海南省初中物理实验室建设与实验教学培训实验教.ppt

2011年海南省（初中物理） 实验室建设与实验教学培训 实验教学的意义与方法,黄田炳 电话海南省电教馆,课标试用本：实验是物理教学的重要组成部分，实验教学是落实物理课程目标，全面提高学生科学素养的重要途径。要发挥实验在物理教学中的重要作用，需要正确认识物理实验的教学目标，注意把握实验教学的特点，并合理开发实验教学的课程资源。,在物理课程中，实验和科学探究有着紧密的联系。从科学探究的角度看，实验是科学探究的重要方式之一。从实验的角度看，物理实验通常包括演示实验和学生实验，探究性实验特别关注科学探究过程。跟科学探究一样，实验教学也具有多维的课程目标，除了学习知识、训练技能以外，物理实验还应该在发展实验能力、提高科学素养方面发挥重要作用。应该让学生通过设计实验、收集和分析实验数据等自主活动来提高实验能力，让学生在实验中认识尊重客观数据的重要性从而养成实事求是的科学态度，在实验的相互配合中发扬合作精神，在认真收集实验信息中培养严谨的科学态度和科学精神等。,实验教学在物理教学中具有不可替代的地位和作用,目前没有任何一种形式的教育教学活动，能够发挥比实验教学在实践能力、创新精神和创新能力培养方面，发挥更大、更好的作用而取代实验教学的地位。如果离开了实验，就是所谓的纸上谈兵。从一定意义上说，实验室是许多理科知识的诞生地，是科学技术的摇篮。牛顿“三大定律”、“焦耳定律”、“光的反射定律”等等；还有达尔文如果没有那次长达5年的环球旅行，他的物种起源就不会因为有那样丰富的内容和具有说服力而轰动整个世界。两千多年前农耕时代的孔老夫子也不只是闭门教书，他也领着他的弟子周游列国（周游列国实际上就是一种社会实践教学活动），难怪儒学至今仍然对社会具有那么深刻的影响。更何况现在国家加大了教育投入，我们现在已经进入了科学技术飞速发展的信息时代，我们还能离开实验教学，用嘴说实验？在黑板上画实验吗？如果再那样“说”下去、“画”下去，那就不是在教书育人了，而是在贻误下一代，贻误祖国的未来。 教育教学最有效的方法之一就是理论联系实际，实验教学、实践学习就是最好的、最有效地理论联系实际。,新课标义务教育 物理实验教学的理念和方法,课程改革的重点之一是如何促进学生学习方式的改变，而学习方式的改变意味着个人与世界关系的转变，意味着存在的方式的转变。 科学类基础教育课程是以提高国民素质为宗旨，以培养创新精神和实践能力为重点，强调课程要促进每个学生身心健康发展，培养良好品德，满足每位学生终身发展的需要，培养学生终身学习的愿望和能力。 实验是物理课程改革的重要环节，是落实物理课程目标、全面提高学生科学素养的重要途径，也是物理课程改革的重要条件和重要课程资源。 学生学习目的可归结为三句话： 掌握生存的知识和技能，以便独立地面对世界； 遵从生活的规则与规律，以便和谐地与人相处； 探索生命的价值与意义，以便有尊严地立于天地之间。,一、物理实验教学理念 二、初中物理实验的类型 三、科学探究 四、教学实验 五、物理学习内容在课标与大纲的要求比较,一、物理实验教学理念,根据新的教学理念及由此产生的新的课程标准对实验的表述，对比旧课程，及实际教学活动中的感受与体验，我们不难发现新课程实验教学的理念转变表现在以下方面： （1）验证-探究, 使实验从作为知识灌输、学习的基础转变为促进学生日后发展的重要基础之一。 （2）教-学，从为“教”设计实验向为“学”设计实验转变，让实验更好地配合学生的主动有效学习。 （3）结果-过程,从只重视培养实验操作能力向培养实验操作能力和培养实验思维能力并重转变。 （4）课内-课外，从为学生的课内学习设计实验向为学生的课内学习和课外学习相结合设计实验的转变，适应探究性、开放式学习的需要。,（5）从教师垄断实验选题和方案设计向教师吸引、指导、帮助学生参与实验选题和方案设计转变（科学探究不拘泥于教材、教科书）； （6）从只注意传统性课内实验研究向重视开发性研究和创新设计，开发与完善结合转变（如历年省中考科学探究题的设计）； （7）从只应用近代实验方法向适当应用现代实验的方法和仪器，重视中学实验的现代化转变； （8）重视理论与实际的结合，重视物理实验与生活、技术的联系，注意用探究实验的方法解决实际问题； (9)从“单兵作战”的自发研究向群体性研究与团队研究的“两条腿走路”转变； (10)重视绿色物理与可持续发展在实验中的体现。,二、初中物理实验的类型,物理是一门以实验为基础的自然科学，教学离不开观察和实验。中学物理实验及实验教学内容中，从功能和作用层面看，可归纳出为四大类型： 1、获取实验数据（前置性、陈述性实验知识和能力）； 2、规范实验操作（条件性、程序性实验知识和能力）； 3、形成物理概念（条件性、策略性实验知识和能力）； 4、发现物理规律（条件性、策略性实验知识和能力）。 如长度、质量的测量（1类）；天平、电流表的使用（2类）；质量、浮力概念教学（3类）；欧姆定律、流体的压强与流速的关系（4类）。 从操作层面分，可归纳为演示实验；学生实验；科学探究实验。还可以说：验证实验，探究实验，规范实验操作实验。 根据实验功能和类型，相当部分实验要用探究的方法实施实验教学。,三、科学探究,物理课程标准指出：“科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。将科学探究列入内容标准，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化，从学生被动接受知识向主动获取知识转化，从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。” “学习在科学探究活动中，通过经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程，学习物理知识与技能，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。”课程标准的以上陈述，阐明了科学探究在义务教育阶段物理课程中的重要意义和原则要求，倡导探究性学习。,1、科学探究不仅是教学方法，也是教学内容,过去也谈要使学生通过实验、思考，自己获得知识；理由是这样的学习使学生对知识的理解更深刻、更会运用、更不容易忘记。其实这样做的着眼点仍然只是知识，与课程标准的三维课程目标并不一致。 在课程标准中，科学探究不仅是一种教学形式，也是一个教学内容，在课程标准中，“科学探究”是与“科学内容”并列的。教材编者所关注的，不仅是使学生通过探究活动获得知识，而且要使学生通过探究活动学习怎样进行探究。后者对学生的今后发展和面对生活更为重要，这方面教材也做了充分的考虑。,为使学生学习探究，在八年级（上），最初的几个探究都是非常简单的、定性的，例如第14页“探究：声音怎样从发声的物体传播到远处？”、第21页“探究：响度与什么因素有关？”这几个探究都是一两步就能解决的。此后的几个探究逐渐复杂，到八年级（上）的最后，关于串、并联电路电流、电压关系的探究已经是十分完整的、典型的探究活动了（旁注探究的环节）。然而，整个八年级的探究仍然比较单纯，线索清晰，教学中的不确定因素较少。九年级的探究活动则高出了一个层次。,九年级第13页“探究：同种物质的质量和体积的关系”、第43页“探究：重力的大小跟什么因素有关？”要用图像处理数据；第35页“探究：摩擦力对物体运动的影响”要求两次改变实验条件（控制变量）；第38页“探究：二力平衡的条件”、第83页“探究：浮力的大小等于什么？”，实验的设计需要教师提示；第100页“探究：斜面的机械效率”需要较复杂的数字计算 可以看出，这套教材的确是把“怎样进行探究”当做一个教学内容来处理的，它像物理知识的学习一样，也需要循序渐进。,2、科学探究（是一种）精神，贯彻了全书,在新的课程理念中，科学探究不仅是一种教学方式、一个教学内容，同时还是一种精神。对未知事物的探索精神贯穿本套教材的始终。实验器材的教学就是一例。 过去我们认为，实验器材的使用只能用“灌输”的方式，否则可能引起人身伤害、仪器损坏，或形成不良习惯。实际上，学生今后在生活中、工作中遇到新器材，需要摸索其使用方法的场合是很多的，这种能力是一种十分重要的能力。出于这样的考虑，教材对天平使用方法的教学进行了较大的改革。 首先，几个强制性的要求还是需要的，但这只限于保护人身和器材的安全（九年级第10页天平的使用，上部的1、2、3）。即使是强制性的要求，本书也要求学生“逐条分析，如果不按这些要求做，会出现什么问题”（该页旁批）。 关于天平以及其他器材的使用，本书有两个原则：一是器材不局限于某种形式、某种规格（如托盘天平还是学生天平），二是尽量让学生边思考边操作，自己摸索，从中学到规律性的东西。,从这两个原则出发，本书把天平的使用放到“想想做做”栏目中，引导学生在四个方面进行思考和尝试性操作（九年级，第10页至11页）。这样做可以避免学生死记操作步骤，使学生养成思考的习惯，学会思考。考查学生的学习时，也不只考查是否会用课堂上使用过的天平，而是看学生会不会用另一种“没讲过”的天平台秤（第12页图1024）。如果会用了，说明学生学会了天平的原理，以后遇到这类器材都会用了。 在本书八年级（上），电流表、电压表的使用方法，九年级 “探究：弹簧测力计的使用”也有类似的特点,探究精神还表现在是否具有提出问题的意识。每章最后的栏目“我还想知道”，目的在于鼓励学生提出科学问题，并把这些问题表达出来。栏目的第一行是示范，由学生填写下面的空白。教师的注意力应放在“鼓励”提问和让学生试图表达，问题的恰当与否并不重要，教师可以不做解答。 教材安排了许多STS(科学、技术、社会)内容，介绍、探讨科学技术与社会之间相互关联的知识和问题，也体现科学的巨大应用和魅力。,3、科学探究是创造性活动,关于科学探究，课程标准归纳出了几个要素，这是为了便于学生对科学探究进行分析。实际上，正因为科学探究活动是创造性活动，所以不会有完全相同的两次科学探究。教学中应该注意不能使学生误认为科学探究有现成的“套路”。 为了使学生明确探究的要素，在八年级（上），叙述探究的课文旁边有批注，指明这里是提出问题、这里是猜想和假设到了九年级，因为学生对科学探究的几个要素已经有所了解，这样的批注就不出现了，以避免形式主义。,4、科学探究重在参与、重在过程,科学探究是落实三维课程目标的重要途径。尤其是过程与方法、情感态度与价值观方面的目标，只有在科学探究的过程中进行体验，才能实现。以往的教学过分重视终结性的要求，为了改变师生这样的习惯，本书特意安排了一些探究活动，课程标准对这些探究的结果并没有终结性要求。这样更有利于师生在教学中把注意力集中在探究的过程上。这类例子有九年级第100页“探究：斜面的机械效率”、第111页“探究：比较不同物质的吸热能力”。进行其他探究活动时，也应更多地让学生体验探究的过程。,5、科学探究过程包括以下七要素,提出问题：发现问题，表述问题，有科学探究价值的意识。 猜想与假设：根据问题做出有根据的猜想，根据可能进行推测和假设，并 认识其重要性。 制定计划与设计实验：明确实验条件和目的计划及设计实验，选择探究方 法及器材，有考虑到影响因素和控制变量法的意识，认识计划及设计实验的重要性。 进行实验与收集证据：根据观察和实验收集数据，能通过公共信息资源收集资料，筛选和评估信息的科学性，会读说明书和根据说明书操作仪表和读数，正确记录使用数据并认识其重要性，有安全意识。 分析与论证；能描述数据和信息，对数据进行比较，能根据相关数据、信息进行简单的因果推理，经历归纳科学规律的过程，能描述和解释探究结果，认识分析论证的重要性。 评估；有评估结果的意识，明白假设和结果间的差异，尝试新的探究方法，能发现新的问题，有吸取经验与教训意识，认识评估的意义。 交流与合作。能写实验报告，有准确表达意见的意识，合作中注意坚持原则和尊重他人，认识合作的重要性，有团队精神。,四、科学实验与教学实验对比,教学实验包括演示实验、学生实验和探究实验。 课程标准没有象原来的教学大纲那样刚性地规定若干个“必做、必考”的学生实验，但是对学生实验的要求实际上是加强了。遵照课程标准的要求，新教科书的学生实验有两个特点。 第一，本书的科学探究全部是实验性探究，其绝大部分要求学生自己动手操作。过去的初中实验全部是验证性实验或测量性实验。相比之下，本书的探究性实验在操作上的要求可能与之相仿，有的甚至还要低一些，但在科学方法和科学价值观的教育上，要求却高得多。 第二，本书利用身边易得的材料所做的实验比过去多。这样处理的目的不只因为一些学校的条件还不是很好，更多的考虑是，这样做可以使学生感到科学并不神秘、科学就在我身边。用身边易得的材料做实验，它在情感、态度、价值观方面的教育价值不容忽视。 总的说来，对学生实验的要求比过去高了。学生在整个学习过程中，如果哪一节课没有动手做实验，这节课恐怕是有很大缺欠的。,1、强调学生是学习的主人,为了使学生的知识来源扎实，规律性知识的学习来龙去脉清楚，尽量安排探究性的学习活动。 安排的探究性学习活动，具有实验操作方便、规律性强、结论容易获得的特点，适宜初中学生探究。学生通过进行自主研究，体验科学研究的过程，受到科学研究方法的教育；从收集的证据中，总结和归纳出规律性的知识，初步学习归纳的方法；从获得的成功中获得愉悦，有成就感，为提高学习能力和自信心打基础。,2、教材的编写力求提高学生学习的兴趣,首先，注意从生活走向物理。从学生熟悉的生活现象引入教学内容，或回应教学内容，例如生活中常见的青蛙鸣叫、红外线和紫外线的应用、电话和无线通信、连通器、浮力现象、抽水机等。 第二，注意从学生的认知能力出发，在现象的对比中发展学生的学习兴趣，例如比较小小的蝉的口器和庞大的骆驼产生的压强，期望学生在现象的对比中，提升对科学理念本质的认识，在对科学的理解中，获得和发展兴趣。,3、强调实验的作用,物理学是一门以实验为基础的科学，它的基本研究方法之一是实验。教材一如既往，仍然突出实验在教学中的作用，尽量安排教师的演示实验和学生动手操作的实验活动，让学生在观察演示实验和自己亲身的实验中，经过观察、体验的过程，从中获得最直接的、生动的实验事实，为理解物理概念和规律打好基础。课本不仅对教师的演示实验提出要求，还提供了大量的照片图，还在想想做做、动手动脑学物理等栏目中，提供了大量的实践性的活动，期望学生在实践性学习活动实验过程中，体会和感悟实验方法对物理学习的重要性，激发学习物理的兴趣。同时，感受到物理实验的真正意义和价值。,4、实验教学的研究方法,（1）控制变量法 控制变量法是初中物理实验中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。所谓控制变量法是指为了研究某物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、研究该物理量与该因素之间的关系，得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。 如，探究导体的电阻跟什么因素有关；研究压强；欧姆定律的研究等等都用到控制变量法。,（2）等效替代法,等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。 例如，在探究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板替代了平面镜，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究成像的特点，揭示规律。又如在学习伏安法测电阻之后，要求学生设计一个实验，在缺少电压表或电流表，其它器材不变，另有一个已知阻值的定值电阻供选用，要求测出未知电阻，