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1、物理实验教学模式的研究论文 物理学是以实验为基础的科学物理教学中怎样体现这一学科特性是课程标准理念下中学物理改革的重要内容数字技术正在改变人们的工作方式、思维方式和教育方式如何发挥数字技术在课程改革中的作用也是当前课程改革研究的一个重要问题笔者就这两个基本问题及两者联系谈谈看法 1、物理实验教学的历史回顾 长期以来人们往往把物理实验分成两种基本形式一种是演示性实验一种是学生分组实验前者定位于培养观察能力后者着眼于培养操作技能和验证物理原理这种基本思想和教学目标决定了实验的性质和基本教学方式在演示实验中教师做、学生看教师讲、学生听体现了以教师为中心的传统物理教学模式学生分组实验虽然是学生动手但实
2、验目的、仪器准备、操作步骤、实验报告全部由教师预先设计好学生仅仅是熟悉仪器进行连接然后按步骤进行操作、观察记录和分析实验数据得到结果在这种实验中学生是完全按教师设计好的方案进行与工人在车间中“照图施工”非常相似缺乏学生自主的独立思考和创造性活动因此学生做完实验印象不深兴趣也不太大久而久之对实验也就不太重视 造成传统物理实验教学这种局面的原因是多方面的首先过去的物理教学大纲没有很好的体现以“实验为基础”的学科特征只是对有限的十几个学生分组实验作了规定那个时代对物理实验的教育功能缺乏根本性的认识只认为知识是根本的仅仅把实验看作是一种技能训练没能认识到实验在知识、能力、方法、情感态度价值观等综合科学
3、素质教育中的重要作用没认识到物理实验在培养科学素质方面具有无可替代的独特功能另一方面是考试指挥棒的影响长期以来笔试占绝对统治地位实验教学在升学考试内容中一直缺乏应有的地位所以评价方式也是导致人们对实验缺乏足够重视的重要原因 改革开放后随着教育改革的逐步深入人们对物理实验的重要性、教学目的、结构和内容逐渐有了新的认识逐步突破了传统框架首先从课程结构上突破了演示实验、学生分组实验的界线在两者之间派生出一个“边讲边实验”或“随堂实验”一方面把一些演示实验变成全体学生参与的随堂实验；另一方面把常规学生分组实验变成课堂中的边讲边实验除此之外还形成丰富多彩的身边小实验也称小实验、小制作这样在物理教学中就形
4、成了四个实验层次即：演示性实验、随堂实验、学生分组实验和小实验从上世纪80年代开始物理通报社编写九年义务教育教材在序言中就明确提出了这四种实验并将这四种物理实验层次纳入物理通报版九年义务教育物理教科书之中受到广大师生的普遍欢迎对我国物理教学改革起到了积极的推动作用 2、课程标准理念下的中学物理实验教学 世纪之交我国启动的基础教育课程改革是一场划时代的深刻改革就物理学科而言几乎所有的改革理念都紧紧地联系着物理实验在这场课程改革中最基本的理念是提倡“以学生为本”面向全体学生科学素质提高旨在培养全体学生终生发展的兴趣和能力因此怎样改革实验教学培养学生自主学习能力培养科学探究的兴趣和能力成为课程改革的
5、重点在这样的理念下自然就要求人们去全面地、深刻地研究揭露物理学的学科特性和教育功能课程标准理念深刻地改变了物理实验教学的目标、性质和模式从单纯为了学习知识验证理论学习操作技能转变为以全面地培养科学素质为目标的课程提出了“知识与技能过程与方法情感态度价值观”三维教学目标这样的物理教学目标决定了物理实验教学的性质、内容和模式 课程标准并没有排斥更没有否定在改革开放后形成的演示性实验、随堂实验、学生分组实验和小实验这样一种基本结构相反在课程标准理念下更有利于发挥多层次物理实验教学结构的教育功能在课程标准理念下演示实验仍是不可缺少的重要形式只是应在演示实验中重视学生的参与；在学生分组实验中要尽量采用探
6、究式的实验方式应改变一切由教师准备好、设计好广播操式的程式化实验；至于“随堂实验”则更要注入较多的探究式内容包括让学生经历设计方案选择仪器、制订步骤、设计表格、收集信息、处理数据、得出结论并进行评价分析等过程旨在让学生真正进入科学学习的状态和角色；在课程标准理念下的小实验或家庭实验则有更大的自主性、开放性、创造性更多地鼓励学生利用身边器材、家用电器和同学、家长共同开展多种形式的家庭实验现在物质财富大大丰富应鼓励同学们建立家庭实验室废旧材料很多很多东西都是科学实验的好材料 当然在物理教学中要求这样做肯定会有不少困难不仅对学生要有一个培养过程而且教师、学校和家长也都要有一个适应过程可以逐步到位逐步
7、提高要求但必须坚持这种科学教育的原则和方向 课程标准理念下的物理实验教学从根本上改革了物理实验教学目标和性质因此必须相应地改革实验教学的内容和形式这样的改革使学校教学与社会活动、家庭生活结合起来有利于促成全民关心教育、全民学习的崭新文化 3、数字文化与课程标准理念的结合将开创崭新的物理实验教学体系 文化是教育的基础课程标准理念为物理实验教学改革提供了新的思想理论数字技术的普及则为物理教学提供了全新的技术手段和教学平台数字文化与课程标准理念的结合必将为物理实验教学乃至物理课程现代化产生重大影响有人担心多媒体是否会削弱物理实验教学其实这是一种偏见在数字化的平台上将使物理实验教学的现代特性得到进一步
8、发挥而且将会创造出一些全新的实验教学模式下面将简要地讨论一下在这样一个平台上物理实验教学的改革问题 31计算机、多媒体、仿验扩大了物理实验的内涵扩展了物理实验的教育功能 在观察环节数字化手段可以极大地扩展实验的可视性和可重复性以往用肉眼观察非常困难的物理现象现在可以借助数字视频技术在时间和空间上的扩展可以清楚地采集下来反复观察 在数据采集环节上计算机和传感器等数字手段的介入可以更快更准地得到实验数据从而节省宝贵的教学时间把更多的时间用于讨论物理问题之中 在数据分析环节上利用计算机的强大数据处理能力可将学生从简单、机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来让他们的时间和精力用在更有创造力的方面 32数字
9、化实验系统（DIS系统）对物理实验教学将产生的影响 从总体上讲DIS系统是以计算机及传感器为核心器件的实验体系而与传统或有计算机传感器参与的实验系统相区别DIS系统结构将使实验教学的设计思想、学生的操作过程和实验中间环节发生很大变化 模块化和功能封装是现代工业的特点之一DIS具备了这些特点也就是系统将在“黑箱”模式下提供我们需要的功能不能也不必过份关心系统提供功能之外的事情我们所要做的事情就是根据需要选择想要的模块要关心的事情就是该模块的功能是否能满足我们的需要如测量类型、测量范围、测量精度是否合乎要求软件支持的情况在这种情况下实验教学将使一些层面相对简化而使另一些层面更深入比如在数据处理上有
10、明确的处理形式的机械性工作可以交给计算机来自动完成使处理数据层面上工作简单化；这样做的目的是否意味我们对数据的关注可以减少呢答案是否定的因为我们要求学生转而关注数据之间的物理关系和数据背后更深入层次上的物理分析就是说可以引导学生把精力从简单层面上转移到较深入的地方 面对DIS系统的功能全面增强为物理实验教学在实验内容上调整带来机遇比如在传统中学物理实验中没有设备能很方便地测量磁场强度现在有了磁场强度测量模块我们可以用它和电流传感器、电压传感器、压力传感器等模块组合使用设计一系列较复杂的物理实验由于传感器的应用给测量带来方便我们可以将力、热、声、光、电等模块组合使用设计出跨章节甚至跨学年的综合性
11、实验以适应高中物理课程标准中“物理实验专题”选修模块的需要 DIS系统将打破传统实验教学的固有模式使中学物理实验具有高度的自主性、开放性和探索性学生可以比较方便地根据不同的目的设计实验如可以设计某个实验专门为了仔细深入地观察某一过程研究一些物理量之间的关系等等另一方面对于同一个实验不同学生之间在学习目的上可以互不相同实验既可以探究性的也可以是验证性的由于DIS具有便于使用的模块学生可以更自由设计某个实验来验证他们的想法为学生大胆创造提供实验平台 33虚拟实验对传统实验教学的影响 虚拟实验是从计算机领域中的虚拟现实技术与实验教学相结合的产物它将实验仪器、实验环境、实验环节等全部由计算机仿真系统来
12、完成既可以仿真传统实验也可以仿真传统教学实验无法涉及的条件要求很苛刻的实验如高温、强电、强磁实验、高能粒子实验、空间实验等等 权威人士断言虚拟现实技术将是21世纪信息技术的代表它的发展不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式同样它也将改变人们的思维方式改变实验教学的格局 首先它可以极大地扩展教学实验的内容涉及以前教学实验无法涉及的领域给予学生更大的学习空间激发他们的想象力、创造力第二它可以方便地对实验教学内容进行扩充只用少量的资金去购买相关软件而不必用大量的资金去添置实际设备从而给实验教学本身以更大的自由度第三它可以作为实验的事前准备使学生在做实验之前就对实验设备和内容有深刻的了解从而提高实验教学效果和减少不必要的设备损失第四它可以方便地作为实验教学评价手段解决以往实验教学不方便考试的问题等 有什么文化就会有什么样的教育数字文化与课程标准理念相结合必将使实验教学呈现出多姿多彩的新格局在面向全体学生基本科学素质提高的大目标下贯彻课标基本理念转变观念继承传统实验教学优秀成果充分地利用数字文化的强大力量展示物理教育的时代特点将是我国物理实验教学改革的长期奋斗目标
