中学物理实验教学研究综述

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1、中学实验教学研究北京师范大学物理系 李春密 L一、实验教学的概念1、国外在使用美国英语的国家，实验教学是“laboratory activities”；在使 用英国英语的国家，实验教学被称为“practical activities”。V.N.Lunetta等人认为学校实验这一术语是指在学校环境中，学生 接触具体物体或二手的数据（例如天文照片和虚拟实验等），来观察和理 解物质世界的经历（The terms have meant experiences in school settings where students interact with materials to observe and

2、 understand the natural world）。这些活动既包括学生个人的实验、小组 或班级的演示实验，也包括持续数周的探究或项目研究（project），以及 在校外进行的相关活动。在韦氏大词典中，experiment的词义是为了揭示未知事物所进行的 活动或过程；laboratory的词义是进行科学实验或研究的地方或建筑物； demonstration的词义是使事情变得明显、易懂的活动、过程或手段。2、国内意大利人、耶稣会士利玛窦（Matteo Ricci,1552-1610）于明末（1582年 ）来华，以此为标志，我国的西学东渐活动开始，西方的科学技术知识开始传入 中国，我国也进

3、入近代科学的萌芽阶段。在西学东渐的大背景下，大量的科学著 作被带到中国，并通过口授或者翻译为国人了解。在这一过程中，科学术语也随 之翻译过来。在我国物理学发展早期，对其影响最深的是由江南制造局翻译的 物理学。这本书是日本的物理学家饭盛挺造编著，腾田丰八和王季烈翻译的。 这是中国第一部全面系统的物理学书籍，我国的“物理学”这一术语也是在这本书中 开始被使用的。在这本书中，experiment被译为“试验”。在洋务运动推动下，1862年清政府设立了京师同文馆，1866年同文馆增 设天算馆，1888年增设格致馆，自此物理学在各级各类学校开始开课讲授。在解 放前，我国科学教学方法深受美国杜威的影响，陶

4、行知的思想具有代表性。在此 期间，自制简单仪器的思想也已出现（解放后，这一思想由朱正元等推广）。查 找中国期刊全文数据库和20世纪我国中小学物理学科课程标准和教学大刚发现， 在解放前演示实验被称为“表演实验”或“示教实验”，直到解放后1956年，“演示实 验”这一术语才出现在中学物理教学大纲中，与此同时，其它的称呼也随之消失。 雷树人最早使用演示实验这一术语。教学实验术语的变化原因可能是在解放后， 教育界全面学习苏联，“演示实验”可能是由俄语翻译而来的。在解放后对我国物理 教育界影响较大的是前苏联的兹那敏斯基，他的著作中学物理教学法对我国 教学论教材的结构影响深远。与此同时，在前苏联教育思想的

5、影响下，课外实验 这种实验类型也在教学中出现。 3、实验教学的概念物理实验是有目的、有计划地运用仪器、设备，在 人为控制条件下，使物理现象反复再现，从而进行认 真观测，获取大量资料的一种科学研究方法。物理实 验的主要特点有二：一是可控性，二是可重复性。在 物理教学中做的物理实验是物理教学实验，新课程注 重科学探究，实质上是注重真正体现物理学研究过程 和方法的物理实验。物理实验教学在新课程实施中占 有重要地位。二、实验教学的现状1、国内实验教学现状“行动上的巨人，思想上的矮子” （1）博士论文情况罗星凯的实验室情景下学生学习的研究一个建构主义的视角；李春密的高中生物理实验操作能力的发展研究；朱敏

6、的虚拟实验与教学应用研究；傅骞的实验技能测评自动化理论与应用研究；张伟的“非常规”物理实验教学理论与实证研究；王鑫的多普勒效应综合开放实验室教学系统的建构。（2）课程教材教法综述课程教材教法创刊于1981年，已有29年的历史， 它是基础教育各门学科理论研究的前沿阵地。2008年4月26日 ，利用北京师范大学图书馆注册号查询中国期刊全文数据库。 在刊名中输入“课程教材教法”，然后在篇名中输入“实验”进行 二次查询，共有312篇文章。其中有关实验教学的文章共66篇 ，而篇名中包含有“演示实验”的只有一篇，即2007年叶歆和李 春密的主体性物理探究演示实验教学策略的建构。对这66篇文章按学科进行统计

7、，其结果为物理31篇、 化学23篇、生物5篇、数学2篇、心理2篇、小学自然2篇、地 理1篇。课程教材教法中与实验 有关文章的分类统计 表分类内容总数新型实验 研究探索性实验 （84、88、99、00、01）、边学边实验 （92、97）、对比实验 （97）、“非常 规”物理实验 （07）、差异性实验 （08）10教材、大纲研究高中化学教材（81）、中师物理（88）、初中物理（96）、高中物理大纲（97）、高中物理 教材（98）、初中生物（99）、中学化学（06）、实验 化学（07）8实验资 源的开发 和利用自制教具（86）、电脑 模拟（94）、教育技术（99）、微型实验 （07）、生物实验资 源

8、（ 07）5实验 功能创新思维能力（87）、思维训练 （90）、实验 能力（94）、能力（94）、实验 教学目标（ 96）、科学素质（99）、能力（99）、创新能力（01）、化学实验 思维能力（04）、设计 实验 能力（07）10实验 教学教学（83、85、85、96）、设计 （85）、实验练习课 和复习课 （86）、分组实验 （86）、 地理实验 （87）、生物实验 （87）、思维定势（88）、生物实验 （90）、调研（91）、实 验教学规范（93）、自然（94）、心理学（95、95）、实验变 式（98）、数学实验 （03、 07）19教学方法实验 引导探索（89）实验 探究（95）、主体性

9、物理探究演示实验 策略（07）3实验 教学效果及 其评价态度（00）、实验 与探究能力评价（07）、2教师培养高师实验 教学（84）、高师教法实验 （87）、高师化学实验 教学研究（06）3实验 室的建设和 管理建设（83）、建设（83）、2国外实验 教学研 究假说实验 （88、88）、中外比较（01）、美国教材（07）、42、国外实验教学研究的现状science education中有关实验文章的统计分析美国的科学教育杂志创刊于1916年，是最早专门研究科学教 育的期刊，对该期刊文章的研究能窥视国外实验教学研究的历史和现状。对科学教育（science education）杂志从1930年到现

10、在的论 文进行检索（在北京师范大学图书馆电子资源库中，没有1930年前的数 据）。在题名中输入“demonstration”，共有46篇文章；输入“laboratory” ，共有195篇文章。两者随年代的变化情况见下图，其中系列1为题目含 有“demonstration”的论文，系列2为“laboratory”的论文。 演示实验 研究和实验 室教学研究数量统计 表年代三十四十五十六十七十八十九十世纪初总计演示实验111558303146实验室13486828186461953、我国实验教学研究的优点和存在的不足优 点 在实践中探索出多种实验类型 对实验教学功能进行了翔实的研究研究内容从笼统到具

11、体 文章类型从经验总结到理论研究 不 足 之 处实验教学策略缺乏细致的研究忽视对学生学习、教学效果的研究教师专业化发展研究不足中外实验研究交流缺乏第三 实验研究的基本方法一、实验研究的基本方法1、明确实验的目的、内容和要求；2、认真研究实验原理；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

12、有错误，但在实施过程中受到装 置、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。第四 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

13、实验是人们头脑中想象的实验，是一种思维活动，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。第五 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

14、析其作用和原 理 4、分析仪器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。第六 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

15、）选择实验条件。 3、根据误差理论选择实验条件。 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。第七、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

16、图7图8图10图94、用力传感器研究瞬时力的问题 实验一、测量最大静摩擦力和最大静摩擦系数 实验二、冲量实验第八 新课程理念下的物理教学评价“评价”原意为评论货物的价值，今亦泛指衡量人 物或事物的价值（辞海，第1111页）。教学评价就是根据教学目标，通过多种方式系统地 搜集各种信息，对教学效果作出价值判断，并对教学 进行必要调整和为教育决策提供依据的过程。评价=搜集信息+判断赋值+改进决策课堂教学评价，是以现代教育教学理念、现代课堂 教学观为依据，运用可操作的科学手段，按照一定的 价值标准，对课堂教学的各个要素及发展变化进行价 值判断的过程。 评 价 的 主 要 功 能导向功能 激励功能改进功能诊断功能 交流协调功能鉴定功能研究功能 一、教学评价的主要功能评 价 的 主 要 功 能导向功能 激励功能改进功能诊断功能 交流协调功能鉴定功能研究功能 一、教学评价的主要功能主要指评价具有导向机制。 建立的评价指标体