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【摘要】物理学是一门以实验为基础的,实践性很强的自然科学。物理实验探究教学在中学物理教学中具有其它手段不可代替的作用。它不但符合人的认识规律,也是学校贯彻落实素质教育的一条重要途径。倡导从“做中学”,动手与动脑相结合,充分体验科学探究的过程。2001年中国教育部就制定了《基础课程改革纲要》,纲要中指出:“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手。”顺应新的一轮课程改革,教师要改革传统的教学模式,尝试新的教学模式,充分发挥物理实验在物理教学中的作用,把物理实验作为提高教学质量,增进教学效益的手段,培养高素质人才。
【关键词】高中物理;实验教学; 课程改革
回顾物理学产生和发展的过程,可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。所有的物理知识,都是在实验的基础上建立起来的。高中物理实验及其教学是物理课程和物理教学的一个重要组成部分,它既是物理教学的重要基础,又是物理教学的重要内容、方法和手段,在培养学生科学素养的教育中具有独特的地位和全方位的功能。物理实验有其特殊的教学功能。(1)通过实验可以使物理教学理论联系实际,引起学生学习兴趣,引导学生发掘问题,激发其求知欲望,从而调动他们学好物理的主动性和积极性,引导他们热爱科学。(2)通过加强实验,不仅可以使学生具备一定的感性认识,更重要的是使学生进一步理解物理概念和定律是怎样在实验基础上建立起来的,从而有效地帮助学生形成概念,导出规律,掌握理论,正确而深刻地领会物理知识。(3)通过实验培养学生的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力;培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力,并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。(4)通过实验培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度,科学的思维方法,严谨的科学作风,逐步学会物理研究中基本的科学方法。
那么,高中物理实验教学的现状如何呢? 我们的物理实验教学现状还是不容乐观,归结起来,主要有教师、学生和评价体系三个方面的问题。
1.来自教师的主要问题:(1)学校和教师受传统教育的影响,普遍存在着重理论轻实验的思想;(2)实验教学模式僵化,物理实验教学的基本原则没有得到充分体现,教学方式呆板。当前,实验教学从教学内容到教学方式都没有给学生留出足够的发展空间。综上,核心问题是教师观念有待更新,素质有待提高。
2.学生的主要问题。笔者在多年的高中物理实验会考监考中,发现很多问题,主要有:(1)对基本测量仪器的使用不规范:使用某些仪器不知道调零或不会调零,不明确仪器的测量范围、不会正确选用合适的仪器进行测量,没有掌握仪器正确的使用方法,不能正确地读取数据;(2)动手操作能力差:操作过程中手忙脚乱,不知所措,程序颠三倒四;(3)以“背”实验结论“代替”实验操作。综上,核心问题是学生操作技能明显滞后于理论知识的掌握。
3.评价体系不完备。教育现实中,学生实践能力的教育和培养还存在着如学生实验在一些学校没有让学生进行实际的操作,实验操作评价理论与实践缺乏全面的深入整合,难以找到可行的评定标准等现象,而导致这些现象的核心问题是缺乏到位的可操作性评价体系。
所以,首先我们要确定实验教学指导思想,强化实验教学目标。
在中学物理实验教学过程中确定以实验为基础,用实验来展开激发学生的实验兴趣,发挥学生参与教学的主动性和积极性,培养学生操作实验、设计实验的实践能力和创造能力。加强实验教学的研究,尽量把验证性实验改为探索性实验,把演示实验改为边讲边实验,通过挖掘教学内容的学术性,有机地把课内探索延伸到课外。总之,尊重科学,实事求是,面对群体,以实验创新教育为前提,使学生达到掌握物理实验技能和科学方法,养成科学态度,学会运用实验手段解决物理问题的能力为指导思想,强化实验教学目标,要求学生在实验的全过程中自始至终抓好“七个正确”:其一,选择仪器正确;其二,安装调试实验装置正确;其三,操作规程正确;其四,观察方法正确;其五,测量读数正确;其六,处理数据正确;其七,实验结论正确。
第二,利用对比实验突破教学难点。
在高中物理教学中,教学难点的形成往往有三个原因:一是学生固有的生活经验与物理事实相悖,给教学带来一定程度上的负作用;二是教学内容比较抽象,部分学生难以掌握;三是教材里部分内容较为生硬难懂。如何突破教学难点呢?笔者设计了一些辅助性的对比实验,运用实验手段去引导学生洞察实验现象是突破教学难点的有效方法之一。
实验六 在讲解《力的合成》时,笔者利用对比实验来引入课程。首先,展示两根细线和一组钩码,问学生:用一根细线吊起钩码与用两根细线同时吊起钩码,哪种情况细线容易断?学生都认为自然是用一根吊起细线容易断。然后,先用一根细线吊起钩码,细线没有断,再用两根细线同时吊起钩码,并不断增大两根细线的夹角,在增大到一定角度时细线断了。学生们都觉得不可思议。这是为什么呢?接下来,用一根跳绳穿过五十斤的杠铃片。先挑选两名男同学,让他们相距两米左右,分别握住跳绳的两端同时用力提拉杠铃片,他们费了很大力气也没有提起来。再换两名女同学相距半米重复操作,很容易将杠铃片提了起来。是不是男生不如女生力气大呢?通过对比实验,给学生提出问题,激发起他们探究问题的兴趣,而解决问题的过程也就是学习新内容的过程,从而有效的突破了难点。
第三,探索改革实验教学模式,发挥主导、主体功能。
大力探索改革不适应新时期形势的中学物理实验教学模式,建立起按科学设计实验教学程序、优化实验教学过程、指导实验方法、培养创新能力的“引导—探索—实验—掌握”教学模式。这种教学模式应充分发挥教师的主导作用,突出学生的主体地位。教师充分相信学生,使学生主动参与实验。课本让学生看,实验让学生做,思路让学生想,疑难让学生议,错误让学生析。让学生独立设计实验,利用物理实验,发挥学生的主观能动作用,最大限度地调动学生自主学习的积极性和主动性。变单向信息传递为双向式、多向式信息传递与交流,教师在课内讲重点、关键点和注意点,发挥好主导调控作用.主要方式是采取提问、答疑、讨论、观察实验现象、动手操作等。在实验中,加强对学生实验方法和创新能力的培养。
按教学大纲规定必做的分组实验,采用一人一组,总体安排,并将学生分成三种类型:第一类是理解能力差,反应较慢,动作缓慢;第二类是思维敏捷,动作粗糙;第三类是独立思考,动手能力强。不管哪类学生整个实验过程全部由学生自己独立完成,教师必要时答疑引路。另外要还改革实验报告的书写,实验报告不要求统一的格式,只要求与中学物理教学相联系,写出本实验成功的关键、有何不足。
第四,开展随堂小实验:手脑并用,激趣益智。
“随堂小实验”就是将教材中以住不受重视的认为无足轻重的小实验搬到课堂上,让学生利用手边的物品就能方便开展的实验。内容如新教材上的“说一说”、“做一做”或习题中的实践性的内容,凡是可以在课堂上轻松完成的,就尽量让学生当堂完成。如:在学完《用打点计时器测速度》后,要求学生同桌为一组合作完成“自制打点计时器”的小实验,通过实验测出纸带速度并判断纸带运动情况。我惊喜的发现学生的热情高涨,实验结束后的教学过程中,学生解除了被动连续听课的困乏,以饱满的热情重新投入后续的学习中。
第五,在实验教学中对学生进行探索和创新的培养。
在物理教学中常用的有实验验证法和实验归纳法。在课堂教学中,应有意识地对这两种实验方法加强训练。例如,在总电阻教学中,就可进行这两种方法的训练。
(1)应用实验验证法探索电阻并联。在并联电路的探索中,先由教师从理论上推导出并联电路的总电阻1/R并=1/R1+1/R2的关系,接着由学生自己设计电路操作实验,然后验证这一关系。最后,由教师联系电阻与导体截面积的关系进行分析和总结,对并联作出解释。这样,学生在获得关于并联电阻知识的同时,学习了实验验证法。
(2)应用实验归纳法探索电阻串联。首先,教师要求学生对串联电路的总电阻与分电阻的关系进行猜测,提出假设。然后设计一个电路,测定各个电阻的阻值和总电路的阻值,由学生进行实验比较,并从实验中归纳出R串=R1+R2的结论。接着,教师根据串联电路中电流电压的特点和欧姆定律,从理论上加以推导,也得出同样的结果。这样,在获得关于串联总电阻与分电阻关系的知识的同时,学生学习到自己设计电路、总结规律、从理论上论证的初步方法,即实验归纳法。
最后,改革考试方法,加大实验考核力度。
中学物理实验考试总体要求是把考理论和考操作结合起来,全面反映学生实验课的基本要求;不论哪类学生考试的原则都是把考实验和做实验结合起来。考试成绩由平时考核成绩、理论考试成绩、操作考试成绩几个部分组成,三者的比例为2∶2∶6.平时考核内容包括上课到位率、认真程度、实验报告的书写等三个方面;理论考试可全面考查学生掌握实验基础知识的广度与深度;方法是在期中、期末考试卷中加大实验理论题的比例.操作考试是根据教学大纲的要求把实验操作能力要达到的教学目标加以分解,并按实验内容难易程度将考试分解为考基础实验,一般以大纲中规定必做的实验为主,时间一般安排在每学期期中、期末前两个星期内.另外对2中第二、三类学生还要增加综合性和设计性实验的考试,所谓综合性实验考试是将不同的实验进行组合,综合解决较复杂的问题,要求学生利用本实验手段去解决新的问题,时间一般安排在高中物理会考前一个月内。考设计性实验时,根据教师提出的实验目的要求,学生自行设计实验方案,完成实验,时间安排在课外科技制作课上进行,它主要考察学生的创造能力。
综上所述我们感到,课程改革是随着社会发展、时代进步的必然进程,课程改革促进了教师再发展。新的教学模式需要教师的探索,新仪器需要教师的研究,只有教师将自己的思想与教学行为提升到与时代同步,才能带动学生的发展,才能让中学阶段培养学生的实践精神和创新意识得到发生和发展。
【关键词】高中物理;实验教学; 课程改革
回顾物理学产生和发展的过程,可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。所有的物理知识,都是在实验的基础上建立起来的。高中物理实验及其教学是物理课程和物理教学的一个重要组成部分,它既是物理教学的重要基础,又是物理教学的重要内容、方法和手段,在培养学生科学素养的教育中具有独特的地位和全方位的功能。物理实验有其特殊的教学功能。(1)通过实验可以使物理教学理论联系实际,引起学生学习兴趣,引导学生发掘问题,激发其求知欲望,从而调动他们学好物理的主动性和积极性,引导他们热爱科学。(2)通过加强实验,不仅可以使学生具备一定的感性认识,更重要的是使学生进一步理解物理概念和定律是怎样在实验基础上建立起来的,从而有效地帮助学生形成概念,导出规律,掌握理论,正确而深刻地领会物理知识。(3)通过实验培养学生的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力;培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力,并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。(4)通过实验培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度,科学的思维方法,严谨的科学作风,逐步学会物理研究中基本的科学方法。
那么,高中物理实验教学的现状如何呢? 我们的物理实验教学现状还是不容乐观,归结起来,主要有教师、学生和评价体系三个方面的问题。
1.来自教师的主要问题:(1)学校和教师受传统教育的影响,普遍存在着重理论轻实验的思想;(2)实验教学模式僵化,物理实验教学的基本原则没有得到充分体现,教学方式呆板。当前,实验教学从教学内容到教学方式都没有给学生留出足够的发展空间。综上,核心问题是教师观念有待更新,素质有待提高。
2.学生的主要问题。笔者在多年的高中物理实验会考监考中,发现很多问题,主要有:(1)对基本测量仪器的使用不规范:使用某些仪器不知道调零或不会调零,不明确仪器的测量范围、不会正确选用合适的仪器进行测量,没有掌握仪器正确的使用方法,不能正确地读取数据;(2)动手操作能力差:操作过程中手忙脚乱,不知所措,程序颠三倒四;(3)以“背”实验结论“代替”实验操作。综上,核心问题是学生操作技能明显滞后于理论知识的掌握。
3.评价体系不完备。教育现实中,学生实践能力的教育和培养还存在着如学生实验在一些学校没有让学生进行实际的操作,实验操作评价理论与实践缺乏全面的深入整合,难以找到可行的评定标准等现象,而导致这些现象的核心问题是缺乏到位的可操作性评价体系。
所以,首先我们要确定实验教学指导思想,强化实验教学目标。
在中学物理实验教学过程中确定以实验为基础,用实验来展开激发学生的实验兴趣,发挥学生参与教学的主动性和积极性,培养学生操作实验、设计实验的实践能力和创造能力。加强实验教学的研究,尽量把验证性实验改为探索性实验,把演示实验改为边讲边实验,通过挖掘教学内容的学术性,有机地把课内探索延伸到课外。总之,尊重科学,实事求是,面对群体,以实验创新教育为前提,使学生达到掌握物理实验技能和科学方法,养成科学态度,学会运用实验手段解决物理问题的能力为指导思想,强化实验教学目标,要求学生在实验的全过程中自始至终抓好“七个正确”:其一,选择仪器正确;其二,安装调试实验装置正确;其三,操作规程正确;其四,观察方法正确;其五,测量读数正确;其六,处理数据正确;其七,实验结论正确。
第二,利用对比实验突破教学难点。
在高中物理教学中,教学难点的形成往往有三个原因:一是学生固有的生活经验与物理事实相悖,给教学带来一定程度上的负作用;二是教学内容比较抽象,部分学生难以掌握;三是教材里部分内容较为生硬难懂。如何突破教学难点呢?笔者设计了一些辅助性的对比实验,运用实验手段去引导学生洞察实验现象是突破教学难点的有效方法之一。
实验六 在讲解《力的合成》时,笔者利用对比实验来引入课程。首先,展示两根细线和一组钩码,问学生:用一根细线吊起钩码与用两根细线同时吊起钩码,哪种情况细线容易断?学生都认为自然是用一根吊起细线容易断。然后,先用一根细线吊起钩码,细线没有断,再用两根细线同时吊起钩码,并不断增大两根细线的夹角,在增大到一定角度时细线断了。学生们都觉得不可思议。这是为什么呢?接下来,用一根跳绳穿过五十斤的杠铃片。先挑选两名男同学,让他们相距两米左右,分别握住跳绳的两端同时用力提拉杠铃片,他们费了很大力气也没有提起来。再换两名女同学相距半米重复操作,很容易将杠铃片提了起来。是不是男生不如女生力气大呢?通过对比实验,给学生提出问题,激发起他们探究问题的兴趣,而解决问题的过程也就是学习新内容的过程,从而有效的突破了难点。
第三,探索改革实验教学模式,发挥主导、主体功能。
大力探索改革不适应新时期形势的中学物理实验教学模式,建立起按科学设计实验教学程序、优化实验教学过程、指导实验方法、培养创新能力的“引导—探索—实验—掌握”教学模式。这种教学模式应充分发挥教师的主导作用,突出学生的主体地位。教师充分相信学生,使学生主动参与实验。课本让学生看,实验让学生做,思路让学生想,疑难让学生议,错误让学生析。让学生独立设计实验,利用物理实验,发挥学生的主观能动作用,最大限度地调动学生自主学习的积极性和主动性。变单向信息传递为双向式、多向式信息传递与交流,教师在课内讲重点、关键点和注意点,发挥好主导调控作用.主要方式是采取提问、答疑、讨论、观察实验现象、动手操作等。在实验中,加强对学生实验方法和创新能力的培养。
按教学大纲规定必做的分组实验,采用一人一组,总体安排,并将学生分成三种类型:第一类是理解能力差,反应较慢,动作缓慢;第二类是思维敏捷,动作粗糙;第三类是独立思考,动手能力强。不管哪类学生整个实验过程全部由学生自己独立完成,教师必要时答疑引路。另外要还改革实验报告的书写,实验报告不要求统一的格式,只要求与中学物理教学相联系,写出本实验成功的关键、有何不足。
第四,开展随堂小实验:手脑并用,激趣益智。
“随堂小实验”就是将教材中以住不受重视的认为无足轻重的小实验搬到课堂上,让学生利用手边的物品就能方便开展的实验。内容如新教材上的“说一说”、“做一做”或习题中的实践性的内容,凡是可以在课堂上轻松完成的,就尽量让学生当堂完成。如:在学完《用打点计时器测速度》后,要求学生同桌为一组合作完成“自制打点计时器”的小实验,通过实验测出纸带速度并判断纸带运动情况。我惊喜的发现学生的热情高涨,实验结束后的教学过程中,学生解除了被动连续听课的困乏,以饱满的热情重新投入后续的学习中。
第五,在实验教学中对学生进行探索和创新的培养。
在物理教学中常用的有实验验证法和实验归纳法。在课堂教学中,应有意识地对这两种实验方法加强训练。例如,在总电阻教学中,就可进行这两种方法的训练。
(1)应用实验验证法探索电阻并联。在并联电路的探索中,先由教师从理论上推导出并联电路的总电阻1/R并=1/R1+1/R2的关系,接着由学生自己设计电路操作实验,然后验证这一关系。最后,由教师联系电阻与导体截面积的关系进行分析和总结,对并联作出解释。这样,学生在获得关于并联电阻知识的同时,学习了实验验证法。
(2)应用实验归纳法探索电阻串联。首先,教师要求学生对串联电路的总电阻与分电阻的关系进行猜测,提出假设。然后设计一个电路,测定各个电阻的阻值和总电路的阻值,由学生进行实验比较,并从实验中归纳出R串=R1+R2的结论。接着,教师根据串联电路中电流电压的特点和欧姆定律,从理论上加以推导,也得出同样的结果。这样,在获得关于串联总电阻与分电阻关系的知识的同时,学生学习到自己设计电路、总结规律、从理论上论证的初步方法,即实验归纳法。
最后,改革考试方法,加大实验考核力度。
中学物理实验考试总体要求是把考理论和考操作结合起来,全面反映学生实验课的基本要求;不论哪类学生考试的原则都是把考实验和做实验结合起来。考试成绩由平时考核成绩、理论考试成绩、操作考试成绩几个部分组成,三者的比例为2∶2∶6.平时考核内容包括上课到位率、认真程度、实验报告的书写等三个方面;理论考试可全面考查学生掌握实验基础知识的广度与深度;方法是在期中、期末考试卷中加大实验理论题的比例.操作考试是根据教学大纲的要求把实验操作能力要达到的教学目标加以分解,并按实验内容难易程度将考试分解为考基础实验,一般以大纲中规定必做的实验为主,时间一般安排在每学期期中、期末前两个星期内.另外对2中第二、三类学生还要增加综合性和设计性实验的考试,所谓综合性实验考试是将不同的实验进行组合,综合解决较复杂的问题,要求学生利用本实验手段去解决新的问题,时间一般安排在高中物理会考前一个月内。考设计性实验时,根据教师提出的实验目的要求,学生自行设计实验方案,完成实验,时间安排在课外科技制作课上进行,它主要考察学生的创造能力。
综上所述我们感到,课程改革是随着社会发展、时代进步的必然进程,课程改革促进了教师再发展。新的教学模式需要教师的探索,新仪器需要教师的研究,只有教师将自己的思想与教学行为提升到与时代同步,才能带动学生的发展,才能让中学阶段培养学生的实践精神和创新意识得到发生和发展。