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1、中学物理实验教学与评价研究北京师范大学物理系 李春密第一 中学物理实验教学研究一 物理实验在物理学发展的作用1、发现新事物和探索新规律。 2、验证理论。 3、测定常数。 4、推广应用。二 物理实验与物理教学科学实验与教学实验的比较 科学实验教学实验目的发现 新现象，探索新 规律帮助学生掌握知识和学习方法 ，培养能力，提高素质。内容由需要探索的新问题 而 定，内容是新的，一般 是未知的。按一定的教学目的设计 ，根据 教学实际 的需要安排。比较成 熟的。 形式通过实验观 察、测量 、记录 、计算和分析 ，总结 出规律。使学生形成概念，掌握规律（一） 物理实验在教学中的地位1、实验是物理教学的重要基
2、础 2、实验是物理教学的重要内容 （1）物理实验本身就是物理学的不可分割的重要内容。 （2）实验教学是物理教学的重要组成部分。 （3）实验是培养学生实验能力(特别是操作能力)的保证。 3、实验是物理教学的重要方法。 (1)、实验是物理学研究的重要方法。 (2)、实验是教师教物理、学生学物理的重要方法。 四、实验是物理教学的重要手段。(二) 物理实验在物理教学中的作用1、培养学生的兴趣和激发学生的求知欲。 2、创设学生有效掌握知识的学习环境。与生活事例相比，实验有下面一些特点：实验具有典型性 实验具有重复性实验具有趣味性 实验具有定性和定量研究的全面性 3、训练学生的科学方法。 4、培养学生的各
3、种能力。 5、培养学生良好的科学素质。三 实验原理（一） 分析原理是研究实验的基本方法1、明确实验的目的、内容和要求； 2、认真研究实验原理，对定量或半定量实 验，需要分析实验的误差原因及其影响程度 ； 3、确定实验关键； 4、对实验装置、器材和实验条件提出要求 并进行选择 5、明确操作要点和注意事项。（二） 实验原理的科学性和可行性1、原理的正确性（1）、不能弄虚做假，制造假象，欺骗学生。但可采 取一定的必要的技术手段。（2）、原理无错误，但允许有误差。 2、原理的确切性原理与教学中需要说明的问题要一致。 3、原理的可行性（ 1）、设计的实验方案从原理上讲并没有错误，但在 实施过程中受到装置
4、、器材、实验条件等限制，而无法实 施。 （ 2）、有些实验虽然在科学性上并没有错误，但其主 要的实验原理学生不易理解，或还未学到。（3）、原理无误，学生也易理解，但运用教学中，把 他们放在一起就会出现逻辑错误。四 实验方法和实验方案 1、实验归纳法这是一种由个别到一般的认识方法。其特点是，实验 在前，结论在后，实验就是探索规律的主要手段。这种 实验人们常称为探索性实验。 2、实验验证法这是一种推理、判断在前，实验验证在后的研究方法（ 即演绎法）。实验验证法是与想象、推理、判断等思维 形式紧密结合起来的方法，是人们的认识能力充分发展 的表现。 3、理想实验的方法理想实验是人们头脑中想象的实验，是
5、一种思维活动， 是在已有实践的基础上，经过推论、判断得出理想条件 下的物理规律的方法。（一） 根据知识结构建立实验模型 （二） 根据实验和教学要求建立实验模型 （三） 用相同的实验方法解决不同实验中相同的 问题 （四）实验方法和实验方案的选择原则 仪器装置简单明了，易于搭配和制作。 现象清晰，效果明显，易于操作，安全可靠， 重复性好。 紧密结合课堂教学。 学生容易接受。五 实验装置和实验器材（一） 分析装置的原理和特点 （二） 分析和掌握仪器的结构、原理和性 能 1、分析仪器的结构和掌握仪器的工作原理 2、了解仪器的技术参数和一般用途 3、了解仪器的调整方法和与分析其作用和 原理 4、分析仪器
6、的结构原理与改进和自制仪器 （1）、改进方案要有理有据。 （2）、改进方案必须切实可行。（三） 分析和了解材料的特性和用途 1、了解材料的特性和作用及合理应用 2、扩大材料的应用范围 （四） 实验装置和实验器材的选择 1、实验器材的选择（1）、器材的特性，如机械强度、尺寸大小、物理和化 学等性能参数。 （2）、加工方便、经久耐用。 2、实验仪器的选择（1）、仪器尽可能简单、明了、直观。 （2）、合理选择仪器的精度。 （3）、所选仪器要保证满足实验条件。六 实验条件的选择和实验操作（一）实验条件的选择 1、根据实验原理选择实验条件。 2、根据仪器技术指标（参数）选择实验条 件。 3、根据误差理论
7、选择实验条件。 4、根据理论图线选择实验条件。（二） 实验操作 1、操作依据。 2、操作的具体要求。七、计算机在中学物理实验教学中的应用（一）、用计算机处理数据 （二）、计算机模拟物理实验1课堂演示，强化学生的直观感觉2建立物理模型3展现宏观或微观世界4显示实验的中间过程5代替危险性较大的实验演示（三）用计算机采集处理数据1、工作原理传感器模拟量线性放大电路A/D转换器模拟通道数字量A/D转换器I/O通道待 测 物 理 量去计算机总线图1 采样原理图2、断电自感的采样实例图2 断电自感实验电路图4图 3图53、通电自感现象实验的讨论 图1图2图3图4图5图6图7图8图10图94、用力传感器研究
8、瞬时力的问题 实验一、测量最大静摩擦力和最大静摩擦系数 实验二、冲量实验第二 高中物理主体性探究实验教学策略的研究一、建构主体性物理探究实验实验 教学模式一个完整的中学物理教学模式应当包含理论基础、教学目标、操作程序 和实现 条件四个要素。 主体性探究实验 教学模式是指学生运用已有的物理知识，教师创设 物 理情境，以学生为主体，提出问题 、建立猜想与假设，设计实验 方案， 进行实验 ，评估分析与交流归纳 出物理概念或物理规律，从而获取知识 、发展能力的一种教学模式。 主体性探究实验 教学模式形状像一个苯环，主要有以下几个方面的考虑 ：第一，苯环的性质比较稳 定，与教学模式的特点有一定的相似之处
9、；第 二，苯分子是一个平面正六边形构形，形成一个封闭的共轭体系，形成一 个浑然的整体。而探究实验 教学中的“创设 情景，提出问题 ”、“合理猜想， 构想假设”、“制定方案，进行实验 ”、“取得证据、分析论证 ”、“表达交流、 获取知识”、“巩固扩展、运用知识”这些要素也构成了一个以学生为中心相 互关联的整体；第三，学生活动处 于苯分子的碳原子的位置，也说明学生 在整个主体性探究模式中的重要地位，而教师活动处 于苯分子的氢原子位 置，起指导、引导的作用，同样是不可或缺的；教学过程以学生为主体展 开，而不是以教师为 中心，教师起重要的引导作用。提出问题确立目标合理猜想构想假设制定方案进行实验收集证
10、据分析论证表达交流获取知识运用知识巩固扩展学生主体创设情境激发兴趣启发引导提倡参与指导分析提倡合作尊重个性尊重差异注重整合提倡反思联系生活注重应用教师活动学生活动图1 主体性探究实验教学模式图二、高中物理探究实验的分类1、探究演示实验表1 探究演示实验编号实 验出处页数GB1045演示抽空玻璃筒中的自由落体运动并用打点计时 器研究自由落体运动高中必修1第45页GB1058演示桌面的微小弹性形变高中必修1第58页GB1061演示静摩擦力高中必修1第61页GB2014演示弹簧的拉伸，探究弹性势能的表达式高中必修2第14页GB2022机械能守恒小球能摆多高高中必修2第22页GB2032演示钢球离开轨
11、道速度方向与曲线轨 道的关系 以及钢球在磁铁吸引下的运动高中必修2第32页GB2035演示运动的合成与分解高中必修2第35页2、探究分组实验编号实 验出处页数GB1034探究小车速度随时间变 化的规律高中必修1第34页GB1044利用光电计时 器研究自由落体运动高中必修1第44页GB1066探究求合力的方法高中必修1第66页GB1075探究加速度与力、质量的关系高中必修1第75页GB1086用弹簧测力计探究作用力与反作用力的关系高中必修1第86页GB2016探究功与物体速度变化的关系高中必修2第16页GB2038探究平抛运动规 律高中必修2第38页GB2051感受向心力，探究向心加速度大小的表
12、达式，并用 圆锥摆 粗略验证 向心力表达式高中必修2第51页表2探究分组实验三、探究演示实验探究演示实验教学的操作程序 创设情 境激发兴 趣提出问题确立目标主体参与联系生活教师活动学生活动策略体系演示实 验引导观 察观察实验记录信息主体参与差异发展指导分 析引导假 设逻辑思考建立假说主体参与差异发展分享假 说引导检 验收集证据验证假说主体参与合作学习提倡反 思总结提 高反思过程总结评价主体参与联系生活21345实验阶段探究演示实验教学策略类 型操作程 序策略体 系具体实施探 究演 示实 验提出 问题 确立目 标主体参 与学生自己提出或教师引导提出有层次 的、难度适中的问题 ，让学生思考，并 写
13、下自己的观点； 让学生根据情境记录 下自己的问题 ， 并用简洁 的语言陈述自己的学习目标。 联系 生活利用日常用品做实验 ，简单 、方便、易 懂。 观察 实验 记录 信息主体参 与积极主动观 察实验 ； 让学生以信息的形式记录 自己认为 重 要的现象和与自己的学习目标相关的事 实； 让学生发表自己的信息，把大多数学 生公认的信息展现在黑板或投影仪上。差异 发展让学生记录 演示实验过 程中的信息， 并将其概括精练； 提供书上相应的内容，让学生研读， 记录 信息，提供不同的“观察”的选择 ； 教师切勿评论 学生各自记录 的信息， 引导学生按重要性将信息排序，并展现 自己认为 最重要的23条信息。探
14、究演示实验逻辑 思考 建立假说 主体参与让学生根据自己持有的或可利用的信息进行猜测； 建立假说，让学生列举实验现 象或信息作为支持； 让学生以逻辑 推理的形式展现自己的思维过 程； 把大多数同学认可的假设展现在黑板或投影仪上，并让 学生自主选择 自己要检验 的一条或几条假设。差异发展让学生各自结合自己的学习目标进 行猜想假设； 让学生根据自己需要，自主选择 一个或多个自己认为 有 意义、有价值的假设进 行检验 ； 如果选择 多个假设检验 ，按照重要性排序，然后从最重 要的假设开始检验 。 收集证据 验证 假说主体参与以资料式的方式来收集证据、检验 假设； 以实验 式的方式来收集证据、检验 假设
15、。合作学习组成两人小组，相互讨论 ，相互补充； 组成“组内异质、组间 同质”的小组，组长 收集和整理 组员 的结论 ，进行统计 。 反思过程 总结评 价 主体参与让学生填写设计 好的进行反思的表格（参考表）； 鼓励学生自己设计 形式进行反思； 开展自评、教师评 、小组评 等形式评价，撰写报告； 利用总结语 策略，让每个学生发表自己的结论 。联系生活把结论 运用到实际 生活中去检验 ，解释问题 或现象。四、探究分组实验探究分组实验的操作程序 创设 情境激发 兴趣提出问题确立目标启发 引导提倡 参与合理猜想构想假设主体参与差异发展指导 分析提倡 合作制定方案进行实验主体参 与 合作学 习 差异发
16、展尊重 个性尊重 差异取得证据分析论证主体参与差异发展注重 整合提倡 交流表达交流获取知识联系 生活注重 应用运用知识反思总结主体参 与 联系生 活 体验成 功主体参与联系生活主体参与合作学习教师活动学生活动策略体系实验阶段213456探究分组实验的教学策略 类型操作程序策略体系具体实施 探究分组实验提出问 题 确立目 标主体参与教师提出一系列问题 ，让学生分辨哪些是重要的问题 ，整合问 题，提出自己要解决的问题 ； 让学生自由地提出问题 ，分辨整合，提出自己认为 最重要的问 题联系生 活让学生预习实验 ，搜集并整理与实验 相关的历史故事或事实情 境，并与全班分享； 让学生根据情境，记录 重要的信息，提炼并整合，提出问题 ， 确立目标； 让学生审视 自己的问题 ，让他们尽量从实际 生活的材料中精辟 、简洁 地提出自己的问题 ，确立目标。 合理猜想 构想假 设主体参与根据生活经验 和直觉思考提出假设，要求用精练、精
