物理实验能力及其培养

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1、第五章第五章物理实验能力及其培养物理实验能力及其培养 第一节第一节 物理实验能力简述物理实验能力简述 物物理理实实验验是是有有目目的的、有有计计划划地地运运用用仪仪器器、设设备备，在在人人为为控控制制条条件件下下，使使物物理理现现象象反反复复再再现现，从从而而进进行行认认真观测，获取大量资料的一种科学研究方法。真观测，获取大量资料的一种科学研究方法。 物物理理实实验验的的主主要要特特点点有有二二：一一是是可可控控性性，二二是是可可重重复复性性。在在物物理理教教学学中中做做的的物物理理实实验验是是物物理理教教学学实实验验，新新课课程程注注重重科科学学探探究究，实实质质上上是是注注重重真真正正体体

2、现现物物理理学学研研究究过过程程和和方方法法的的物物理理实实验验。物物理理实实验验教教学学在在新新课课程程实施中占有重要地位。实施中占有重要地位。一、物理实验能力的概念一、物理实验能力的概念 1 1、物物理理实实验验的的全全过过程程包包含含着着相相互互影影响响和和相相互互交交叉叉的的三三个个不不同同意意义义的的内内涵涵：思思维维、操操作作、观观察察，因因此此实实验验教教学学的的目目的的是是要要培养学生的观察能力、思维能力和操作能力（阎金铎）。培养学生的观察能力、思维能力和操作能力（阎金铎）。 2 2、物物理理实实验验能能力力是是指指与与进进行行物物理理实实验验有有关关的的心心理理特特征征。进进

3、行行物物理理实实验验活活动动，要要求求的的不不是是某某一一种种能能力力，而而是是许许多多相相互互联联系系着着的的能能力力。主主要要包包括括设设计计实实验验计计划划的的能能力力、实实验验操操作作能能力力、观观察察能能力力、分分析析问问题题和和解解决决问问题题的的能能力力、处处理理数数据据的的能能力力、分分析析和总结的能力和总结的能力( (段金梅）。段金梅）。 3 3、中中学学物物理理实实验验能能力力主主要要包包括括编编写写实实验验计计划划的的能能力力、操操作作能力、记录和数据处理的能力以及分析总结的能力能力、记录和数据处理的能力以及分析总结的能力( (乔际平）。乔际平）。 4 4、物物理理实实验

4、验能能力力，即即顺顺利利进进行行物物理理实实验验并并完完成成实实验验目目的的的的个个性性心心理理特特征征。物物理理实实验验能能力力包包括括操操作作和和思思维维两两种种能能力力（续续佩佩君）。君）。 物理实验过程包含着观察、操作和思维三种相互影响和相互交叉的心理活动。 观察主要表现在操作过程中，操作主要表现在完成和实践实验设计的过程中，思维主要表现在设计、观察和分析实验现象，分析实验数据的过程中。 因此，物理实验能力应涉及物理实验的观察能力，物理实验的思维能力，物理实验的操作能力，是三种能力的综合。 二、中学生物理实验能力的表现二、中学生物理实验能力的表现 物理实验的观察能力、操作能力、思维能力

5、与五种智能品质（包括深刻性、灵活性、批判性、敏捷性、独创性)组成一个系统，它们的交叉关系形成15个交叉点，构成中学生实验能力的静态结构。 能力表现品质物理实验中的观察能力物理实验中的思维能力物理实验中的操作能力深刻性1.目的性。观察者能明确观察对象、条件、要求以及观察的计划、步骤。2.条理性。具有正确的观察方法，如按时间先后、位置远近、先外后内、先外形后动作的顺序进行观察。3.全面性。通过观察能反映事物的全貌以及各部分之间的联系，能指出在某种特定条件下感知对象所能反映的各种情况。4.精确性。能精确地把握现象的特征，认识事物的本质。5.概括性。能用语言和文字正确概括所观察的结果。1.表现在实验的

6、设计中：能运用所学的物理概念和规律，针对所研究的问题，提出和阐述实验原理，在熟悉仪器使用和实验操作规范的基础上，设计出合理的实验方案。2.表现在实验进行的过程中：能够对实验中所观察的现象和所测数据进行正确的分析、综合、抽象、概括、判断、推理等。3.表现在实验结果的处理中：对实验现象、数据和结论养成用科学概念和规律有逻辑地分析归纳、联想、解释，以及用数学辅助推理的习惯，正确处理实验结果，能进行初步的误差分析，得出恰当的实验结论。1.正确认识基本量具、仪表。拿到量具、仪表能说出他们的名称，通过对外部形状、铭牌、一般结构的观察和阅读说明书，能了解它的主要功能、使用条件、量度范围、精密度及使用范围。2

7、.养成良好的操作规范，进行正确的实验操作。（1）正确装配仪器。（2）会对仪器进行预备性调整。（3）能按规程及实验步骤启动仪器。（4）能按实验步骤正确操作仪器，获得数据资料。（5）实验结束后能按一定的顺序拆除和整理仪器，使一切设备复原。灵活性1.观察方法灵活。能灵活选择观察方法，及时调整观察思路。2.分析方法灵活。能从不同的角度思考和分析所观察的现象。3.灵活组合。善于灵活地对所观察的现象进行分解与合成。4.动态性。能够观察现象的动态特征。1.表现在实验的设计中：能灵活地运用所学的物理概念和规律，针对某一问题，提出多个实验原理，设计出多种实验方案。2.表现在实验的进行过程中：能够对实验中所观察的

8、现象和所测量的数据进行灵活的分析、综合、抽象、概括、判断、推理等；善于从不同的角度、方向、方面运用多种方法解决实验中出现的问题；概括迁移能力强。3.表现在实验结果的处理中：善于灵活处理实验结果，善于从不同的角度分析实验误差。1.能根据研究问题的要求，灵活选取所需仪器、仪表、量具等。2.善于根据仪器的特点和性能灵活地进行装配、调试、操作；掌握各种仪器的操作技巧，并能将之迁移到新仪器的操作中，应变能力强。3.善于对实验仪器进行合理的组合，恰当的布局。批判性1.恒常性（或稳定性）。能排除观察中各种无关因素的干扰，集中注意力进行持久的观察，以揭示事物的本质。2.辩证性。能够从正反两方面理解所观察的现象

9、，对观察结果能进行客观的评价。3.监控能力。能够将观察本身作为意识的对象，不断地进行积极主动的计划、检查、评价、反馈、控制和调节。1.善于对实验方案的可靠性做出正确的评估，从不同的方案中选择一种恰当的可行的方案。2.及时解决实验中的问题，及时检查、评价、调节实验过程，从而修改实验方案，使实验顺利进行。3.理解实验的相对性，注意在实验的全过程中保持质疑心理，重视实验中各阶段的反思和总结。1.能够综合运用眼、耳、鼻、皮肤等多种感觉器官发现实验中的异常现象，并用动作防止突发性的事故。2.掌握排除一般常见故障的方法。3.能够寻找代用品，并进行简易加工，使其解决仪器设备方面的某些困难。敏捷性1.概括力。

10、只要通过观察少量现象，就能够概括出事物的本质和规律。2.敏锐性。在观察过程中，能够对各种现象（特别是偶然现象）及时做出反应。3.及时性。在观察结束后，能及时做出观察报告（书面或口头）。1.表现在实验方案的设计中：能根据研究的问题，及时调动大脑中的各种知识，在较短的时间内制定出实验方案。2.表现在实验进行的过程中：善于捕获各种信息，对各种现象及时做出反应，迅速解决和排除实验中的各种问题。3.表现在实验结果的处理中：能够在实验结束后及时写出实验报告，得出结论。1.能熟练操作基本的实验仪器和工具，操作连贯、配合自然、动作协调。2.能够熟练、正确地完成现象和数据的观察记录，数据的处理。独创性1.观察对

11、象的独创性。善于根据研究问题的需要，独立地选择恰当的、新颖的、独特的观察对象。2.观察方法的独创性。善于选择独特的、新颖的、有效的方法和思路。3.结果分析的独创性。善于对观察结果作独特的、新颖的分析和解释。1.能够根据问题的需要，独立设计实验方案、独立选择实验设别、独立获取实验数据、独立分析实验结果并得出结论。2.善于提出独特、新颖的实验方案、实验方法，对实验结果有独到的见解。3.能独立完成一定难度的探索性实验。并能根据手头的仪器、设备改进原有的实验。4.在科技活动中，能够设计有一定特色的科技作品。1.能根据实验方案独立组装并操作实验仪器，获取所需数据。2.善于探索发现新颖、独特的操作技巧和操

12、作方案。3.能够独立实施探索性实验和设计性实验的设计方案。4.能制作出有特色的科技产品。第二节第二节 中学生物理实验能力的发展研究中学生物理实验能力的发展研究由于中学生观察能力、思维能力、动作技能的不断发展及中学物理教学的训练，中学生的物理实验能力迅速地发展着。 续佩君的研究 第一，实验能力不断增强。 物理观察能力和思维能力的发展有力地促进了物理实验能力的提高。不论是实验的观察能力、思维能力还是实验操作能力，都在不断发展着。 第二，实验能力的结构有待完善。 目前教学中或多或少地存在如下认识和倾向：忽视实验课教学，忽视实验能力的培养。有不少学校的教师不是“做实验”，而是“讲实验”；没有认识到物理

13、实验能力包含实验的观察能力、实验的思维能力和实验的操作能力，不能有意识地、全面地培养学生的这三种能力；不能正确认识智能品质在物理实验能力中的表现，并全面地选行训练，特别是忽视了批判性品质和独创性品质的训练。 第三，物理实验能力存在性别差异。男生的实验能力比女生强。男生的批判性和独创性较强。但女生具有视察仔细、操作规范、按部就班的特点，因此，实验的深刻性较强。研究表明，与男生相比，女生的实验能力表现出不平衡性，即部分女同学实验能力很强，部分实验能力较差，这说明在目前的教学情况下，影响女生物理实验能力发展的是一些心理因素，如对实验的兴趣、动机、毅力、习惯、自我监控能力和独创性的智能品质等。第三节第

14、三节 中学生物理实验操作能力的发展研究中学生物理实验操作能力的发展研究一、物理实验操作能力的概念及其结构一、物理实验操作能力的概念及其结构（一）操作技能的定义（一）操作技能的定义 关于操作技能的定义问题，目前尚缺乏明确而一致的认识。美国心理学家伍尔福克把操作技能看作是“完成动作所需要的一系列身体运动的知识和进行那些运动的能力”。 加涅认为“动作技能是协调动作的能力。”“动作技能实际上有两个成分：一是描述如何进行动作的规则；二是因练习和反馈而逐渐变得精确而连贯的实际的肌肉运动” 依据操作技能的一系列特点，操作技能可以定义为：通过学习而形成的合法则的操作活动方式（冯忠良）。（二）操作技能的特点（二

15、）操作技能的特点 1操作技能属于动作经验，区别于操作性知识。 2操作技能作为一种操作活动的方式，区别于心智活动方式。操作动作也叫外部动作，是由外显的肌体运动来实现的。心智动作则是借助于内部言语在头脑中默默地完成的。 第一，就动作的对象来说，操作动作的对象是物质性客体或肌肉，心智动作的对象则是客体在头脑中的映象。操作动作的对象具有物质性，而心智动作的对象则具有观念性。 第二，就动作的进行而言，操作动作由外部显现的肌体运动来实现，具有外显性。心智动作则是在头脑中借助于内部言语默默地完成，具有内潜性。 第三，就动作的结构而言，操作活动的每个动作必须切实执行，不能合并、省略，在结构上具有展开性，心智动

16、作则可以高度省略、高度简缩，甚至往往觉察不到动作的进行过程。由此，心智动作在结构上具有简缩性。 操作动作与心智动作的特点操作动作心智动作动作对象物质性观念性动作进行外显性内潜性动作结构展开性简缩性3操作技能是合法则的活动方式。 所谓操作技能的活动方式是合法则的，其含义是该活动方式符合活动的内在规律，也符合动作原理或规则。这种活动方式具有下列特点：（1）动作的精确性 动作的精确性是指动作符合规范的程度。（2）动作的定时性 动作的执行和完成在精确性的基础上还要有时间要求。既不能为提高动作速度而忽视精确性，也不能只重视精确性而不顾速度。活动执行时，动作迅速、精确，是操作技能熟练的特征。（3）动作的协

17、调性 操作活动由一系列动作成分构成，各个动作执行时要适当配合，也就是各动作高度协调。动作的协调性主要表现有： 感觉运动的协调性，即眼和手脚、头部动作的协调配合. 复杂动作的统一。前一动作的完成为后一动作的执行准备条件 在时间上统一运动的协调性，表现为在迅速连续进行不同的动作时，按照一定序列使之融合成为一个整体。（4）动作结构的稳定性 所谓动作结构的稳定性，指这种活动方式对活动的条件变化具有广泛的适应性。4操作技能是学习得来的，区别于本能。 操作技能作为一种活动方式，属随意活动，是通过学习得来的，而不是靠遗传得来的。 随意动作具有以下五个特点： 完成意志活动的某种冲动存在； 对动作目的的表象；

18、对手段的表象； 实现动作的意向； 意志的努力。 操作技能是一种合法则的随意运动方式，在不断的练习中，可以高度熟练而巩固。这种熟练了的活动方式在执行时，不需要高度的意识控制。（三）、操作技能的分类（三）、操作技能的分类1按肌肉运动的强度分类 （1）细微型操作技能 这类技能靠小肌肉群的运动来实现，一般不需激烈的大运动，而着重于比较狭窄的空间领域进行手、脚、眼的巧妙的协调动作，或者是配合默契的动作等。 （2）粗放型操作技能 这类技能靠大肌肉群的运动来实现，动作执行时伴有强有力的大肌肉收缩并通过全身运动的神经-肌肉协调动作。2按操作的连续性分类（1）连续型操作技能 这类技能是由一系列连续动作组成，也就

19、是操作动作本身是连续性的。（2）断续型操作技能 这类技能是由一系列不相连续的动作组成。3按操作的执行控制的机制分类（1）闭合型操作技能 这类技能在大多数情况下靠内部反馈信息控制，也叫内循环型。（2）开放型操作技能 开放型技能在执行时靠外部反馈信息控制，也叫外循环型。这类技能在执行过程中，外部因素不断变化，所以重要的是必须确切感受这些变化，并在此基础上控制自己的活动并适应这些变化。开放型技能要求对外界变化的情况有处理能力，并对由此所发生的事物有预见能力。4按操作的对象分类（1）徒手型操作技能 靠操作自身的机体来实现的操作技能都属于徒手型操作技能。（2）器械型操作技能 这类技能靠操作一定的器械来实

20、现。 （四）、操作技能的作用（四）、操作技能的作用1、操作技能是人类变革现实所不可缺少的心理因素 操作技能是人们实践经验的总结，与人们对现实世界的适应或改造的行动是直接相联的。2、操作技能是操作能力形成发展的重要构成因素 操作技能的掌握就是要使学生形成顺利地完成某种实践任务的熟练的行动方式。 操作性知识与操作技能是构成人的操作能力的两个基本要素。操作性知识与操作技能是构成人的操作能力的两个基本要素。 人的操作能力是通过对于有关的操作知识与操作技能的掌握及迁移而形成的。（五）物理实验操作能力（五）物理实验操作能力 阎金铎认为，物理实验操作能力是把存在于物理思维中的实验方案或制作计划通过物理实验装

21、置加以实现的能力。物理实验操作主要表现于设计和完成实验的过程中。 乔际平认为，物理操作技能是一系列动作构成的，是通过练习而形成和巩固起来的一种合乎法则的随意行动方式。 我们将物理实验操作能力定义为：在学习物理知识、解决物理问题和科学创造过程中，根据一定的目的和任务，借助物理实验装置，运用一切已知信息，通过实验手段，实现实验方案或制作计划的能力。 它具有以下主要特点： 是操作知识和操作技能的有机结合。 以一定的物质形式的客体作为动作对象。 活动具有外显性，操作过程可以看得见。 活动的结构具有展开性，动作必须切实执行，不能合并、省略和简缩。 活动方式具有精确性、定时性、协调性和稳定性。 物理实验操

22、作属于细微形、断续型的操作，需要借助物理实验装置。（六）、中学生物理实验操作能力的结构（六）、中学生物理实验操作能力的结构 深刻性灵活性批判性敏捷性独创性操作能力的品质定向模仿整合熟练装置的选取与组装仪器设备的操作物理知识的学习物理问题的解决操作过程操作能力的阶段图7-1 实验操作能力的结构模型物理实验操作能力的各品质中学生应该达到的主要指标为：深深刻刻性性：对已学过的量具、仪表（如量筒、电流表、打点计时器等）能说出它们的名称能对未使用过的仪器的外部形态和一般结构进行正确的观察对未使用过的仪器，能通过阅读说明书，了解它的主要功能和使用条件对未使用过的仪器，能通过阅读说明书，了解它的量度范围、精

23、密度和使用范围对使用过的仪器，能正确装配和进行预备性调整对使用过的仪器，能按规程正确启动实验中，能按实验步骤启动所用仪器实验中，能按实验步骤正确操作仪器实验中，能获得必要的数据资料实验结束后，能按一定的顺序拆除和整理仪器，使一切设备复原灵活性灵活性：对某一个问题，能根据研究问题的要求，从所学过的仪器、仪表、量具中，灵活选取所需要的实验器材针对某一个问题，设计出多种实验方案善于对方案的可靠性作出正确的评估如果再做曾经做过的实验，能对所需器材进行正确选取对学过的仪器，能根据仪器的特点和性能灵活地进行装配、调试、操作对已经学过仪器的操作技巧，能迁移到新仪器的操作中实验中，善于对实验进行合理的组合和安

24、排实验中，善于对所用仪器进行恰当的布局，使之便于操作实验中，从不同的角度思考和分析所观察的现象实验中，能够观察现象的动态特征敏捷性敏捷性：实验中，能熟练操作基本的实验仪器和工具，如钳子，改锥等操作中动作连贯、配合自然、动作协调在观察过程中，能够对各种现象，特别是偶然现象，及时的作出反应实验中，能够熟练、正确地完成现象和数据的观察和记录实验中，在某一个过程结束后，能及时地作出观察报告（口头或书面）注意在实验的全过程中保持质疑心理，重视实验中各阶段的反思和总结实验的一个阶段或整个实验完成后，能够正确地进行数据的处理能够在实验结束后及时写出实验报告，得出结论批判性批判性：实验中，能够综合运用眼、耳、

25、鼻、皮肤等多种感觉器官发现实验中的异常现象实验中，善于灵活地对所观察的现象进行分解和合成实验中，能用动作防止突发性的事故实验中进行观察时，能排除其它各种无关因素的干扰，集中注意力进行观察实验中，能及时地检查、评价、调节实验过程实验中，对一般常见故障能自己排除实验中，能根据需要修改实验方案，使实验顺利进行实验中，能够寻找代用品，并进行简易加工，以解决仪器设备方面的某些困难独创性独创性：对未做过的实验，能够根据问题的需要，独立独立设计实验方案对未做过的实验，能够根据已有的实验方案，独独立立选择实验设备对未做过的实验，能根据已有实验方案独独立立组装并操作实验仪器（针对曾用过的仪器）对未做过的实验，能

26、根据实验要求在实验过程中获取所需数据对未做过的实验，能够根据问题的需要对实验中所得到的数据独立进行分析善于探索发现新颖、独特的操作技巧和操作方法实验中，善于选择新颖的、独特的、有效的方法和思路能够独立独立实施探索性实验和设计性实验的设计方案在教师的指导下，能制作出有特色的科技作品二、高中生物理实验操作能力及其品质的发展研究（研究二、高中生物理实验操作能力及其品质的发展研究（研究） 根据实验操作能力的结构模型和各品质的外显表现，即以智能品质为主线，就有关的物理实验操作能力的各智能品质中学生应该达到的主要指标对高中学生进行了调查。调查了全国12个学校的高中各年级，共发学生调查表50312=1800

27、份，收回有效调查表1450份。1、物理实验操作能力发展的总体研究、物理实验操作能力发展的总体研究 我 们 界 定 高 中 生 物 理 实 验 操 作 能 力 是 操 作 品 质 的 函 数 ， 通 过 公 式Am=f(pf,fl,cl,cr,ct)=average(pf,fl,cl,cr,ct)计算得出以下结果：高中生的物理实验操作能力的发展趋势为上升趋势。各年级间不存在显著差异。从发展的图象来看，几乎是直线上升的。我们用最小二乘法对操作能力的数据进行了拟合，得到在高中阶段学生实验操作能力发展的公式：Am=0.035*age+2.857相关系数为0.997。 第一，从相关系数来看，r=0.99

28、7，说明在高中阶段学生实验操作能力的发展是线性的。 第二，Am的最大值是5，则达到最大值时的年龄恰好为60岁。而Am值达到4时的年龄在32岁，达到操作熟练的程度。 第三，从公式上看出，人在0岁时的操作能力是2.857，这显然是不可能的。 第四，从高中阶段物理实验操作能力的发展情况看，做为人的群体实验操作能力，可以粗略分成三个主要时期，即快速发展期、稳步发展期和定型期。在高中以前或更早的时期，为快速发展期，在快速发展期可能存在着突变期；高中或包括初中和大学阶段为稳步发展期，至少从我们的研究结论看，高中阶段处于稳步发展期；到达三十岁左右达到定型期。2 2、实验操作能力各品质的发展研究、实验操作能力

29、各品质的发展研究（1 1）、深刻性品质发展研究）、深刻性品质发展研究 高中生实验操作能力深刻性品质的发展是随年级的升高而提高的，发展趋势为上升趋势。各年级之间不存在显著差异。 （2 2）、灵活性发展研究）、灵活性发展研究 高一学生的灵活性最好，高二最差，呈现出不稳定性。各年级之间不存在显著差异。 （3 3）、批判性发展研究）、批判性发展研究 高中学生的批判性品质虽然得分较低，但其发展趋势还是上升的，随着年级的增高，批判性在不断增强。各年级之间存在显著差异。 （4 4）、敏捷性发展研究）、敏捷性发展研究 关于敏捷性的发展，高一到高二年级是上升的，而高二到高三没有变化，这可能说明两个问题，一是敏捷

30、性存在饱和值，它的培养应该在低年级注意加强；二是我们现在的教学到高年级由于受到高考等的压力，限制了学生敏捷性的发展。 （5 5）、独创性发展研究）、独创性发展研究 高中学生独创性品质的得分虽然比较低，但还是发展的，其发展趋势也是上升趋势。 三、高中生物理实验操作能力等级的发展研究（研究三、高中生物理实验操作能力等级的发展研究（研究）（一）、中学生物理实验操作能力的等级（一）、中学生物理实验操作能力的等级 实验操作能力等级是学生物理实验操作能力水平（ability level , AL）的定量标志。AL值越大，能力水平越强，等级也越高。 根据能力的概念和物理实验操作的具体情况，与AL值相关的主要

31、因素有： 一是顺利地（成功地）完成实验操作（通过实验手段解决物理问题）的速度； 二是完成实验操作（任务）的质量； 三实验操作过程中的正确率，即与学生在完成任务的过程中所实施的正确能力次数N和错误操作次数N有关。N N表示学生正确实施的能力次数；表示学生正确实施的能力次数；N N表示学生在操作过程中的误操作次数；表示学生在操作过程中的误操作次数；t t是学生完成实验操作任务所用的时间；是学生完成实验操作任务所用的时间；V V表示学生完成实验操作任务的速度；表示学生完成实验操作任务的速度；M M表表示示学学生生完完成成实实验验操操作作任任务务的的质质量量，它它的的求求得得是是通通过过学学生生完完成

32、成每每一一次次操操作作时时的的得得分分，求求加加权权平平均均。M M的的值值可可以以采采用用百百分分制制，也也可可以以采采用用十十分分制制。，N N为为完完成成某某项项任任务务所所需需要要的的操操作作次次数数，N NN N，mimi为完成第为完成第i i次操作所得的分数，次操作所得的分数，WiWi为为i i次操作的权重。次操作的权重。显显然然，V V值值与与M M值值均均大大，且且正正确确率率高高的的学学生生，才才是是能能力力真真强强的的学生。三者均小的学生，是能力弱的学生。学生。三者均小的学生，是能力弱的学生。几点说明： 首先，对能力测量来说，V是能力水平的重要标志之一。因为能力是影响人们办

33、事效率的重要因素，它作为一种心理特征，在解决问题或完成任务的实际过程中，必然反映出完成任务的快慢。 其次，关于误操作的处理问题。 其三，被测者完成任务的质量也是能力水平的重要标志之一。完成的质量越好，说明能力水平越高。质量的求法为完成各个操作任务所的分数的加权和。 从上式能力水平公式可以看出，是一个等于或小于1的数，M的取值在0100之间（M取百分制），所以能力水平的分数AL可能是一个比较大的值， 以50分为一段，确定能力等级为五级：AL能力等级等级评价0501不合格511002合格1011503良1512004好200以上5优秀（三）、高中生物理实验操作能力水平的总体发展研究（三）、高中生物

34、理实验操作能力水平的总体发展研究高中生实验操作能力的发展水平都是呈上升趋势。通过差异检验，三个年级学生实验操作能力总体上存在着显著差异。重点学校与普通学校高一年级、高二年级学生实验操作能力之间存在显著差异，高三年级学生实验操作能力之间也存在差异，但并不是显著差异。 （四）、高中生物理实验操作能力水平的各具体指标发展研究（四）、高中生物理实验操作能力水平的各具体指标发展研究1 1、操操作作质质量量的的发发展展情情况况。不论是重点学校还是普通学校，操作质量都是随着年级的升高而提高，其发展趋势是递增的。但增加的幅度不是很大，年级间也不存在显著差异。2 2、操操作作速速度度的的发发展展情情况况。不论是

35、重点学校还是普通学校，操作速度都是随着年级的升高而提高，其发展趋势是递增的，年级与年级之间的差异是显著的。3、操作正确率的发展情况。在操作正确率方面，随着年级的增高，正确率也是逐渐增大的，发展趋势为上升趋势。普通校年级与年级之间的差异是显著的，重点校年级之间无显著差异。（五）、能力等级分布情况：（五）、能力等级分布情况：就普通校来说，高一年级学生的实验操作能力处在一、二等级，处在二等级的学生为大多数；高二年级学生处在一、二、三等级，二等级为大多数，相对高一来说，一、二等级比例在减少；高三年级处在二、三、四等级，而主要分布在三、四等级上。各个年级都没有优秀等级，说明学生的实验操作能力还是偏低。重

36、点校学生的实验操作能力等级明显高于普通校。高一年级学生实验操作能力的等级处在二、三、四等级，三、四等级为大多数；高二年级处在三、四等级，四等级为大多数；高三年级处在三、四、五等级，四、五等级为大多数，其中优秀率为40%。四、高中生物理实验操作能力形成阶段的研究（研究四、高中生物理实验操作能力形成阶段的研究（研究）（一）、操作技能的形成阶段（一）、操作技能的形成阶段美国心理学家华什本：定向；探索；精心制作；结合；简化；自动化；再定向。菲茨在1964年曾把技能的形成阶段分为初期位相（“认知的精神准备”阶段），中间位相（学习的“固定化”阶段）与后期位相（“自动化”阶段）这样三个阶段。日本的松田岩男把

37、“运动技术”的过程分为动机；探索；发现原理；练习；熟练这五个阶段。冯忠良教授依据有关材料，并结合多年的教学研究和实践，从教育心理学的角度出发，提出了操作技能的形成的四个阶段，即操作的定向、操作的模仿、操作的整合、操作的熟练。并提出四大特点：动作的精确性、动作的定时性、动作的协调性、动作的稳定性。1 1、操作的定向、操作的定向 操作定向也叫“行动定向”，指在了解操作活动结构的基础上，在头脑中建立起操作活动的定向映象的过程。 操作技能区别于操作性知识，必须由主体切实执行这些操作活动才能形成。操作的主体在执行这些操作活动时，必须了解做什么，怎么做，即在实际活动中进行定向。 了解操作活动的结构（也叫了

38、解操作程序），包含两层意思，即：了解操作活动的构成要素，也就是必须了解每个操作及其执行方式（如操作的轨迹、强度、幅度、方向与频率等等）；了解各个操作间的关联及顺序，即了解每个操作的功能与时间分布方面的关系。 完成一个物理实验，也需要一系列的实验操作步骤，学生在实验之前，了解实验原理、实验目的、所用仪器、操作步骤等，即知道“做什么”、“怎么做”，这是顺利完成实验的基础。2 2、操作的模仿、操作的模仿 所谓模仿，一般指仿效（实际再现）特定的动作方式或行为模式。模仿是掌握行动方式或行为模式所特有的一种学习形式。 为了有目的地模仿一种特定的行动时，必须做到：观察有关的行动并分析其行动的成分；回忆切近的

39、有关的行动方式；以范例作为自己的行动指导；争取达到与所示行为相一致的目标。 模仿是操作技能掌握的开端。操作技能的学习在于掌握一定的行动方式。只有学生能实际作出这种行动方式时，才能作为这种行动方式的掌握标志。所以行动的定向虽对操作技能的掌握是必要的前提，但这类技能的实际掌握，却是从模仿开始的。 模仿是操作技能形成的一个必要条件。1、只有通过模仿，才能使调节行动方式的动作映象得到检验、巩固、校正与进一步充实。2、模仿是操作技能形成的开端。 学生不是天生就会使用工具、操作物理仪器、做物理实验的，他们最先都是模仿老师的操作，因此，也要求物理教师在操作仪器过程中，一定要规范，让学生看清楚每一步的操作要领

40、。在模仿阶段，具有以下特点：（1）行动方式的速度与品质方面，表现为动作迟缓，动作形成的正确性、稳定性与灵活性都较差。这是与清晰的、正确的与稳定的动作调节系统尚未确立有关。（2）行动方式的结构方面，首先表现为动作间不够协调，常有顾此失彼的干扰现象。其次，表现为动作系列的直觉性较差，不善于把各个分解动作联结成整体。此外，动作的正确顺序也常遇到错乱，有时还掺杂着多余的动作。（3）动作的控制方面，首先表现为动作的执行往往是在视觉的监督下完成的，动觉的监督作用不明显。其次表现为知觉的广度、精确性、敏锐度及辨别力都较差。既难以同时感知较多的信号，也难以觉察错误。此外，难以分配注意，常有顾此失彼的现象。（4

41、）动作的自我感觉方面，常感到紧张，容易产生疲劳。3 3、操作的整合、操作的整合 操作的整合即把构成整体的各要素依其内在联系，联结成为整体。整合也叫综合或联结，即使相联的各要素组成整体，从而使各要素一体化。 操作的整合作为操作技能形成的一个阶段，特别为掌握复杂的操作所必需。因为复杂的操作系列的掌握不仅要求确切地把握每一个操作动作，同时也要掌握各操作动作间的动态联系。事实表明，在复杂的操作系列掌握过程初期，各操作动作之间的动态联系通常是不协调的。有时不仅产生不应有的间隔，同时也往往产生顾此失彼的干扰，有时还会掺杂不必要的多余动作。这种不协调的现象特别表现在动作模仿阶段上采用分解练习，分别对各操作要

42、素进行局部模仿后，过渡到整体练习时尤为突出。 操作动作间的动态联系是依据各操作的功能及其内在联系而确定的时序系列，只有这种时序系列确立了，各操作的动态联系才能发生。这时主体就能不仅知道而且能顺利执行操作程序，即先做什么后做什么。一个操作动作的完成就能成为下一个操作动作发生的信号，整个操作活动才能趋于协调。在操作整合阶段上，主体的活动方式具有以下特点：（1）活动方式的速度与品质方面，表现为动作时快时慢，不稳定，动作的某些环节在衔接时有停顿现象。这是因为各动作间的联系正在形成，尚不稳定所造成的。另外，在条件不变时，动作较稳定，稍一变更条件，则难以维持动作的稳定性、精确性。（2）活动方式的结构方面，

43、动作趋于协调，能有意识地把分解动作联成整体，动作间的相互干扰减少。（3）操作的控制方面，视觉控制不再起主导作用，逐渐让位于动觉控制，但动觉控制不稳固，在条件变更的情况下，视觉控制先起作用。在整合阶段，主体知觉范围逐渐扩大，自我评价能力增强。（4）操作时的自我感觉方面，紧张感、疲劳感降低，但并没有完全消除。4 4、操作的熟练、操作的熟练 操作的熟练也叫“行动方式的熟练”，是指通过练习而形成的活动方式，对各种变化了的条件所具有的高度适应性，在执行方面能达到高度的完善化（动作的规范化与稳定化）与“自动化”。 行动的熟练是操作技能掌握的高级阶段。这是随着行动方式的概括化以及系统化而实现的。这种行动方式

44、的概括化与系统化，使它的执行，不仅能高度完善，而且其意识控制水平可以大为降低，而能“自动”进行。动作的自动化并不意味着这种动作是无意识的，只是指它的执行过程，不需要高度的意识控制，不需要占居注意中心，而是可以分配注意，同时完成其他活动。 行动的熟练是操作技能掌握中的一个重要阶段，也是由技能向技术能力转化的重要环节。 人的各种技术能力必须在相应的许多技能达到高度熟练的基础上才能形成。在熟练阶段，学生的行动方式有以下几个特点。（1）行动的速度与品质方面，不仅表现为动作灵敏，而且具有高度的正确性与稳定性，在各种条件下都能顺利地完成。（2）行动的结构方面，首先是动作间的不协调现象与干扰现象消失，能够达

45、到高度协调一致；其次是动作的连贯性、整体性、简易性加强，不再有多余动作。（3）动作的控制方面，视觉的监督作用大力降低，而动觉的控制作用增强。知觉的广度、精确性与敏锐性以及辨别力大力提高。学生注意分配的可能性增加。（4）动作的自我感觉方面，紧张感逐渐消失，疲劳感也相对降低（二）、高中生物理实验操作技能形成阶段的研究（二）、高中生物理实验操作技能形成阶段的研究1 1、动作的定向方面、动作的定向方面在考察学生的动作定向方面的情况时，用三个问题进行了考察，1、实验过程中学生是否知道做什么和如何去做；2、学生是否了解操作活动的构成要素，也就是了解每个操作及其执行方式；3、学生是否了解各个操作间的关联及顺

46、序，即了解每个操作的功能与时间分布方面的关系。1.11.1、实验过程中学生是否知道做什么和如何去做、实验过程中学生是否知道做什么和如何去做可见，“非常清楚”做什么和如何去做的学生比例随年级的升高而增加，发展趋势是由“半知半解”向“知道”转化和由“知道”向“非常清楚”转化。1.21.2、实验过程中学生是否了解每个操作及其执行方式、实验过程中学生是否了解每个操作及其执行方式 关于学生是否了解每个操作及其执行方式，随着年级的升高，学生转化的方向为：不知道半知半解知道非常清楚。1.31.3、实验过程中学生是否了解每个操作的功能、实验过程中学生是否了解每个操作的功能 关于学生是否了解每个操作的功能问题，

47、随着年级的升高，也是由“不知道半知半解知道非常清楚”方向转化。2 2、动作方式的速度和品质方面、动作方式的速度和品质方面在考察学生动作方式的速度和品质方面，用四个问题进行了考察，即：学生操作实验过程中，动作的速度、正确性、稳定性和灵活性四个方面的表现情况。2.12.1、实验操作过程中，动作的速度表现、实验操作过程中，动作的速度表现动作的速度方面，随年级的升高，“动作迟缓”的比例在减少，“时快时慢”的比例也在减少，而“动作灵敏”的比例在增加。2.22.2、实验操作过程中，动作的正确性表现、实验操作过程中，动作的正确性表现关于动作的正确性，随着年级的升高，学生的比例也是由“差一般好很好”方向转化。

48、2.32.3、实验操作过程中，动作的稳定性表现、实验操作过程中，动作的稳定性表现关于动作的稳定性表现，随年级的升高，“一般”的人数比例在减少，而“好”的人数比例在增加。2.42.4、实验操作过程中，动作的灵活性表现、实验操作过程中，动作的灵活性表现动作的灵活性表现是随着年级的升高，“差”和“一般”的比例在减少，而“好”和“很好”的比例在增加。转化趋势为：差一般好很好。3 3、动作方式的结构方面、动作方式的结构方面在考察学生动作方式的结构方面，利用五个问题进行了考察，即：学生在操作过程中，动作间的协调性、动作间的连贯性、动作间的整体性、动作间的简易性、多余动作的表现情况。3.13.1、实验过程中

49、，动作间的协调性表现、实验过程中，动作间的协调性表现动作间的协调性，随着年级的升高，“不够协调”的比例在减少，“协调一致”的比例在增加。3.23.2、实验过程中，动作间的连贯性表现、实验过程中，动作间的连贯性表现关于动作间的连贯性表现，随着年级的升高，“差”和“一般”的比例在减少，而“好”和“很好”的比例在增加，发展趋势为：差一般好很好。3.33.3、实验过程中，动作间的整体性表现、实验过程中，动作间的整体性表现关于动作间的整体性表现，随着年级的升高，“差”和“一般”的比例在减少，而“好”和“很好”的比例在增加，发展趋势为：差一般好很好。3.43.4、实验过程中，动作间的简易性表现、实验过程中

50、，动作间的简易性表现关于动作间的简易性表现，随着年级的升高，“差”和“一般”的比例在减少，而“好”和“很好”的比例在增加，发展趋势为：差一般好很好。3.53.5、实验过程中，多余动作表现、实验过程中，多余动作表现实验过程中，多余动作随着年级的升高在减少。变化趋势为：多一般少没有。4 4、动作的控制方面、动作的控制方面在考察学生动作的控制方面，利用五个问题进行了考察，即：动作执行过程中，视觉和动觉的监督情况、操作的精确性、操作的敏锐性、操作的辨别力、注意的分配情况。4.14.1、实验过程中，视觉监督和动觉监督情况、实验过程中，视觉监督和动觉监督情况随着年级的升高，实验过程中，视觉的监督作用在下降

51、，动觉的监督作用在升高。4.24.2、实验过程中，操作的精确性表现、实验过程中，操作的精确性表现随着年级的升高，操作的精确性表现，“差”和“一般”的比例在减少，而“好”和“很好”的比例在增加，发展趋势为：差一般好很好。4.34.3、实验过程中，操作的敏锐性表现、实验过程中，操作的敏锐性表现随着年级的升高，操作的敏锐性表现，“差”和“一般”的比例在减少，而“好”和“很好”的比例在增加，发展趋势为：差一般好很好。4.44.4、实验过程中，操作的辨别力表现、实验过程中，操作的辨别力表现随着年级的升高，操作的辨别力表现，“好”和“很好”的比例在增加，发展趋势为：差一般好很好。4.54.5、实验过程中，

52、注意的分配情况、实验过程中，注意的分配情况随着年级的升高，“顾此失彼”的比例在减少，“注意分配合理”的比例在增加。（五）、动作的自我感觉方面（五）、动作的自我感觉方面随着年级的升高，紧张感和疲劳感都在降低。第四节 中学生物理实验能力的培养 实验能力是中学生物理能力的一个重要方面，培养学生的实验能力是中学物理教学的基本任务，通过物理实验全过程的教学，在获取或巩固物理知识的过程中，使学生理解和掌握运用观察和实验手段处理物理问题时的基本程序的技能，具备敢于质疑善于反思的习惯，严谨、求实的态度和不断求索的精神，培养学生的观察能力、思维能力和操作能力，激发学生的学习动机和学习兴趣，而实验操作能力是实验能

53、力的核心，使学生形成完整的实验操作能力的结构，是中学物理教学的基本任务之一。1 1、制订实验操作能力培养规划、制订实验操作能力培养规划 学生的实验能力是循序渐进、日积月累、逐渐形成和发展的，不是一、两个实验或一天、两天就能培养起来的，实验能力的培养需要一个长期的过程。首先，确定每个实验要着重培养哪些方面的操作能力。不同的实验目的是不一样的，有的实验着重基本仪器的操作，有的实验应着重培养学生的观察能力，其次，对实验能力的培养在具体要求上要分出档次。在不同的阶段应有不同的要求。2 2、教给学生实验的方法、教给学生实验的方法首先要使学生了解物理实验的基本程序或过程。物理实验的基本过程一般包括实验仪器

54、的选择与组装、实验操作的实施、实验的观测和记录、实验数据的处理，最后达到利用实验手段解决物理问题。其次，要教给学生具体的操作方法，包括实验观察的方法、实验设计的方法、基本仪器的使用方法、实验仪器的组装与调试方法、实验操作的常用技巧、实验数据的记录方法、实验数据的处理方法、实验误差的分析方法、实验结果的理论分析方法、实验报告的写作格式和步骤等。（1）加强教师操作的示范及讲解教师的示范操作是学生模仿的范例，是学生藉以形成动作映象的重要条件，学生的操作，是在教师对活动方式进行示范及讲解过程中实现的。为要提高示范及讲解的成效，首先要注意示范操作本身的正确性与速度。如果示范操作不正确，使学生形成错误的动

55、作映象，就会影响操作能力的形成及水平。示范操作的速度也是一个重要因素。操作速度太快，就会给学生观察和模仿带来苦难，速度太慢，也会影响操作之间的联系，因此把握好这个“度”是很关键的。（2）加强操作练习培养学生的操作特点操作能力的形成和发展，不是“看”出来的，而是“练”出来的，因此要多给学生机会进行操作练习，尽量使学生多做实验。通过多实际操作培养学生操作的精确性、定时性、协调性和稳定性，提高学生的自我评判能力。许多操作结果，学生容易觉察，如导线的连接等。学生往往对自己的操作过程或方法是否正确，往往不易觉察，这时老师或其他旁观者，可以提供较多的反馈信息，也可以通过录像或其他手段，记录操作的过程和结果

56、，让学生自己观察自己，提供真实与客观的信息。（3）注意让学生明确操作顺序合理的操作顺序的确定，首先要依据各个操作成分的功能。因为合理的操作系列的动态联系是各操作要素的功能联系的反映。其次，要体现各操作结果的内在联系。（4）加强操作练习的目的和结果的要求3 3、训练学生实验操作的品质、训练学生实验操作的品质教给学生一些实验方法，有利于学生实验技能的掌握。操作能力不等于操作技能，操作技能只能表示“能够”或者“会做”实验了，这还很不够。（1）增加学生实验操作的机会第一，开放实验室。第二，将一些演示实验改成学生实验或随堂实验。 （2）增强学生实验的探究性第一，在完成基本实验的基础上，要重视探究性和设计

57、性实验的教学，除了做好课本上的探究性实验和设计性实验外，还可将某些验证性实验改为探究性实验。第二，有计划地帮助学生从照着教材做实验，逐步过渡到能部分设计实验。（3）组织学生做好课外实验和积极参加科技活动（4）进行实验操作的考核3 3加强非智力因素的培养加强非智力因素的培养 非智力因素对智力与能力的发展具有动力、定型和补偿作用。要有效地培养学生的实验操作能力，就必须加强非智力因素的培养。有人（张军朋，1997年）将实验教学目标分为认知领域的实验教学目标、操作领域的实验教学目标和情感领域的实验教学目标。认知领域的实验教学目标即有关的实验原理、方法、步骤、实验仪器的工作原理和读数方法，误差分析和实验的设计等各项理论，其教学目标分为知道、理解、掌握、评价四个层次。操作领域的实验教学目标即有关仪器的使用及实验过程中的观测与操作技能，其教学目标分为模仿操作、意识操作、定型操作和创新四个层次。这两种领域的教学目标的具体内涵即为实验能力的表现。情感领域的实验教学目标即有关实验的动机、态度、习惯、兴趣等。这一领域的教学目标即培养学生的非智力因素，在中学实验教学中，主要应培养学生浓厚的实验兴趣和良好的实验习惯。谢谢！