（课程与教学论专业论文）新课改背景下高中物理演示实验与三维目标达成的实践研究.pdf

独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研 究工作所取得的成果。据我所知，除了特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本人的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本声明的法律结 果由本人承担。 学位论文作者签名：盘还 日期： 为心、刁 学位论文使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位论文的 规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北师范大学 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其它复制手段保存、汇编本学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：丝 指导教师签名：啼不 日期：f 卜岁、f 日期：劲n i9 叫 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 摘要 自然科学是以实验为基础的科学，这也决定了在自然科学教学中实验教学所处的 地位。传统的教学理念中，过分的强调了“双基”教育，对于学生所需要的基本观察 和实验能力长期忽视，理论学习与实际生活相脱节，这就导致了学生认为自然科学至 少是与他们的生活无关。这种观念严重影响着学生科学素养的养成和提高。 在物理教学中，课堂演示实验作为一种重要的教学策略，它是影响课堂教学效果 的关键因素，是学生掌握概念、规律的重要途径。演示实验作为学生学习物理过程中 接触的第一类实验，能为学生提供观察的可靠素材，提供直观的感性材料，展示规律 的真实过程。利用演示实验引导学生的思维，指导学生观察、体验规律得出的过程， 是物理教学的重要内容；利用演示实验来激发学生的科学兴趣和探究欲望，是形成学 生科学素养的基础；利用演示实验，来潜移默化的规范学生操作，是培养学生实验能 力的重要手段。学生通过观察，不仅能够获得直观、形象、真实的感官表象，更能观 察到规范的实验操作过程，这对于培养学生实验能力是有很大帮助的。因此，思考如 何做好高中物理演示实验，在新课改的背景下，显得更为重要。 本文主要分为四个部分： 第一部分为绪论，主要阐述了本文的写作背景、研究问题以及研究意义。 第二部分为第一章，主要从物理实验与物理学的角度来阐明物理实验的特点、类 型及其在物理学的发展和物理教学中所起的作用。 第三部分为第二章，主要从演示实验与物理课堂三维教学目标达成的关系的角度 来阐明演示实验在物理教学中的作用。 第四部分为第三章，主要从演示实验对达成课堂教学目标的作用和影响，演示实 验的教学要求和演示实验的设计策略三方面来阐明如何做好高中物理课堂演示实验。 关键词：物理演示实验；物理教学；教学设计 a b s t r a c t s c i e n c ei sb a s e do ns c i e n t i f i c e x p e r i m e n t s ，w h i c ha l s od e t e r m i n e st h ei m p o r t a n t p o s i t i o no fe x p e r i m e n tt e a c h i n gi nt h en a t u r a ls c i e n c e t r a d i t i o n a lt e a c h i n gi d e a se m p h a s i s o nt h e b a s i ck n o w l e d g ea n db a s i ct e c h n o l o g y t o om u c hb u tp a yn oa t t e n t i o nt ot h en e e df o r s t u d e n t st oo b s e r v ea n dt e s tt h eb a s i ca b i l i t y t h u s ，t h e o r yc a n tc o m b i n ew i t hp r a c t i c a ll i f e a sar e s u l t t h es t u d e n t so f t e nt h j l l l ( t h a ts c i e n c eh a sn o t h i n gt od ow i t ht h e i rl i f e t h i sb e l i e f a f f e c tg r e a t l yt h ef o r m a t i o na n di m p r o v e m e n to ft h es t u d e n t s s c i e n t i f i cl i t e r a c y i nt h et e a c h i n go fp h y s i c s ，d e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t ，w h i c hi so n eo ft h ei m p o r t a n t t e a c h i n gs t r a t e g i e s ，i st h ek e yf a c t o rt h a ta f f e c t st h er e s u l to fp h y s i c st e a c h i n g i t st h ek e y m e a n sf o rs t u d e n t st om a s t e rt h ep h y s i c sc o n c e p t sa n dl a w s t h ed e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t i st h ef i r s tt y p eo fe x p e r i m e n tm e t h o d s i to a n p r o v i d et h es t u d e n t sr e l i a b l em a t e r i a l ，v i s u a l e m o t i o n a lm a t e r i a la n di tc a ns h o wu st h er e a lp r o c e s so fs c i e n t i f i cl a w s i t sa ni m p o r t a n t p a r to fp h y s i c st e a c h i n gt ou s ed e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n tt og u i d es t u d e n t st h i n k i n ga n dt o g u i d et h es t u d e n t st oo b s e r v ea n de x p e r i e n c et h el a wo fr e s u l t i n gp r o c e s s a n di t st h e f o u n d a t i o nt of o r mt h es s s c i e n t i f i cl i t e r a c yb yu s i n gd e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t st o s t i m u l a t et h es t u d e n t s i n t e r e s ta n dd e s i r et oe x p l o r et h es c i e n c e a n du s i n gd e m o n s t r a t i o n e x p e r i m e n t st on u r t u r et h es t u d e n t si no p e r a t i o n ss p e c i f i c a t i o n s ，t h es t u d e n t sc a nn o to n l y h a v ea c c e s st ov i s u a li m a g ea n dr e a ls e n s o r yr e p r e s e n t a t i o nb u ta l s oo b s e r v et h ef o r m a l e x p e r i m e n tp r o c e s s s oh o w t od op h y s i c a ld e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t si sg r e a t l yi m p o r t a n t t h i sa r t i c l ei sd i v i d e di n t of o u r p a r t s ： i t h ef i r s tc h a p t e r ：t oi n t r o d u c et h eb a c k g r o u n do fw r i t i n gt h i sa r t i c l e ，r e s e a r c hp r o b l e m s a n dr e s e a r c hs i g n i f i c a n c e i i t h es e c o n dc h a p t e r ：t oi l l u s t r a t et h ep h y s i c a lc h a r a c t e r i s t i c ，t y p e sa n dd e v e l o p m e n to f p h y s i c sa n di t st e a c h i n gr o l ei np h y s i c st e a c h i n gf r o mt h ep e r s p e c t i v eo f p h y s i c se x p e r i m e n t o f p h y s i c sa n dt h es u b j e c to fp h y s i c s i i i t h et h i r dc h a p t e r ：t oc l a r i f yt h ec l a s s i f i c a t i o no f p h y s i c sd e m o n s t r a t i o ni np h y s i c s t e a c h i n g ，f r o mt h ep e r s p e c t i v eo fr e l a t i o n sb e t w e e n t h ed e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n ti np h y s i c s t e a c h i n g i v t h ef o u r t hc h a p t e r ：t oi l l u s t r a t eh o wt od op h y s i t sc l a s s r o o md e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t v e r yw e l li ns e n i o rh i g hs c h o o lf r o mt h ef o l l o w i n gt h r e ep e r s p e c t i v e s ： t h ee f f e c ta n di n f l u e n c ew h i c hp h y s i c sd e m o n s t r a t i o n sh a v eo na c h i e v i n gt h et e a c h i n g g o a l s t h et e a c h i n gr e q u i r e m e n t so ft h ed e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t s t h ed e s i g ns t r a t e g i e so ft h ed e m o n s t r a t i o ne x p e r i m e n t s k e yw o r d s ：p h y s i c sd e m o n s t r a t i o n s ；p h y s i c st e a c h i n g ；t e a c h i n gd e s i g n i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 目录i i i 绪论。1 一、研究背景及问题1 二、研究意义1 第一章物理实验与物理教学。3 一、物理实验的含义及特点3 ( 一) 物理实验的含义3 ( 二) 物理实验的特点3 二、物理实验的分类及其在物理学发展中的作用4 ( 一) 物理实验的分类4 ( 二) 物理实验在物理学发展中的作用4 三、物理实验在物理教学中的地位与作用5 ( 一) 物理教学实验5 ( 二) 物理实验在物理教学中的地位6 ( - - ) 物理实验在物理教学中的作用6 第二章演示实验与三维目标8 一、演示实验及其传统教学功能8 二、演示实验对达成三维目标的意义8 ( 一) 三维教学目标与科学素养8 ( 二) 案例设计9 ( - - ) 演示实验对三维目标达成的意义一1 9 第三章演示实验的教学要求与问题对策2 0 一、演示实验的教学要求一2 0 ( 一) 明确实验目的，确定实验目标和实验器材2 0 ( 二) 始终注意实验的严密性和科学性2 0 ( 三) 要有规范的操作及保证成功率，要求一次成功2 0 ( 四) 教师始终要引导学生观察、分析2 l ( 五) 要保证实验效果明显、过程清晰，仪器的选择简单，常见2 1 ( 六) 学生参与时要指导学生操作，保证实验安全进行2 l i i l 二、物理演示实验的设计策略2 l ( 一) 确定实验课题一2 2 ( 二) 明确演示目标2 2 ( 三) 实验设计与分析一2 2 ( 四) 整体构思2 2 ( 五) 查找重点环节2 2 ( 六) 局部设计2 2 ( 七) 确定总体设计方案2 2 ( 八) 方案的评价2 3 三、当前中学物理演示实验教学中的突出问题及对策2 3 ( 一) 当前中学物理演示实验教学中的突出问题2 3 ( 二) 解决对策2 4 结语一2 6 参考文献一：o o o o o oo0 2 7 致谢。2 9 东北师范大学硕士学位论文 绪论 一、研究背景及问题 随着新课程实施的不断深入，新课程所倡导的知识与技能，过程与方法，情感态 度与价值观这三维教学目标仅仅依靠传统的教学方式已经不可能达成，知识的简单积 累的能力也不再是新的社会环境对人才的要求。 科学课程的核心理念是全面提高每一个学生的科学素养。科学教育的主要目标是 全面提高学生的科学素养，而具有科学素养的人往往是那些能够对在生活体验中遇到 的问题予以提出、发现和解决的人。 历史主义科学观自提出之后，由于这种新的科学观摆脱了以往科学观从静态审视 科学的特点而得到了人们的推崇。历史主义科学观更加强调了从科学研究这一动态过 程来审视科学，同时也更加注重从科学的社会性方面来审视科学。现代教学理念中的 历史主义科学观身影主要表现在以下几个方面：科学教育从原先仅仅强调“双基”教 学，转向了注重学生科学探究能力的全面培养和科学素养的全面提高：科学教育从原 先仅仅强调解决科学内部的认知问题，转向了更加注重科学、技术与社会的联系和在 生活中提出、发现和解决问题的能力的培养。 教育的过程是培养人的过程，新时期、新环境需要的是能够独立思考，具有创新 精神的人才。无论是独立性还是创新性，都是个人经验的积累和升华的结果。 因此，在理科教育中，强调学生的参与和体验是新课程改革的特点。为学生还原 出规律得出过程，让学生意识到他们所学习的知识是真实的事实，与他们的生活有联 系，那么，学生将会主动地、积极地来参与、来体验，这也正是形成科学素养的前 提一产生科学兴趣。因此，实验教学在今天的理科教育中就显得非常重要。 物理学作为理科课程的一个重要组成部分，是自然科学的基础。物理学是一门实 验科学，纵观物理学发展史，很多物理规律都是在观察和实验的基础上得来的。可以 说，实验成为了物理学的灵魂。因此，做好高中物理演示实验，在新课改的背景下， 显得更为重要。 二、研究意义 物理学作为理科课程的一个重要组成部分，是自然科学的基础。物理学是一门实 验科学，纵观物理学发展史，很多物理规律都是在观察和实验的基础上得来的，实验 是物理学的灵魂。 在高中物理教学中，课堂演示实验作为一种重要的教学策略，它是影响课堂教学 效果的关键因素，是学生掌握概念、规律的重要途径。演示实验作为学生学习物理过 程中接触的第一类实验，能为学生提供观察的可靠素材，提供直观的感性材料，展示 1 东j l v i l i 范大学硕士学位论文 规律的真实过程。利用演示实验引导学生的思维，指导学生观察、体验规律得出的过 程，是物理教学的重要内容；利用演示实验来激发学生的科学兴趣和探究欲望，是形 成学生科学素养的基础；利用演示实验来潜移默化，规范学生操作，是培养学生实验 能力的重要手段。学生通过观察，不仅能够获得直观、形象、真实的感官表象，更能 观察到规范的实验操作过程，这对于培养学生实验能力是有很大帮助的，这些都是培 养学生科学素养的前提和保障。 因此，在新课程改革的背景下，教师思考如何进行演示实验的教学在今天具有重 要的现实意义。 2 东北师范大学硕士学位论文 第一章物理实验与物理教学 一、物理实验的含义及特点 ( 一) 物理实验的含义 “实验一词的使用比较广泛，涉及诸多学科和领域。在不同学科和领域，实验 的含义是有所不同的。例如，心理实验中的实验，是把它作为研究心理线现象和心理 规律的一种手段；定性实验中的实验，是把它作为研究事物“质的规定性的一种方 法。追根溯源，“实验 一词的使用基本源自于自然科学中的“科学实验 。 科学实验是科学实践活动的一种基本的和重要的表现形式。科学实验是人们根据 研究目的，利用科学仪器设备认为地控制或模拟自然现象、排除干扰、突出主要因 素，在最有利的条件下去研究和认识自然规律的一种活动。科学实验根据研究对象 的不同，可分为物理科学实验、化学科学实验、生物科学实验、地理科学实验等等。 物理实验是人们根据研究目的，运用科学仪器设备，人为地控制、创造或纯化某 种自然过程，使之按预期的过程发展，同时在尽可能减少干扰客观状态的前提下进行 观测，以探究物理过程变化规律的一种科学活动 。物理实验是物理科学实验的简 称，它是物理科学研究必不可少的实践活动。 ( 二) 物理实验的特点 物理实验从属于科学实验，具有科学实验的显著特点。 1 物理实验可以人为控制操作条件，可以排除次要、偶然的干扰因素，进而简化 纯化研究对象或研究过程。事物之间总是存在这千丝万缕、错综复杂的联系。有时正 是过多的这种联系掩盖了事物之间最基本、最纯粹的相互作用与联系，因此，单凭简 单的观察与想象根本无法揭示事物之间、现象之间的本质联系。在物理科学实验中， 通过控制实验条件，排除影响问题研究的次要因素、干扰因素，把要研究的问题从众 多联系中剥离出来，在一个相对纯化和理想的环境中进行试验和研究，进而揭示出事 物之间、现象之间本质的联系。这一点是所有科学实验都具有的共性，也是科学实验 普适性的表现。物理学中的理想化方法便是这一特点的体现。 2 物理实验操作可以重复，使要研究的过程或现象反复重现，进而提高实验结论 的可信度。实验的基本功能之一便是验证理论的科学性和可靠性。因此，一个结论或 口) 并长她化攀宴脯谭程与戟学论l _ 1 北京- 高等戟霄出版社2 0 ：7 o 囊避开摹饿杈科学谭桎教学论【- j 机州t 新t i 教育出麓牡2 0 ( j ：3 1 6 虹铂真安论i i ij 宁广西救卉出版社1 9 脚：l ：i | 3 东北师范大学硕士学位论文 规律是必然的还是偶然的，可以用科学实验来验证。多次的实验证实的是同一结果， 说明实验的可靠性较高，如果多次实验的结果指向不同，那么这个被验证的结论很可 能是一个偶然结果，可靠性较低。物理实验的可重复性为物理规律或结论的出现提供 了高质量的评价手段。凡是正确、可靠的规律或结论，都能被他人重复实验所验证。 3 需要借助各种科学仪器。任何科学实验都要借助科学仪器来完成。物理实验仪 器从简单的生活工具发展到今天高精密的电子技术、核技术仪器等等，每一阶段都是 物理学发展、进步的表现。科技创新的成果为社会提供了先进的生产资料和生产力， 促进社会进步；社会的进步又反过来促进科技的再次发展。科技发展与社会进步就是 在这种螺旋关系中不断发生的。 4 可以在特殊环境中进行。在很多时候，物质之间的关系并不能很好的表现出 来，或者说只有在某种特殊的、极端的条件中物质才会把某种性质显现出来。在物理 学的研究中很多物质的性质都是在人为控制的极端条件下得到的。因此，物理实验本 身对于操作环境没有依赖，可以在特殊环境中进行。 二、物理实验的分类及其在物理学发展中的作用 ( 一) 物理实验的分类 物理学中的实验因其划分标准不同而有不同的分类。按照实验实施的地点，可以 把物理实验分为实验室实验和自然实验，或者是室内和室外实验；按照实验出现的方 式，可以把物理实验分为真实实验和模拟实验；按照实验操作目的，可分为科学实验 和教学实验；按照实验结果的形式，可以把实验分为定性实验和定量实验；按照实验 任务又可分为探究实验和验证实验等等。处于不同角度，就会把实验分成不同类别。 需要明确的是，不同的分类标准中，实验类别具有交叉性。同一类实验，在不同分类 依据下，会有不同名称。 ( 二) 物理实验在物理学发展中的作用 从物理学发展的历史来了看，物理实验是物理学理论的基础，也是物理学发展的 基本动力。物理实验在物理学发展中的作用主要表现在以下几方面。 1 发现未知事物和探索新规律。在经典物理的发展中，伽利略的斜面实验、胡克 的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验等都为经典力学提供了实验事实，并在此基础上 建立了新规律。在电学方面，库仑定律、欧姆定律、法拉第电解定律和电磁感应定律 等的建立，无一不是在大量实验中做出来的。在光学方面，光的干涉、衍射、偏振等 现象也都是首先在实验中发现的。在1 9 世纪和2 0 世纪之交，当人们纷纷认为物理学 已发展到顶点时，也正是x 射线、放射性核电子等的发现，打破了沉闷的空气，揭示 了经典物理的不足。从而开拓了新的领域，诞生了现代物理学。这一切都说明了实验 是物理学的基础。 2 验证实验理论。理论是物理学的核心，理论的正确与否必须经过实验来检验， 实验是检验理论的重要手段。麦克斯韦的电磁场理论、爱因斯坦的光电子假说和德布 4 东北师范大学硕士学位论文 罗意的物质波假说都是在被他人实验验证或在他人结论的基础上得以肯定的。而且根 据科学发展规律来看，任何理论都会被一定的适用范围所制约，这个制约范围往往要 通过实验来发现。因此可以说，没有实验的理论是空洞的；而没有理论的实验是盲目 的。 3 坝0 定物理常数。在物理学中，大量的实验是围绕常数进行的，特别是基本常数 的研究和确定，在物理学的发展中占有极其重要的地位。基本常数是物理学中的普适 常数，如真空光速、基本电荷量、万有引力常数、普朗克常数等等。 4 推广应用。物理实验使很多新技术、新工具成为了生产力。正是物理实验才使 得这些新的技术及设备日臻完善，从实验室走向社会。也可以说，每项新技术、每个 新设备的背后都凝聚着物理科学家和工作者的心血。 三、物理实验在物理教学中的地位与作用 ( 一) 物理教学实验 当物理实验在课堂教学中出现时，这时我们就把这类实验称为物理教学实验。物 理教学实验不同于物理科学实验，它们之间存在着必然的联系和显著的区别。物理教 学实验主要是把部分研究或探索过的物理现象、规律，选择性的在集中的时间内显现 给学生，教给学生。在这一活动中，学生的学习过程和科学家的探索过程有相似之 处，因此教学实验对学生的认识活动所起的作用与科学实验是相似的。但物理教学实 验之所以与科学实验相对独立，是因为两者在实验目的、形式和内容上已经有所区 别。 1 从实验目的来看，物理科学实验的目的是为了发现新事物、新规律；而教学实 验的目的是围绕学生开展一系列的活动，帮助学生理解知识、掌握方法，培养学生操 作能力，最终为提高个人科学素养奠定基础。 2 从实验形式来看，科学实验的一般形式是通过实验的形式和观察现象，测量和 记录数据，计算和分析结果，最后总结出物理规律，最终能否得到需要的结论是未知 的。教学实验无论是教师演示，还是学生实验，都有肯定的结果，且结论较易得到。 3 从实验内容上看，科学实验的内容由需要探索的新问题而定，实验内容对实验 者来说是未知的；教学实验的内容需要按一定的教学目的设计，并根据教学实际的需 要安排，实验内容一般是比较成熟的，但对学生来说是新的。学生在教师的指导下探 索、实验，即可享受到探索、发现的乐趣，又可少走历史弯路。 因此，我们可以说，教学实验是利用已有的科学结论，通过重复科学实验的过程 来帮助学生掌握科学知识、训练科学思维、培养科学研究能力，进而提高学生的科学 素养的实验。它既是教师帮助学生学习的工具，又是学生学习的一种方法。 ( 饼t l i i i l 韵曩寓论i - j 申1 广西戟育出版杠i 帅轨 5 东北师范大学硕士学位论文 ( 二) 物理实验在物理教学中的地位 物理实验作为物理教学的重要组成部分，它不仅是物理教学的基础，同时又是物 理教学中的重要内容、方法和手段。 1 实验是物理教学的重要基础。物理学的基础是实验，在物理教学中运用实验可 以给学生学习物理创造一个良好的物理环境，使学生能主动地获取物理知识和发展科 学的学习能力，促进学生科学品质和世界观的形成。同时，通过学生对实验的观察、 操作，能使学生掌握实验的基础知识和基本方法，培养他们的实验操作能力。因此， 我们说在中学物理教学中必须以实验为基础，这是由实验本身的特点及其在物理教学 中的作用所决定的。 2 实验是物理教学的重要内容。首先，从学科特点来说，物理学本身就是一门以 实验为基础的学科，实验是物理学不可分割的重要内容。物理学的任何一部分内容的 结构及其发展都可以分解为三种因素：实验( 事实) 、物理思想( 逻辑、方法论) 和 数学( 表达式或计算公式) 。可见，实验内容本身就是教师要教，学生应该学的重要 内容。其次，实验教学是物理教学的重要组成部分。实验是物理概念、规律教学中 必不可少的内容。是连接学生认知结构和抽象理论的纽带和桥梁，实验的生动性为学 生理解抽象的理论提供了感性材料。最后，实验是培养学生实验能力的保证。从教师 的演示、示范和学生自己的动手操作中，学生可以从中学到实验的基本知识、基本技 能和基本方法，可以发展能力，培养良好的实验素质。 3 实验是物理教学的重要方法。首先，实验是物理学研究的重要方法。简化关 系、纯化条件，人为创造对研究有利的条件，在一个相对理想的环境下发现事物之间 最基本的联系，这就是物理学研究最基本的形式。其次，实验也是物理教学中教与学 的重要方法。通过观察和实验，我们要让学生知道物理规律发现的过程，帮助学生树 立健康人生观、价值观。培养学生的观察能力和逻辑思维能力，提高学生的操作能力 和创造能力，帮助学生掌握科学的学习方法。最终为提高学生的科学素养和培养人的 目标服务。 4 实验是物理教学的重要手段。教学中运用实验手段，能取得很好的教学效果。 实验的直观性、真实性、形象性以使实验成为物理教学中必不可少的重要手段和方 式。而实验的从感性到理性、从形象到抽象、从特殊到一般、从简单到复杂的特点更 是符合人类的认知规律，是学生学习物理知识的有效手段。 ( 三) 物理实验在物理教学中的作用 1 培养学习兴趣、激发求知欲望。首先，实验的真实、直观、形象和生动等特 点，易于激发学生的学习兴趣。中学生好奇、好动及带点叛逆的心理特点决定了他们 对生动刺激会加以关注的天性。观察生动有趣的实验，学生的注意力会高度集中。新 囝l 曩宴论i j 宁t 广西t 青出誓社1 9 9 v 6 东北师范大学硕士学位论文 奇的实验现象也会使他们兴趣盎然。其次，实验是一种有目的性的操作行为。设法让 学生多动手做实验( 边学边实验、分组实验、课外实验) ，不仅可以满足学生操作的 愿望，更重要的是可以让学生不断体会和尝到“发现 和“克服困难、解决问题、获 得成功 后的喜悦，从而提高兴趣，增强信心。 2 创设学生有效掌握知识的学习环境。许多物理概念和规律都是从大量的具体事 例中抽象出来的。在教学中必须重视感性知识，这是形成概念、掌握规律的基础。感 性知识可以来源于学生的生活，也可以来源于物理实验提供的物理事实。与学生有关 的，学生自然会学习。人类的模仿行为就是一种学习与自己有关的知识过程。在特定 环境中，有利于排除影响因素，目的性更加明确。 3 训练学生的科学方法。用实验手段去验证事物的属性，发现事物的变化、联系 和规律，让学生从中学习科学的研究方法，掌握科学的学习方法，这是所有理科教学 的特点。实验是对学生进行创造意识训练和科学方法训练的有效途径。首先，实验归 纳法是一种实验在前、结论在后的科学方法，实验成为探索规律的主要手段，这种实 验常称为探索性实验。其次，实验验证法。推理、判断在前，实验验证在后。再次， 真实实验与理想实验相结合的方法。真实实验是人们能够实际进行的实验活动。理想 实验是人们在头脑中塑造的一种理想过程，是逻辑推理的一种方法和形式。所谓真实 实验和理想实验相结合的方法，就是在有限的实践基础上，经过推理、判断，得出理 想条件下的物理规律的方法。如伽利略的理想斜面实验。最后，追溯机遇的方法。x 射线的发现就是伦琴的偶然。 ，鼻 4 培养学生的各种能力。实验能培养实验操作能力，想象能力、思维能力( 归 纳、分析能力) 、创造能力、组织能力等。 5 培养学生良好的科学素质。实事求是的科学态度；严谨细致的工作作风坚韧 不拔的意志品质；高尚无私的思想情操；团结协作的精神等，这些都是在实验过程中 慢慢领会和学习的，在课本中根本学习不到的。新课程的三维目标更加重视情感态度 价值观的培养，实验就是一种很好的手段和方式。 7 东j i ：i n 范大学硕士学位论文 第二章演示实验与三维目标 一、演示实验及其传统教学功能 课堂演示实验是在课堂上主要由教师操作，并通过教师的启发、引导，帮助学生 对实验进行观察思考，以达到一定教学目的的教学方式。演示实验通常是为了配合 特定的教学内容由教师操作的表演实验，具有较强的目的性和直观性。教师通过事先 准备好的仪器及设备，结合教学内容和教学目标，演示特定的实验，得出实验现象， 并且教师要始终引导学生对实验现象进行观察的教学过程。 在课堂演示实验的教学中，演示的目的在于呈现直观的结果，教师的作用则是教 会学生观察，引导学生思考，进而使学生在抽象的内容中获得感性认识，帮助学生理 解和接受预设的教学目标，并培养、促进学生观察、分析能力的发展。 演示实验的教学功能主要体现在如下几方面：为新课导入的演示，规律导出及理 解的演示和问题解决的演示。其对于物理学习的作用体现在：能对复杂的物理规律及 物理概念起到化繁为简的作用；把抽象理论转化为真实存在，具有激发学生兴趣，调 动积极性的作用：对学生能做到多感官刺激，提高学习效果的作用；对学生实际操作 具有示范作用。在传统的教学中，教师往往只注重演示实验的教学功能，而完全忽略 了演示实验其实更是一种培养学生科学素养的有效手段。 二、演示实验对达成三维目标的意义 ( 一) 三维教学目标与科学素养 我国物理课程标准中明确指出：“高中物理课程有助于学生继续学习基本的 物理知识与技能：体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实践能 力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；认识物理学对科技进步以及文化、经济 和社会发展的影响；为终身发展，形成科学世界观和科学价值观打下基础。 新的课 程理念更加注重了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观这三维课程目标体系 的融合，注重学生的自主学习及科学探究能力的培养。 科学课程的核心理念是全面提高每一个学生的科学素养。因此，作为理科教师有 必要理解科学素养的内涵。 一般来说，科学素养就是对个人决策、参与公共和文化事务以及经济生产所需要 的科学概念和过程的知识的理解与一定的运用能力。在国际科学教育界，人们普遍认 为科学素养应该被看做社会公民和消费者应具备的对科学技术最基本的理解。科学素 虹膏毫赛譬论i m j 宁；广西t 青出簟杜，l 蜩醴：1 3 4 8 东北师范大学硕士学位论文 养并不要求对科学达到一种高深的理解和掌握程度，只要达到基本的理解就好。一般 来说，公众同时达到对科学知识、科学过程和科学技术对社会的影响的基本理解，就 可以被认为具备了基本科学素养的水平。结合我国中学生的实际，我国中学生的科学 素养应涉及如下四个方面：科学知识与技能，科学探究( 过程、方法与能力) ，科学 态度、情感与价值观，科学、技术与社会。因此，我们就更有把握的说，我国新时 期的课程改革就是要培养具有科学素养的人才。三维教学目标也正是为科学素养服 务。我们的思想要放在全面的培养学生的目标上，放在努力提高学生的科学素养方 面，不应该在局限于不完整的传统的“双基”教育模式中。 培养学生科学素养这一核心理念要求我们，在教学中不仅仅要重视学生对于知识 的掌握，更要重视学生对于学习过程的体会和对于知识形成过程的正确认识，能让学 生在学习知识的过程中，逐渐掌握和形成解决问题的方法和正确人生观和价值观，认 识到科学、技术和社会三者之间的联系。 物理学是以实验为基础的科学，纵观物理学的发展过程，我们可以得出这样的结 论：没有实验，就不会有物理学。因此，在物理教学中，必须强调也必须给予实验应 有的作用和位置。演示实验作为学生接触的第一类实验，实验内容设计的是否合理， 演示效果是否明显有效，教师操作是否规范，这些都是影响课堂实验教学的主要因 素。因此，做好演示实验对达成三维教学目标、提高学生的科学素养至关重要。 ( 二) 案例设计 基于演示实验与科学素养之间的这种关系，因此，注重演示实验的教学设计在当 前是值得我们思考的主要问题。下面列举部分在高中物理教材中涉及到的经典的物理 实验，通过教学设计，来体现演示实验对于课堂三维教学目标达成的价值。 人教版物理( 必修) 1 第二章第五节自由落体运动的教学中，关于自由落体 运动的教学，教学设计如下： 教材分析： 落体运动是一种常见的运动，自古有许多人研究过。为了便于学生接受，教材分 为实验探究和学史介绍两部分分别进行教学。在本节主要通过实验演示得出落体运动 的条件；通过实验探究分析得出自由落体运动的规律，明确重力加速度的意义，使 学生对自由落体运动规律有具体、深入的认识。关于落体运动，学生容易受到日常经 验的影响而认为重物体的下落要快于轻物体。因此，有必要通过实验演示来纠正学生 的日常观念及培养学生善于观察、勤于思考的习惯。 教学目标： 1 通过演示纠正学生的思维误区，了解自由落体名称的由来及条件。 2 通过演示来培养学生观察和思考的习惯。 o 囊运开簟饺扳科学谭粒与救擘论i m 机州浙旺帔青出版扯2 0 呻：7 3 7 5 9 东北师范大学硕士学位论文 3 体会科学方法在寻求规律过程中的重要作用。 重点：空气阻力影响下落速度的演示和分析 难点：空气阻力影响下落速度的分析 教学过程： 1 落体运动的演示小粉笔头由手中静止下落。 学生头脑中的落体运动通常是像小石子下落那样的运动。这也正是学生关于落体 运动的前概念，是一种忽略空气阻力的下落。此演示的目的是在肯定学生头脑中前概 念的同时，为空气阻力对物体下落的影响设下思维冲突的伏笔。 2 纸片下落的演示 通过观察，学生主要会产生两种解释。第一种是纸片自身的原因。如质量小，形 状特殊等等：第二种则是考虑了空气阻力对纸片下落的影响。此演示的目的是让学生 有足够的机会肯定自己或自己赞同的观点，给学生积极参与、积极思考的机会。此环 节对于不同观点不做点评，进而使学生的思维持续进行。 3 将纸片揉成纸团与粉笔头同高，并同时释放。学生会观察到轻重不同的物体可 以同时下落地。此时，让学生回忆两个铁球同时落地的故事，追问当年伽利略为什么 不用铁片或其他金属片做实验呢? 学生可以观察纸片下落的过程，进而会得到包含空 气阻力等因素对下落过程有影响的结论。此演示的目的就是要把学生的思维引向空气 阻力这一方向，因此，只要知道空气阻力对下落过程有影响就达到了目的，其他因素 的排除用最后的演示来完成。 4 牛顿管演示形状、质量材料都不同的几个物体，在一个真空的环境中下落 是一样快的。 因此，在一系列演示完成后，学生也就知道了没有空气阻力，所有物体下落一样 快这一事实。伽利略是最早正确认识落体运动的伟人之一，他在研究落体运动时指 出：“在科学研究中，懂得忽略什么，有时与懂得重视什么同等重要。一落体运动如 果忽略了空气阻力，那么落体运动就真的成为了自由落体运动了。这样，学生在通过 实物演示的过程中，不仅仅得到了落体运动所需要的条件，更体会了用事实说话这一 普遍而适用的道理。通过伽利略反对亚里士多德理论的故事让学生体会，没有经过实 验证明的理论或结论，没有经过全面思考而得出的经验，不一定是正确的。在生活 中，要有质疑精神，勤于思考，不能迷信与权威或经验。进而使学生能对科学的人生 观、正确的价值观有一定的认识。并且，学生通过本节的学习，更明白了科学方法的 重要作用。排除干扰后，在纯化或简化后的模式中，规律往往最容易体现。 人教版物理( 选修) 3 - 1 库仑定律，对于引入库仑定律的教学设计如下： 教材分析： 本节内容的核心是库仑定律，库仑定律不仅是电磁学中的基本定律，也是物理学 的基本定律之一。库仑定律向人们阐明了带电体相互作用的基本规律，为整个电磁学 1 0 东：l l - s j i l i 范大学硕士学位论文 的发展奠定了基础。“人们最早是通过电荷问的相互作用来认识电荷的。在牛顿力学 成功的研究了物体的机械运动之后，1 8 世纪的物理学家们很自然的吧带电体在相互作 用中的表现与力学中的作用力联系起来了。”教材中如是说。因此，对电荷间相互作 用力的大小的探究成为了本节课的开始，用演示实验来演示电荷间作用力的大小的关 系不仅能给学生带来丰富的感性认识，为后面的内容学习铺垫，更重要的是能为学生 呈现出物理学中的科学方法，使学生能意识到科学方法对于发现新事物的重要性。 教学目标： 1 定性了解电荷间的作用力大小与电荷量的多少以及电荷间距离大小的关系。 2 让学生注意探索过程，了解“相似性“对于探索新事物的重要作用。 3 体会事物或规律间的相关性和统一性。 重点：影响电荷间作用力大小的因素的探究过程 难点：有关因素的确定方法。 教学过程： 猜想：在非直接接触的电荷间产生的作用力是否可能与非直接接触的物体间存在 的万有引力具有相同形式? 验证演示： 1 用感应起电盘反复多次使球形导体0 带上足够多的电荷，放在绝缘底座上。把 系在绝缘细线上的小球与带电体0 接触后系在支架上的不同位置，观察摆线的偏角与 小球和带电体0 间的位置的关系。摆线的偏角的大小就是小球受力大小的表现。 实验现象： 摆线的偏角随着带电体间的距离的增大而减小。 此演示的目的在于向学生展示电荷量确定的情况下，受力与电荷间的位置的关 系。让学生明确这样的信息，受力随着距离的增大再见小，可能是反比关系。 2 增加或减少小球的带电量，观察小球在同一位置时，电荷量变化引起的摆线偏 角的变化。 实验现象： 摆线的偏角随电荷量的增大而增大，随电荷量的减小而减小。 此演示的目的在于向学生展示电荷量对受力的影响。让学生明确，电荷间的作用 力与电荷量可能存在正比关系。 演示实验把影响电荷间作用力的因素呈现出来，并且这些因素对电荷间作用力有 什么影响也显现在学生面前，让学生直接从实验事实中找到了答案。学生发现，距离 和带电量决定了电荷间的作用力，这与万有引力作用的距离和质量决定物体间引力的 大小基本相同，即都是有距离和自身因素决定的。但这些事实是否就能够证明电荷间 的作用力与万有引力具有相同形式? 此时，库仑定律的教学可以进行。通过简单实验 的演示，学