学的方法
我们认为在所有实验中都引入PASCO系统是不太现实且没有必要的。PASCO系统操作简便、仪器组合灵活的特点,更适合用于工科学生创新和实践能力的培养上。基于此,我们采取传统实验装置与PASCO系统仪器结合使用、传统实验为主与PASCO创新实验为辅的教学方式。学生在课程学习的前期需要以传统的方式和实验装置来完成大部分的实验,在后期则使用PASCO系统仪器来进行创新实验项目的设计操作。其中,采用PASCO系统进行创新实验教学的过程,我们大体上分为三步来实施:
第一步,让学生了解如何使用PASCO系统来进行实验操作,结合具体实物介绍PASCO系统各部件的工作原理和使用方法。再演示如何用PASCO系统完成一个简单实验的测量。通过这样的讲解和演示,使学生对PASCO系统有初步的认识。
第二步,让学生根据在前期传统实验中已完成的实验项目,结合现有的实验装置和PASCO系统设备,自主选择实验项目进行操作。通过动手操作来熟练掌握PASCO系统的使用方法,做到正确地采集和处理实验数据。经过这一步动手的训练,学生对PASCO系统加深了了解。
最后一步則是要求学生独立完成一个实验课题的研究,对学生的自主学习和创新能力进行训练。学生根据已掌握的物理知识以及自行查阅各种资料,结合已有的仪器设备,确定实验研究的对象,设计合理的实验方法,制定详细可行的实验方案。在此基础上动手操作,观察实验现象,获得正确的数据结果并进行思考分析,得出现象背后蕴藏的规律并撰写出完整的研究报告,最终完成课题研究。通过设计型创新实验的训练,学生不仅了解到科学研究的基本方法,而且化被动为主动学习,养成了独立思考的习惯,培养了探索的精神和创新的能力。
5 结语
PASCO系统不同于传统实验仪器的数据采集和处理方式,使得其在物理实验教学上表现出诸多的优势,有利于设计型创新实验的开设。一年多来的试点教学研究表明,PASCO系统给物理实验教学带来了极大的便利,有助于工科学生主观能动性的提升、科学探索精神和创新思维能力的培养。因而将PASCO系统引入物理实验教学当中是非常有必要且具有重要作用,符合现今教学改革的趋势要求。
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