物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究論文
物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理教學(xué)中怎樣體現(xiàn)這一學(xué)科特性是課程標(biāo)準(zhǔn)理念下中學(xué)物理改革的重要內(nèi)容。數(shù)字技術(shù)正在改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞�、思維方式和教育方式，如何發(fā)揮數(shù)字技術(shù)在課程改革中的作用，也是當(dāng)前課程改革研究的一個(gè)重要問(wèn)題。筆者就這兩個(gè)基本問(wèn)題及兩者聯(lián)系談?wù)効捶ā?/p>
1、物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的歷史回顧
長(zhǎng)期以來(lái)人們往往把物理實(shí)驗(yàn)分成兩種基本形式，一種是演示性實(shí)驗(yàn)，一種是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。前者定位于培養(yǎng)觀察能力，后者著眼于培養(yǎng)操作技能和驗(yàn)證物理原理。這種基本思想和教學(xué)目標(biāo)決定了實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和基本教學(xué)方式。在演示實(shí)驗(yàn)中，教師做、學(xué)生看，教師講、學(xué)生聽(tīng)，體現(xiàn)了以教師為中心的傳統(tǒng)物理教學(xué)模式。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)雖然是學(xué)生動(dòng)手，但實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、儀器準(zhǔn)備、操作步驟、實(shí)驗(yàn)報(bào)告全部由教師預(yù)先設(shè)計(jì)好，學(xué)生僅僅是熟悉儀器，進(jìn)行連接，然后按步驟進(jìn)行操作、觀察，記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到結(jié)果。在這種實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生是完全按教師設(shè)計(jì)好的方案進(jìn)行，與工人在車間中“照?qǐng)D施工”非常相似，缺乏學(xué)生自主的獨(dú)立思考和創(chuàng)造性活動(dòng)。因此，學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)印象不深，興趣也不太大，久而久之對(duì)實(shí)驗(yàn)也就不太重視。
造成傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)這種局面的原因是多方面的，首先，過(guò)去的物理教學(xué)大綱沒(méi)有很好的體現(xiàn)以“實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)”的學(xué)科特征，只是對(duì)有限的十幾個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)作了規(guī)定。那個(gè)時(shí)代，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的教育功能缺乏根本性的認(rèn)識(shí)，只認(rèn)為知識(shí)是根本的，僅僅把實(shí)驗(yàn)看作是一種技能訓(xùn)練，沒(méi)能認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)在知識(shí)、能力、方法、情感態(tài)度價(jià)值觀等綜合科學(xué)素質(zhì)教育中的重要作用，沒(méi)認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)方面具有無(wú)可替代的獨(dú)特功能。另一方面是考試指揮棒的影響，長(zhǎng)期以來(lái)筆試占絕對(duì)統(tǒng)治地位，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在升學(xué)考試內(nèi)容中一直缺乏應(yīng)有的地位，所以評(píng)價(jià)方式也是導(dǎo)致人們對(duì)實(shí)驗(yàn)缺乏足夠重視的重要原因。
改革開(kāi)放后，隨著教育改革的逐步深入，人們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的重要性、教學(xué)目的、結(jié)構(gòu)和內(nèi)容逐漸有了新的認(rèn)識(shí)，逐步突破了傳統(tǒng)框架。首先從課程結(jié)構(gòu)上突破了演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的界線，在兩者之間派生出一個(gè)“邊講邊實(shí)驗(yàn)”，或“隨堂實(shí)驗(yàn)”。一方面，把一些演示實(shí)驗(yàn)變成全體學(xué)生參與的隨堂實(shí)驗(yàn)；另一方面，把常規(guī)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)變成課堂中的邊講邊實(shí)驗(yàn)。除此之外，還形成豐富多彩的身邊小實(shí)驗(yàn)也稱小實(shí)驗(yàn)、小制作。這樣在物理教學(xué)中就形成了四個(gè)實(shí)驗(yàn)層次即：演示性實(shí)驗(yàn)、隨堂實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和小實(shí)驗(yàn)。從上世紀(jì)80年代開(kāi)始，物理通報(bào)社編寫(xiě)九年義務(wù)教育教材，在序言中就明確提出了這四種實(shí)驗(yàn)，并將這四種物理實(shí)驗(yàn)層次納入物理通報(bào)版九年義務(wù)教育物理教科書(shū)之中，受到廣大師生的普遍歡迎，對(duì)我國(guó)物理教學(xué)改革起到了積極的推動(dòng)作用。
2、課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)
世紀(jì)之交，我國(guó)啟動(dòng)的基礎(chǔ)教育課程改革，是一場(chǎng)劃時(shí)代的深刻改革，就物理學(xué)科而言，幾乎所有的改革理念都緊緊地聯(lián)系著物理實(shí)驗(yàn)。在這場(chǎng)課程改革中，最基本的理念是提倡“以學(xué)生為本”，面向全體學(xué)生科學(xué)素質(zhì)提高，旨在培養(yǎng)全體學(xué)生終生發(fā)展的興趣和能力。因此，怎樣改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)科學(xué)探究的興趣和能力成為課程改革的重點(diǎn)，在這樣的理念下自然就要求人們?nèi)ト娴�、深刻地研究揭露物理學(xué)的學(xué)科特性和教育功能。課程標(biāo)準(zhǔn)理念深刻地改變了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目標(biāo)、性質(zhì)和模式，從單純?yōu)榱藢W(xué)習(xí)知識(shí)驗(yàn)證理論，學(xué)習(xí)操作技能，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀娴嘏囵B(yǎng)科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的課程，提出了“知識(shí)與技能，過(guò)程與方法，情感態(tài)度價(jià)值觀”三維教學(xué)目標(biāo)。這樣的物理教學(xué)目標(biāo)決定了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的性質(zhì)、內(nèi)容和模式。
課程標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有排斥更沒(méi)有否定在改革開(kāi)放后形成的演示性實(shí)驗(yàn)、隨堂實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和小實(shí)驗(yàn)這樣一種基本結(jié)構(gòu)。相反，在課程標(biāo)準(zhǔn)理念下，更有利于發(fā)揮多層次物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)構(gòu)的教育功能。在課程標(biāo)準(zhǔn)理念下，演示實(shí)驗(yàn)仍是不可缺少的重要形式，只是應(yīng)在演示實(shí)驗(yàn)中重視學(xué)生的參與；在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中，要盡量采用探究式的實(shí)驗(yàn)方式，應(yīng)改變一切由教師準(zhǔn)備好、設(shè)計(jì)好，廣播操式的程式化實(shí)驗(yàn)；至于“隨堂實(shí)驗(yàn)”則更要注入較多的探究式內(nèi)容，包括讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)方案，選擇儀器、制訂步驟、設(shè)計(jì)表格、收集信息、處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論并進(jìn)行評(píng)價(jià)分析等過(guò)程，旨在讓學(xué)生真正進(jìn)入科學(xué)學(xué)習(xí)的狀態(tài)和角色；在課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的小實(shí)驗(yàn)或家庭實(shí)驗(yàn)，則有更大的自主性、開(kāi)放性、創(chuàng)造性，更多地鼓勵(lì)學(xué)生利用身邊器材、家用電器和同學(xué)、家長(zhǎng)共同開(kāi)展多種形式的家庭實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)在物質(zhì)財(cái)富大大豐富，應(yīng)鼓勵(lì)同學(xué)們建立家庭實(shí)驗(yàn)室，廢舊材料很多，很多東西都是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的好材料。
當(dāng)然，在物理教學(xué)中要求這樣做肯定會(huì)有不少困難，不僅對(duì)學(xué)生要有一個(gè)培養(yǎng)過(guò)程，而且教師、學(xué)校和家長(zhǎng)也都要有一個(gè)適應(yīng)過(guò)程，可以逐步到位，逐步提高要求，但必須堅(jiān)持這種科學(xué)教育的原則和方向。
課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從根本上改革了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和性質(zhì)，因此，必須相應(yīng)地改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容和形式。這樣的改革使學(xué)校教學(xué)與社會(huì)活動(dòng)、家庭生活結(jié)合起來(lái)，有利于促成全民關(guān)心教育、全民學(xué)習(xí)的'嶄新文化。
3、數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念的結(jié)合將開(kāi)創(chuàng)嶄新的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系
文化是教育的基礎(chǔ)，課程標(biāo)準(zhǔn)理念為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新的思想理論，數(shù)字技術(shù)的普及則為物理教學(xué)提供了全新的技術(shù)手段和教學(xué)平臺(tái)。數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念的結(jié)合必將為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)乃至物理課程現(xiàn)代化產(chǎn)生重大影響。有人擔(dān)心多媒體是否會(huì)削弱物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，其實(shí)這是一種偏見(jiàn)。在數(shù)字化的平臺(tái)上，將使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代特性得到進(jìn)一步發(fā)揮，而且將會(huì)創(chuàng)造出一些全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。下面將簡(jiǎn)要地討論一下在這樣一個(gè)平臺(tái)上，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革問(wèn)題。
3。1計(jì)算機(jī)、多媒體、仿真實(shí)驗(yàn)擴(kuò)大了物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，擴(kuò)展了物理實(shí)驗(yàn)的教育功能
在觀察環(huán)節(jié)，數(shù)字化手段可以極大地?cái)U(kuò)展實(shí)驗(yàn)的可視性和可重復(fù)性，以往用肉眼觀察非常困難的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在可以借助數(shù)字視頻技術(shù)在時(shí)間和空間上的擴(kuò)展可以清楚地采集下來(lái)反復(fù)觀察。
在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)上，計(jì)算機(jī)和傳感器等數(shù)字手段的介入，可以更快更準(zhǔn)地得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從而節(jié)省寶貴的教學(xué)時(shí)間，把更多的時(shí)間用于討論物理問(wèn)題之中。
在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)上，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，可將學(xué)生從簡(jiǎn)單、機(jī)械、繁瑣的數(shù)據(jù)處理過(guò)程中解脫出來(lái)，讓他們的時(shí)間和精力用在更有創(chuàng)造力的方面。お
3。2數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（DIS系統(tǒng)）對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將產(chǎn)生的影響
從總體上講，DIS系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)及傳感器為核心器件的實(shí)驗(yàn)體系，而與傳統(tǒng)或有計(jì)算機(jī)傳感器參與的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相區(qū)別。DIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)思想、學(xué)生的操作過(guò)程和實(shí)驗(yàn)中間環(huán)節(jié)發(fā)生很大變化。
模塊化和功能封裝是現(xiàn)代工業(yè)的特點(diǎn)之一，DIS具備了這些特點(diǎn)，也就是系統(tǒng)將在“黑箱”模式下提供我們需要的功能，不能也不必過(guò)份關(guān)心系統(tǒng)提供功能之外的事情。我們所要做的事情就是根據(jù)需要，選擇想要的模塊，要關(guān)心的事情就是該模塊的功能是否能滿足我們的需要。如測(cè)量類型、測(cè)量范圍、測(cè)量精度是否合乎要求，軟件支持的情況。在這種情況下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)將使一些層面相對(duì)簡(jiǎn)化，而使另一些層面更深入。比如，在數(shù)據(jù)處理上，有明確的處理形式的機(jī)械性工作，可以交給計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)完成，使處理數(shù)據(jù)層面上工作簡(jiǎn)單化；這樣做的目的是否意味我們對(duì)數(shù)據(jù)的關(guān)注可以減少呢？答案是否定的。因?yàn)槲覀円髮W(xué)生轉(zhuǎn)而關(guān)注數(shù)據(jù)之間的物理關(guān)系和數(shù)據(jù)背后更深入層次上的物理分析，就是說(shuō)可以引導(dǎo)學(xué)生把精力從簡(jiǎn)單層面上轉(zhuǎn)移到較深入的地方。
面對(duì)DIS系統(tǒng)的功能全面增強(qiáng)，為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上調(diào)整帶來(lái)機(jī)遇。比如，在傳統(tǒng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有設(shè)備能很方便地測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度，現(xiàn)在有了磁場(chǎng)強(qiáng)度測(cè)量模塊。我們可以用它和電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器等模塊組合使用，設(shè)計(jì)一系列較復(fù)雜的物理實(shí)驗(yàn)。由于傳感器的應(yīng)用，給測(cè)量帶來(lái)方便，我們可以將力、熱、聲、光、電等模塊組合使用，設(shè)計(jì)出跨章節(jié)甚至跨學(xué)年的綜合性實(shí)驗(yàn)，以適應(yīng)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中“物理實(shí)驗(yàn)專題”選修模塊的需要。
DIS系統(tǒng)將打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的固有模式，使中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)具有高度的自主性、開(kāi)放性和探索性，學(xué)生可以比較方便地根據(jù)不同的目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如可以設(shè)計(jì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)專門(mén)為了仔細(xì)深入地觀察某一過(guò)程，研究一些物理量之間的關(guān)系等等。另一方面，對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不同學(xué)生之間在學(xué)習(xí)目的上可以互不相同。實(shí)驗(yàn)既可以探究性的，也可以是驗(yàn)證性的，由于DIS具有便于使用的模塊，學(xué)生可以更自由設(shè)計(jì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證他們的想法，為學(xué)生大膽創(chuàng)造提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
3。3虛擬實(shí)驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響
虛擬實(shí)驗(yàn)是從計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。它將實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等全部由計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)來(lái)完成，既可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)實(shí)驗(yàn)，也可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法涉及的條件要求很苛刻的實(shí)驗(yàn)，如高溫、強(qiáng)電、強(qiáng)磁實(shí)驗(yàn)、高能粒子實(shí)驗(yàn)、空間實(shí)驗(yàn)等等。
權(quán)威人士斷言，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表。它的發(fā)展，不僅從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞剑瑯铀矊⒏淖內(nèi)藗兊乃季S方式，改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)的格局。
首先，它可以極大地?cái)U(kuò)展教學(xué)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，涉及以前教學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)法涉及的領(lǐng)域，給予學(xué)生更大的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)他們的想象力、創(chuàng)造力。第二，它可以方便地對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充，只用少量的資金去購(gòu)買相關(guān)軟件而不必用大量的資金去添置實(shí)際設(shè)備，從而給實(shí)驗(yàn)教學(xué)本身以更大的自由度。第三，它可以作為真實(shí)實(shí)驗(yàn)的事前準(zhǔn)備，使學(xué)生在做真實(shí)實(shí)驗(yàn)之前就對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和內(nèi)容有深刻的了解，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果和減少不必要的設(shè)備損失。第四，它可以方便地作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)手段，解決以往實(shí)驗(yàn)教學(xué)不方便考試的問(wèn)題等。
有什么文化就會(huì)有什么樣的教育，數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念相結(jié)合，必將使實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)出多姿多彩的新格局。在面向全體學(xué)生基本科學(xué)素質(zhì)提高的大目標(biāo)下，貫徹課標(biāo)基本理念，轉(zhuǎn)變觀念，繼承傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)優(yōu)秀成果，充分地利用數(shù)字文化的強(qiáng)大力量，展示物理教育的時(shí)代特點(diǎn)，將是我國(guó)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的長(zhǎng)期奮斗目標(biāo)。
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