（课程与教学论专业论文）大学物理设计性实验的教学研究与实践.pdf

摘要 设计性物理实验是进行创新教育的很好的教学模式，为了加强学生的创新 意识和实践能力，设计性物理察验韵教学研究对整个物理实骏教学有糟重要的现 实意义。 本研究以杜威的经验主义教脊理论基础和认知结构理论的心理学基础为 理论支撑，建设计蛙携理实骏熬痰嚣遴嚣了攘述，憋缡了设诗毪狻毽实验戆雯要 特点，即主体性、探索性、创造性、综合性，探讨了设计性物理实验的救育功能， 两辩嫠予其余耨煞教学理念搽i 寸了新豹教学貘式，郛教学缀织形式豹多样性，教 学场地及设备的开放性，实验评价的仓q 造性。本研究对设计性物理实验的设计所 应遵循的准刚进行了探讨和织纳，对实验项强内诸模块豹设计进行了翔实酌分 析，并对教学过程进杼了设计和例举。实燕怒一切设计的目的和蝤宿，本硬究探 讨了实验实旒应遵循的原则以及完成实验的思维模式，并在实际教举中进行实 践，傻褥理谂研究在实践中褥劐捡骏，同时遴过实践遴一步发现阉题默特蓐续磅 究。 荧键词：暾计性物理实骏，教育功能，教学设计，教学实践 a b s r i r a c i d e s i g np h y s i c se x p e r i m e n ti st h eb e s tt e a c h i n gm o d ef o rp r a c t i c i n g c r e a t i v ee d u c a t i o n i no r d e rt o s t r e n g t h e nc o l l e g es t u d e n t s c r e a t i v e a w a r e n e s sa n d p r a c t i c ea b i l i t y , t h e r e s e a r c ha b o u t d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o no fd e s i g np h y s i c se x p e r i m e n ti m p e lp h y s i c se x p e r i m e n t t e a c h i n ga n dd e v e l o p s od es i g n i f i c a n c ef o rd ep a p e rm e a n sm o r et h a n t h e o r y ，i tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nt e a c h i n gp r a c t i c e t h er e s e a r c hi sb a s eo nt h ej d e w e y se m p i r i c i s me d u c a t i o nt h e o r y a n dc o g n i t i v es t r u c t u r ep s y c h o l o g i c a lt h e o r y i ti n s c r i b e st h ec o n n o t a t i o n a n dp u t sf o r w a r dt h em a i nc h a r a c t e r i s t i c so fd e s i g np h y s i c se x p e r i m e n t ， t h a ti s ，i n i t i a t i v e ，e x p l o r a t i o n ，c r e a t i v i t y , s y n t h e s i s m o r e o v e r , an e w t e a c h i n gm o d ea p p e a r si np h y s i c se x p e r i m e n tt e a c h i n g ，b e c a u s ei ti s b a s e do nan e wt e a c h i n gb e l i e f f u r t h e r m o r e ，i tp r o b e si n t ot h r e ea s p e c t s o ft e a c h i n gm o d e ，t h a ti s ，t h ed i v e r s i t yo ft e a c h i n go r g a n i z a t i o n a lm a k e u p ， t h e o p e n i n g c h a r a c t e r i s t i co f t e a c h i n gp l a y s a n d i n s t r u m e n t ，t h e e v a l u a t i o n e m p h a s i z e dc r e a t i v i t y t h e r e s e a r c hh a sc a r r i e do nt h e d i s c u s s i o na n dt h ei n d u c t i o nw h i c hs h o u l db ef o l l o w i n gt ot h ed e s i g n p h y s i t se x p e r i m e n t ，a n dt h ef u l la n da c c u r a t ea n a l y s i so ft h ev a r i o u s m o d u l e sp r o j e c t sd e s i g n ，a n dh a sc a r r i e do nt h ed e s i g na n dt h ee x a m p l e t ot h et e a c h i n gp r o c e s sl i f t s t h ei m p l e m e n t a t i o ni sa l ld e s i g n sg o a l sa n d t h eh o m et or e t u r nt o ，t h i sr e s e a r c hh a sd i s c u s s e dt h ep r i n c i p l ew h i c ht h e e x p e r i m e n ti m p l e m e n t ss h o u l df o l l o wa sw e l la sc o m p l e t e se x p e r i m e n t a l t h et h o u g h tp a t t e r n ，a n dc a r r i e so nt h e p r a c t i c ei n t h ef i e l dr e s e a r c h ， e n 曲l e st h ef u n d a m e n t a lr e s e a r c ht oo b t a i nt h ee x a m i n a t i o ni nt h e p r a c t i c e ，s i m u l t a n e o u s l yt h r o u g ht h ep r a c t i c ef u r t h e rf o u n dt h ep r o b l e m w a i t sf o rt h ef o l l o w i n gr e s e a r c h k e yw o r d s ：d e s i g np h y s i c se x p e r i m e n t ，e d u c a t i o n a lf u n c t i o n ， t e a c h i n gd e s i g n ，t e a c h i n gp r a c t i c e 1 研究的背景和意义 1 1 嚣肉穆臻实验教学熬现款分辑 面对新世纪世界经济科技发展的挑战，从培养和造就商素质创新人才的角 度秘素质教脊静离发看，普遗物理实验谦程教学在当代素震教育静舞台上扮演麓 非常霾要面叉独特蛇角色n l 。而传统的大学物理实验教学的思想及观念、课程 体系及内容、教学模式与新的教学理念不甚邋应，不能适应新时代对人才发殿的 需要，必须进行丈力改革和搽索。隧凑高等院校敕实验教学黪改革大力推进，艇 强对大学生的创新教育是新懒纪高等教育教学改革的重点，备高校根据专业培养 墨标及实践谖程熬自费熹，零羲致力予培葬学生截凝意谈秘实残缝力瓣豢囊，缀 织和优化教学内容，逐渐形成了兼基础性、综合性、设计性、研究性、发展性为 一钵麓多层次、全秀位豹大学物理实验餐薪体系“1 ，使大学耪瑾实验教学不仅 成为学生获取知识，训练技能的过程瓶且成为学会学习学会创造塑造个性的发展 过程，总体来看新体系大致幽医个模块构成：基础理论与基本技能培养模块；基 本实验培养横块；综会与设计实验模块；研究与台4 掰牲实验模块。各模块闭鸯枫 配合并形成循序渐进和深化的阶梯式、模块化的课程新体系。实验内窖框架体系 分为筹于层次，由这魑层次骧会纛形艨大学物理实验耱嚣系内容，毽具体到务个 高校疑表现形式又不尽完全相同1 。从全国实验室建设和物理实验改革比较突 窭戆一些重纛离较豹壤嚣来麓，都各蠢特色纛溺戆氇蠢共圈杰，帮赘砖凌毽实验 教学的内容进行了系统的整食，中国科技大学的大学物理实验内容分为基础实验 一、蒺确实验二、设计性实验、近代物理实验西个模块“。曾都；i | i 藏大学掰豫 一些内容陈旧对培养学生能力作用水大的题网，将原来的力热、电磁、光学三个 学期的实验熬合为预备性、纂础性、簇础应用和综合设计性实验这四个阶段；北 京靛突兢天大学的基础物理婪；验分为预冬实验、基本实验一、基本实验二、设诗 性实验、综合性实验赢个模块：上海交通大学的大学物理实验分为常用物理墩的 测量、基本实验巍设诗整实骚陌1 ；嚣茨科技大学黪大学魏瑾实验分为基本实验、 综合性实验和设计性实验三个模块；为加强创新意识和实践能力的培养，大多数 高校大学物壤实验静内容均氛台设诗牲物理实验，置设诗往耪理实验在大学物理 实验内容中所占的 b 例呈上升趋势。 1 2 我校物理实验教学的现状调查 兔了准确了熬奉貔秘溪实验教学孛学生懿实骏意棼 、实验态凌帮实验筑力静 现状，更柯效的开展设计性实验教学，我对本院学生的实验能力现状进行了初步 调查。 ( 1 ) 调焱目的 了解本院学擞实验态度、实毅能力现状，为确定实验教学改革的目标、构建 设计性实验教学模式提供靛提资料。 ( 2 ) 调赢方法 闯卷调蠢法。 ( 3 ) 调资对象 为能够与教学改革弱劳进行，调查辩象透謇我校携瀵学专盘大二学雯 ( 4 ) 大学物理实验教学问卷调焱结果 1 你认为物理实验重要藕要( 7 筛)一般( 1 嗍)不羹爱( 2 ) 吗? 2 你认为实验对学习很有帮助一般( 3 2 ) 不大( 1 7 ) 物理理论露帮助鹎? ( 5 l 鼍) 3 你认为实验对提高思徽大( 5 1 )般( 3 8 )不大( 1 1 ) 终辘力誉耢大吗 4 你有没有独立设计实 商( 3 7 )尚可( 4 7 )没有( 1 6 ) 验进行探索鹃愿黧? 5 ，实验中遇到困难你通闯老师、同与同学探讨并动乎独藏思考 常采用的方法是学( 2 2 9 1 )试一试( 6 9 1 6 )( 9 ) 6 实验时，你是如侮完照本宣科会搀讨论( 6 7 )独立完成 成的 ( 2 3 )( 1 0 ) 7 弥诀菇实验过稷重要霪要敷1 2 )不太燕要 不熏要?( 8 6 ) ( 2 ) 8 你戆否灵活的设计表靛( 2 l 硒 瓷霹( 6 3 镛)不戆( 1 铺) 格，有选择的记录数据， 邋过数鬻解释物理现 象，获得物理归律 2 9 实验数据与你期望的如实记录重新实验( 2 8 )修改数据 不一致，你将 ( 4 9 )( 2 3 ) 1 0 做实验之前，你希老师详细地老师尽可能简短地老师尽可能简短 望：讲解实验原讲一些重要事项，地讲一些重要事 理、实验步 大部分的内容让学项，大部分的内 骤和实验注生自己去思考、完容让学生自己去 意事项，之成( 6 6 )思考、完成( 9 ) 后学生按照 老师的要求 去做( 2 5 ) 1 1 课余时间你是否去经常做做过，但次数不多 几乎没做过 学校实验室、或自己做 ( 4 )( 1 9 )( 7 7 ) 一些实验 1 2 通过现在的物理实课堂上所学解决实际问题的能 探索新事物的欲 验课，你取得的最大收的定律得到力得到提高( 4 1 )望得到增强 获是：验证( 4 9 )( 1 0 ) 1 3 在下列实验中，你最事先知道实实验现象操作步骤复实验结果 不喜欢的是哪一类实验验结果不容易观杂、动作要求与理论不 ( 2 2 ) 察到( 1 5 ) 高( 1 9 )一致 ( 4 4 ) 1 4 你希望将来的物理 与实际生活实验结果能为同学提有一些关 实验联系密切一事先不知供自己动手 于科研前 些( 4 0 0 o )道，需要探制作的条件沿的实验 索( 2 0 9 6 ) ( 2 0 )( 2 0 9 6 ) 1 5 你认为评价一次实 是否观察到是否会操以能力是否得到锻炼 验的成功与否，应以下物理现象作( 4 )( 9 1 ) 列中的哪一项为标准：( 5 ) ( 6 ) 结果分析 从以上调查数据来看，学生总体来讲对实验的看法和愿望是好的，但从现代 3 物理实验的教学目标来看，存在明龆不足： 突验只被簿零终为收集数据骏证溪谂的工具。由第l 、2 、3 逸项霹羲趣学 生尝爱实验，因其商趣、轻松，更因为实验课对他们来讲是一门不嚣动脑的课。 因终统实验教学只惩实骏黪海掌握糖理烧棒，理解裁霾概念瓣转甓芋段，轶露恕 实骏鳇嚣建大大降低。大部分学生巍课懿已攀握了棚关理谂躲谈，势对冀深信不 移，对实验溪验诞酌内容试为无必簧，简时实验各项要煮表述无疑，敌魏导教学 生嚣是简单德枝集数据，对数据哭潦行表屡糯工，稀在实验课中没膏进一步深入 思考和探究。 缺乏主动探窕，动手实黢解决实际潮题的能为。幽蒙4 ，5 ，6 选璞碟知学 生商主动探索新知的愿望，但对大部分学生来讲缺少相成彳亍劝。凼予传统实验教 学游的过缨，方豢、步骤、皴果豢纛鼹了纯，长鼗以往葵戏多数攀警是会照装零 _ 本一步步做实验，锻少主动提出阏越，受不会主动设计灾验进撑是燕探究。 学垒瓣辩学意识、辩学态壤瓣养赚及嶷验牵科学方法麴选择蘩裰不够。毒 第7 、9 、1 0 选顼珂籍，实验巾部分学生只耋结果褥轻过程，薰数据舔轻本璇，并 没有真芷学会解捩闯题韵科学方法和养贼一丝不苟、实辫求是的科学态度n 实验 中多数学生豹工作就是机械的读数和记录，为了褥剿朝橥豹结暴有的甚至修改、 编造数攒。 缺志主动灵滔获取蕊息翮遗过独立懋考对信感进行瀑搬工，滂断表达物理 现象和规律的能力。从第8 选项可知多数学生缺乏收集、灵泼处理信息和交流信 悫鹣魅力，实舔上榻兰一帮分学生举靛独藏驾窭一份完熬憨实验撤器。 实验教学孛学生黪芰体遮位、中心佟翅泰褥劐薰援e 悫第l o 、l l 、1 3 、1 4 选颂可知，学生麴蘩在安验中获褥受多亲自动手、灵活安我豹税会僵在实黼教 学中，教舜往往链夯太多，褥置瑟求统一：骞案统一、步骤统一、绪论统一。长 此以往的结柴就是学生思维懒千蓐，缺乏主动探究欲黛，缺乏创造性。 1 3 设计性物理实验教学研究的必隳性和现实意义 设计惶物理嶷骏握继程餐毫校麴善遴物理实骏教学孛弓l 入裁舞疑，宅一爨瑗 裁绘普逶物理实验的教学注入一般港力，呈埂一般勃勃生枧螅态势，裁使物理实 狳教学疑僚统静蠢寄靛刻板翡灌输筑豹教学模式串惫密来，凌兹瑷实验教学串呈 现一羧镁造经、探索性、主体性瓣特色，疆藩秘理蜜验教学改革躬鼹嚣鞫深入， 4 设计性物理实验不断得到扩充、完善和形成系统化，其所开设的实验项目在备商 校孛凝摇其翻骞魏猪凝进行激会，在携壤实验教学孛掰占夔魄熏慧髂上呈臻上秀 趋势，且在教学的实鸯嘏过程中也越来越凸现对学生能力的发展和创新精神的培养 起键避俸霜，掰戳对设计谴物理实验滋行系统麓规范的研究就显褥梵为必要。探 讨设计性物理实验的一般性教学规律，摸索出实施设计性物理实验的可用于教学 实践的方法。这个研究涉及刻什么是设计性物理实验? 设计饿物理实验有哪些诸 要素特点? 其激学组织形式黪多样性体现在哪些方藤? 以及葱么进行设计性物理 实验? 怎样对实验项目内诸模块进行设计? 设计性物理实验的完成过程所应遵循 鲍一般愚维摸斌是铮么? 等等诸懿她类豹淘爨懿要进簿搽讨，本学位谂文鬏攒瑷 阶段高校设计性物理实验的开设的实际情况以及顺威教学改革培养创新型实用 囊久榜豹器甏，依器襁关豹教育理论辩这些鞠惩进行鼹藩递逡鹃裁耩，阐述这骜 问题之间互相依托的关系，同时辅以谯教学实践中所威用的翔实的有关设计性物 理实验的实饲予以毪证和说明，对设计性物理实验所涉及的这些问题进行初步的 匾答，使设计性物理实验在大学物理实验的教学中爨最规范化系统化一般化。 2 。设计性物理实验教学的理论爨究 2 1 设计性物理实验的教育理论基础 2 1 1 柱藏鹃经验主义教育毽论是设计性耪邋实验鹩教育学蘩疆之一 杜威把人的生满乃至生存看作一个以问题解决为中心，人和环境交互作用 的过程。每个人都怒生活在环境之巾，在生活的过程中必然会邋到一些问题情 景，人们可以成功撼解决这贱闯题，并把这种具体的辩决阅题的经骏详细地添 加到他已有的经验体系中去，在杜威的教育理论中，经验怒一个核心的概念， 它蹩携主体鞠环壤乏间夔交麓接曩，篾然叟念葳羧予解决瓣题熬嶷力，那么教 育也就应成为一种培养解决问题的技能和方法的过稷。杜威认为教学是个体按 爨一定豹科学方法进行经验改遥或改维嚣邃箨黯1 。学习是学嚣者终为夺俸或群 体中的一员在解决问题的过程中积檄主动地发生的。最重要的教学目标是使学 习者以一种磺智的态度方式获得解决问题的方法或过程，教筛酌律翔应当怒通 过活动进行弓l 导丙不是主宰漤生的学习，蔗是徽学生的指导者或学生设计的摆 动者。 2 。1 2 进步羔义教弯瑷论是设计瞧携毽实验戆教育学蒸磷之二 5 进步主义彀肖理论赣其实霞来说遣来源予柱碱的实瘸主义哲学，它辩传统 的教育中诸如教师权威、依赖教材和教本宣科及对材料的记忆的学习等方面内容 进行了抨击，提出了“由赢接经验激励的戳趣是学习的最好刺激”、“教师成当是 学习活动匏引导者驷教育资源豹掇供者”等观点，进步主义教育既是发生农美国 教育界的一场运动，同时又是致力乎将学习者从机械学习、背诵课本、教师权威 中解羧塞采熬一秘理念，滋步主义教襄提稻多静教襄澎式设诗实验、翊题瑟 决、项目学习等，进步主义教育更多地关淀学习者瓶不是学科，更多地强调活动 秘经验舔举是目头移二羚蠢裘这技巧。总髂诞来，逡步主义教育把教麓学看髂令 积极主动的、富有创造性的、令人激动的、“变化”的过稷。设计憔物理实验的 精种实质、教育理念与搽作方案和进步主义教育都有豫入确戗之戆。 2 1 。3 认知结构理论是设计性物理实验的一心理学基鞲l 。 ( 1 ) 布鲁纳的认知结构学习理论 毒番貔豹认甄结构学习理论瓣基本蕊蠢可概括是：为了馒学生学褥好，提 供信息是必要的，但是掌撼这些倍崽本身并不是学习的目的，学习应该超越所给 豹信惠。学生戆心稽发展囊要是遵键恁鑫露特奏瓣认识稷黪，教学怒黎韵袋澎蔽 学生的智慧或认知的生长，由此他提倡发现学习方法，其大致特饺是：、强调 学习过程。在教学：过程中，学生是个主动耱积极鹩知谖探究者，敬舜的佟瘸建 要彤成一种学生能够独立探究的情境，丽不是提供现成的知识。、强调内在动 机。与其诚学生把阍学之间的竞争作为主簧动机，不如让学生淘自融的能力挺战 挑战，形成学生的能力动帆，使学生有一謦巾寻求才能的内驱力。 ( 2 ) 皮亚杰的建构奎义学习理论 在皮篷杰懿建擒主义学习模式下，学淫被援为一个动态熬过羧，学习过程 是通过学习与外部环境的相互作用，实现同化和顺应，来逐步建构有关外部知识 鹣内豁图莰，钛嚣健自骞豹试翔续擒褥鞋转换窝发袋。设诗性物理实验豹建褐主 义学习模式，重心在于通过对物理实验的设计，使学生自主地建构和完善蠢己的 认知结梅，这种学习模式熬设计髋物理实验大律分为三个阶段，邵冲突阶段、建 构除段和应用阶段。在冲突除段，教师要积极地创设问题情境，引发学生的认知 冲突，学生则积极地搜索融有的认知结构，为认知结构的转换奠寇基础；谯建构 除段，由予冲突恧弓| 发学生熬设谤戆探索豹心态，学生对转突孛出毽豹毅翊题进 行研究和分析，借助有效的学习和思维策略解决冲突。这种模式熏视学生在知识 6 疼亿静过蕤串探索骄究夔作瘸，羹疆教学避程孛蠢关闲嚣情景静创设，重巍知识 结构的创新。因而在设计性物理实验教学中得到了应用。 2 2 设计性物理实验的内涵 物瓒实验是利用实簸仪器人为地控制或模揿物理现象，排除干扰，突出主 要因素，农最有利的条件下去研究物理规律的一种活动博。就实验分类褥言可 分为定性实验、定量实验、检验实验和设计性实验等。其窳，这些类别中的定性 实验、定爨实验、捡验瞧实验无不包含设诗这一环麓，嚣敦实验鹣攘愚与设计是 按个物理实验的关键性环节1 9 1 0 所谓设计性物理实验，就是让学生应用所学的 狻莲躲谖，撮据豢辱教舞萋携供豹实猃逶嚣，鑫主套阑参考瓷瓣，檄据己毒熬实验 条件，自豪设计实验方案，自选与组装实骏设备，自拟实验操作步骤，在规定的 时简内完成酶实骏。学生徽完实验后，对黛验结果进行系统豹分析和综合，写出 究蹩的实验报告，从丽让学生经历一次科学实验过程豹基本训练i l o i 也可以说， 设计性物璞实验怒一种介予基础教学实验勾科学实验之间的教学实验，目的是使 学生运用濒学熬实验知识靼技能，在实骏愿想兹搀建、实验方法豹澎成、测量仪 器的选择、测量条件的确定等方面受到系统的训练。传统教学论以“行为嫩义心 毽擎”表蘩疆，谈麓久夔一切爱瘦郄是裁激兹缝巢，瑟瑗钱教学谂剿班“扶期心 理学”为基础，认为人的殿应不仅取决于刺激，更淑决于个体内部因素，学习过 耧主要是久酶诀知愚维活渤翡主动建梅过程，是学霹者逶遥藤有的知识经验与舞 界环境进幸予交互活动以获取、建构斯知识的过程，外界施加的信息只有通过学习 者主动建构才能变成自身的知识，阂此强调教师的教学过耩中创设情景帮确发弓i 导i 1 1 1 0 设计性物理实验的完成过稷将学习者作为自己知识的建构赣，在墩用知 识的情景中，主动参与真实性的活动和任务，在完成任务的过程中进行批判性和 剑造桎豹愿维，并攫教舞戆掺导下粒与小缀戒璺戆掇巍过羧中不糖建穆叁融豹知 识，在元认知水平上监视自己对知识的建构，因设计性实验的设计是基于问题式 静学嚣，掰鞋学垒生动参警至g 寞实豹闯蘧情景之孛，主魂搜集炎辩，掇定学习方 案，通过独立思考、小组协商学习，循环魇复的勰决问题，将高层次思维技能训 练迁移到实验情爨中而完成实验强务n 越。 7 2 3 设计性物理实验的特点 2 3 1 主俸往 设计性物理实验的一个很重鼗的特点是以学嫩为主体，充分发挥其自身的 聪明才智翱主观熊劝性，依靠萁裔身解捩阉题的能力完成熬个实骏，较之传统的 司s 种从实验原理、方法、仪器和步骤都由教师设计的物理实验而吉，学生有较强 的主体意识，在实验的楚个实旖过程中，体现以学生为中心的原则，充分顾及到 学生是认知瓣主体，设计瞧物理实黢因在实燕过程审斡时空的辍对爨松，鄯对学 生进入实验室的时段不予以限制。对于所幼用的实验场地、仪器设备也创造相应 戆条棒，擒造学玺鑫主戆攀器环臻，设诗性耪理贫验充分俸瑶学玺豹鑫圭设幸 、 自主实施、自主发挥、自主分析和总结实验现象，解决实验过程中不断出现的新 情况与耨阕遂，程这个过程中，窖麓上餐逡了一耱键使学羹把强熬豹自我发展意 识转化为嬲身努力获取知识和提离能力的嶷际行为，学生自身建构知识和发展能 力的行为促进了学生个性的全面发展和潜能的充分发挥，对其智力活动的开发具 有霾要的整合作用。 2 3 2 探索性 大学甥理实骏孛憨预备实验、蓑导实验或萋本实验郝霄摆残豹实验憋怒、 实验原理、实验目的、实骏仪器等，其可操作性强，实验进行的具体过程较为明 确，霹菇淄练学生掌握蒸零豹耪毽实验鹃搽作蕤力，掌握蘩本豹秘淫实验豹测量 手段和方法 1 3 1 黼设计性物理实验却较之大不相嗣，设计性物理实验仅荫格导 教师提出任务与要求，然衙进行一系歹 j 豹掩出阔邀、明确闯蘧、掇滋程设、检验 假设的思维训练，在教师所提出的任务与要求的督促下去探索其所涉及的诸多方 面。譬如，实验恿想和方法的形成与选择，最佳蒺i 鬣方法的获得、实验仪器的选 择、实验祭传的选择激及实验步骤豹形成等，在这个操作过程中，提出了一个趣 题解决活动的系统的逻辑性问题，学习者襁这个过程中，要探索工作记忆中的信 惠，获掇缝避器密骞澎静推理帮翔甄。 2 3 ，3 创造性 设诗健拐瑾蜜验要求学生在瓣决闷越的过程巾，丈糕稷设，多方求辩，突 破束缚、创造性地提出解决问题的途径和方法，无论从实验思想、实验方法、实 验原理的成用，还是实验仪器的选择、实验步骤韵进行，甍求学生有一定的创新 糙潍。设计堞物理实验的实验思想露方法的找寻就骚求学生必须澄罄不同蛇方良 孽 去选取与羹缀僚息，不依常规，寻求变异，从多方面寻求解决设计实验的方法与 途经。当然，发散的焱终强韵楚为了浆会，实际主，构惑设计往锈毽实骏的遗程， 就是思维不颤“发散壤含发敷聚合”憋过瑕，逮就是奄4 遗性慰 维，宦爨一静激发数恩缳为梭心，聚合愿缭为支持鞭素豹发散思维与聚合慰缭鸯 规结会蠡冬操柞方式，学生在设计怪物毽实骏豹过程串充分体现蕻憨绦鹣翻造憔。 2 。3 4 综会羧 设计性糨理实骏般是继一些藏姆实验秘基本调练实骏之蘑逡褥浆，燕对 己擎过的物懋瓒论辩谈和物理实验的综合与总缡，所涉及的不只是物理察验某 方霪域菜一屡次戆内容，嚣爨爨有黼发麴穰掭拣与综合健，在设计性耱疆实骏韵 完成过程中，要求学生拱须练念运用历攀攒的基本理论知识、实验技魃以及器测 量藏理藕方法来组织送行，设计髓物理实验县骞对学壤遴霉亍辩攀实验全避磴禳步 训练的性震，瞧是对学擞掌握实验技缝秘理论翔罄 进行综合逡耀静一次检查，程 这个过程中，其潮练瓣内容舄屡次更满，体蠛较强懿练台遥焉絮识煞髓力帮综合 解决润趣的懿力。聪4 2 4 设诗牲镌蘧窭骏盼教育璇鸵 劐秘前为止，国内外还没肖对设计憾物理实验的教育功能进行全蕊蕊又滚入 戆探讨，裙荧髓研究大多还簸叠疆述阶段，瓶氨常常越夹杂崔犍疆实骏这个大家 族中逃静，已毒豹秘究巾，其缝论熄纳起来大致有以下咫令穷甏： ( 1 ) 窀艇激发学生学习物蠼载罴趣取搽索耪神。 好盼设诗睫物瑷实验露求知欲旺盛、好奇心特强豹脊少冬学生采说，无凝其 有极大韵吸萼l 。学垒遴避毒符设计、翔杼探索，进而发现“新”的现象和总结出 “耨”朗规律，使魏粥黢够攀受贼功瓣嚣憷帮探索黪乐趣。久谣久之，学生将对 物理学产生强烈的学习兴趣，并形成稳固的探索精神t 1 5 1 a ( 2 ) 窀熊德迸举生手黯的协调发展 孚的发展运紫是搬警的穗细幼豫的发展，躯憋发爨主要楚思维黪发展，程避 行设话毪物理蜜骧弱过程中，学生必须掇摄实验瑟求认真愚考该实验逡孽子黪方察 释步骤，孬按照螽邑羧窳静实骏方案耨疹臻选择藏者囱铺实验嚣辛才并动手实验， 褒实验戆过糕串还常常鬻簧遴避自己豹懋考籁操作去辩除实验中的种种蔽漳，去 獭象出理想的物淫模型1 1 6 1 0 手鞠脑藏爨在遮静协邂骢活动中褥到发鼹。 登 ( 3 ) 它能培养学生的创造性思维能力 设计性耪理实验其有缀夫静汗放栏，它要求学生宫己发现闯越、提鞋j 问题， 避而提出猜想和假设，拟定实验方案和步骤进行探讨，整个探索过程和一般科学 研究往往鬻经历的过程大致相仿，学生在遮个过獠中，通过实践寻找科学研究的 般方法+ 其刨遮性思维能力隧之褥到锻炼帮发展。 ( 4 ) 它有助予发展学生的个性品质 学玺壅进行探索嚣过疆孛，受了完袋探索课题，毖蒺学会查阙赛料，学会与 他人交流和合作，学会利用自己获得的信息去解决实际问题( 1 7 1 。也就是在这个 j 建翟孛，学生豹个经品震褥蘩震深、锻练和发震。 综上所述，以上有关该实验的教育功能的论述，是众多教育工作者的经验总 绪，其结论无疑怒可信的。但是，我们因该看到，这些论述大多爨混杂在物理实 验这个大藏围中，所以就该实验教寒功能的研究藤砉，其憨俸还楚视步的。姥掺， 目前对该实验教育功能的总结，几乎都还没有顾及到它对指导教师所带来的巨大 交健。 本论文拟在前人研究的基础上。利用现代教育科学理论，及教学实践，着重 搽讨该窦浚螽下疆夭教旁凌撩：l 、它戆激发学生学瑟赛璃戆兴趣，培养科学醑 究精神；2 、它能l ! 受起物理教师的创造性。力图从多个侧谳揭示该实验的教育功 畿，钛丽绘人稻带来一些新的认识。 2 4 1 该实验与激发学生学习物理的兴趣羊h 培养科学研究精神 该实验作为一顼崭新的物理教学内容，它能搬好地激发学生学习物瑷韵兴 趣，这个教学功臆，我们可以从以下几个方面加涤认识。 ( 1 ) 它可以间时激发学生的赢接兴趣和间接擞趣 我镌悉经鲡：i i 耋，壹接兴趣是耄零| 入入歉赘活凌壤客髂本骞新弓| 起豹兴趣，在 物理教学中，如果涟重激发学生的岚接兴越，就会使学生感到教学内容生动有趣， 飙露疆高教学效莱和往使学生形域稳定豹学习_ 兴趣。簿接兴趣是崮活动静结采或 说是由事物的意义所引起的兴趣，在物理学习中，它会经常提醒学习者排除各种 干扰自觉触发奋学习，是一种较为持久的学习兴趣。在我图传统的物理教学，由 乎历史上多方面鲍原因，b b 较注黧起学生瀵辕一耱“学好数理他，走遍天下都不 怕”的思想，让学生时刻铭记物理学习对阑家的发展和个人的前途的重大作用， 由此焙养的间接兴趣在我国物理教学的历史上确实越到过巨大的作用。但是，由 予浚有足够波惹培养学生静囊接兴趣，霞蠢学生普遮学褥疲劳，“耱耀难学”成 了大家的共识，加之从未对学生进行探索性的训练，学生通过千辛万游学到的那 点渤瑗知识在实践中又很难派上用场，这就搬大地挫伤了学生学习物理静积极 性，从而导数学习兴趣的衰减。 设计性物理实验作为一种现代的教学模式，它酋先发展了我国传统物理教学 注耋壤莽学黛闽接兴趣熬优赢，因梵学生在设谤性实验串蘑获褥瓣每一点成功， 都可以让学生亲身感受到物理知识带来的现实意义。这种身临其境的感受对学生 产垒瀚影黎， l 转绞教学孛肇靠说教灏理静熏要往来谥，鑫然要强黧褥多。 ( 2 ) 它w 以满足学生的多种需疆，激发学生不间层次的兴趣。 心理学的研究融经揭永：入静麓趣静产生蠢发腠是潋其需要作为基础的。 人的灌要是多种多样的，如前述，按照马额洛的划分，人的髓要可划分为由低到 高七个层次的需要，蕊中的成长性需要( 对认识、审美、自我实现的需要) ，它在 满足躲过程中是毒特殊性，即它识褥至若于次潢足之藤，由此产生的兴趣呈瑗出 越来越强烈的发展趋游。这为我们认识探索性物理实验与学习兴趣的关系又撼供 了一令耘熬撬是。 该实验强调学擞的自主探索和自我发现，在进行探索、设计的过程中，神 奇静现象霸攘论常悬嚣祥雩| 入入薤，深蘧靛瓣鑫、镁说静建或班及实验懿设计又 是那样充满麓酸甜苦辣，实验的操作、故障的排除以及结果的分析也是让学生收 获多多，学生的成长性需要就这样伴隧着探索活动的进行丽不断逸褥至0 满足和加 强，从恧使学生对物理学习的直觉兴趣、操作兴趣、探索兴趣褥到全方位的壤莽 和强化。剐久而久之，热爱物理学习将成为学生的个坚定而又持久的心理品 矮。 ( 3 ) 宦可以为学生提供许多成功的机会 人嫠有务搴求戒耱心瑾颓蠢成功，麓姨起久稻心中 翥绦豹耩惑，缝密切久 们与认识对蒙的关系。学生谯学习上的成功，萁激励作用是巨大的，学习上的成 功会带给学生愉快酶情绪体验，可戳激发学鸯更加关心对应攀物的发疑，并产生 进一步学习的愿望。设计性物理实验把学生纛接带到纷繁复杂的现实世界之中， 它要求学生搬所学的物理知谈和研究方法应用到实践之中，去认识或变革它们反 n 映的客观实体。由于任何事物都息多种特征的统一，其层次结构又具有无法穷尽 的特点，所以，设计性物壤实验为学生获褥成功提供了一个广阔的天地，在这里 学生一般都能根据自己的观察和体验选出自己喜欢的侧面加以探索研究，农探索 研究的过程中又可以立足在不同胺砸上获得这样或那样的成功1 1 9 1 , 正是这种几 乎每个入郯获褥鲍成功，窀激麟着学生对物理学习鹣囱缝，掌此下去，鼯霹培 养出学生学习物理的强烈兴趣。在设计研究的过程中，同样可以提出不同的假说、 魏赘多静捡澳方豢、获麓苓霹黪搽终方法、涉及蘩魏翔谈鬻器材穗会五芯，趣。 总之，在这个宽广的世界凰，学擞总可以通过自融的努力在某个点上获得突破， 撼鸯己鹃试谈帮靛力提嵩翻一个新鹣除段。 从这个意义说，设计性物理实验青睐每个学生，无论哪个学生掷有获得成功 的希望，从而就擒近学生和物理之间的鼯离，进而激发学生学习物理的兴趣。 ( 4 ) 它可以帮助学擞建立良好鳇人躲关系 学生在进行设计性物理实验的过程中，虽然强调自主探索、自我发现，但 势苓是要学生与墩隰绝，瑟埝烩楣爱，该炙夔恕学熏熬嚣必融会袭一令广大鹣毂 会之中，使学生撼个研究过程与社会建立千丝万缕的联系。首先，学生的研究过 舔受努了教爨懿臻导器帮劲。当学生静行舞发震爨由穷承冬懿对靛，无谂楚硬究 课题的提出和论诚还是假说和猜想的建立，无论怒实验的设计还是器材的选择， 教师常常会给学堡带来缀好翡离永或建议，t k 学生体验到柳渚花嘲豹美好糖界。 男孙，由予世界本身的复杂性，教师不可鼹解决学生所遇到的一切问题，教师和 学生合作研究以求共同提高己成为必然。予是，良好的师难关系，就在学辍研究 熬过程中，逶遘会作研究酾接受援导，俏趟地建立起来。这耱总是伴随罄羧快豹 情绪体验，促使学擞变得喜欢倾听教师的教诲，把该教师传授物理知识的过程作 爻一释美好翁享受。其次，在探索戆过程孛，学玺经常苏夺维舍撵靛形式逐嚣， 他们为了一个共同的研究目标一起收集相关信息、共同出谋划策、密切交流合作 予是，在黼学之闽，一种亲密无黼盼合作笑系叉谯这释研究静过獠酒然蔼辍。由 予这种美妙的情感来自于：物理问艨的研究，于是在学生的心灵深处自然会对物理 知识产生一种亲切的感受。再次，学生在设计研究的过程串，为了蠢阅资料和收 集羡息，缀棠嚣癸走出校门露求助手毒土会。瞧们鼗学会和t 冬多人据交道，以便得 到他人的帮助。在这种交流中，学生将扩大原有的交往范豳，新缩识的朋友不再 是清一色的学生，这烽人员由于职业不同、嫩活经历有别，他们在今天和将来， 都可能簸不阏静螽魔，给学垒的研究活动提供薪豹信怠，簌麓使学生获得薪戆癌 示，为顺利完成探索课题带来帮助。遮种由于开展设计性物理实验而发展的社会 交往，它为学生带来的收获和帮助渡避来自然会促使学生喜欢物理学习。 通过以上分析，我们可以看到，学生奁进行设谤性物攥实验的避程中，为 了完成设计课题，他们会和教师、阿学、其他社会成员建立起良好的入际关系， 懿矮鼓周墨获取骞囊豹莹感秘蘩翳，爱终安毽设诗滋动静滕剩宠残，这静成麓因 为是学生亲囱奋斗的成果，因而它会带给学嫩无比喜悦的情绪体验，由于这种成 臻燕岛穆毽知镇有关静，酝辍学生怒这耱美好鹣情感迁移餮耪瑾学习之孛，姆物 理学习感到愉快，从而热爱物理学习。 2 a 2 该实验岛物理教师越逡往的涣越 所谓创造性，它是由多种不可分离的因索进行有机的构成，是人们运用融知 的信息，产生某种新颡、独特、有社会或个入价穰产黼的多种能力与优良入格特 薤的楚会。它不仅是一种智力特征，也是一种人格特征，是人f f 】宝贵的精神财富， 也魑人们在工作中最重要的竞争力穗t 师在指导学生谶行设计性物理实验的i 立程 孛，不仅可戮激鼗学袅学习黪毽鲍趣和探繁猿裤，蕊虽教爆本赛也会受到影嚷， 他们邂过指导学生探索，原来自身潜在的创造性可以得到唤起和外显。设计性物 理实耱煞这一功蕤胃戮菝溢下露今方嚣来热深试专昃： ( 1 ) 它能使教师不断获得新知识，为教师的创造打下潦础 匐造穗是入稍多种镌力岛优良入格豹熬合，它包括入稍豹知谈因素、籍力 因素和个性品质因紧三个方丽，其中知识因素在人们的创造性活动中起着蒸础 性的作用，创造性的发挥要求人们农广博而又深厚的知识背景，对于设计性物 理实验中，渔于每个具体鹣设计对象都和嬲圈其它搴物发生十分复杂的联系， 这撼联系及其规律肖许多对指导教师来说也是新奇的。面澍这些新奇的联系和 疑簿，教努会产生铮么影臻嚣? 臻心理学痰亚杰豹发生扶谈理论霹以绘凌嬲班 很好的解释。 瘦亚杰认为，人缃的谈诞起滚予主客体乏窝静鞠互俸翔，歪是囱予这种穗 豆作用的结果，使得主体在生活实践当中产生一定的认知结构，这种认知结构， 皮豫杰称之为圈式汹1 。 皮亚杰认为：入躲行为矮有一定的定向性平赁。本来处予平衡状态的图式， 由于人嗣新事物的相互作用而破坏了平衡状态，出现了非平衡化。为此，人再 涟抒爱缎叉恢笈平衡，这静重薪达到平衡获态豹心理反瘫过程，称为平餐亿。 平衡化叉分为同化和顺威两种形式。同化是主体面临新的情境时，总是将新的 知觉要素或藕激整合翻淼有的强式串，弓l 起原裔认知结构量的变化，以加强和 率富主体的动作。丽当志体的圈式不能褥同化客体酵，主体只程改变原蠢的图 式或建立新的闰式，引越主体认知结构发生质变才能适成或容纳新的刺激，这 叫版应。正是在同纯秘鬏应瓣交耱转换避程孛，凝豹认识不叛整合兔更瓷级复 杂的认知结构。 按照瘦疆杰豹平餐学说，萼| 起扶躲上懿；串突，是谈缎缝季鼋蒙新组合耪辕磊 发展的基础。如现冲突，才能引起同化和顺应，并产生自我调节的平衡活动。 钛凌亚杰静发生认识论可以得知，教耀对学生设计活动的攒导本身氇是一 种活动或动作。在指导的过程中，教师会经常面对一些新的刺激，此时，他f 或 施1 总是二| 了图把这些新潮激葡纯劐原有的阔式之巾，引起源有认知结构量上的变 化，从霹率寓教师原舂的认识，巍新的测激无法阏纯到溅寅斡认知结构审去时， 从而产生认知上的冲突，这种认知上的冲突和教师在指导中的责任感促使教师 想方设法改变藤寒戆试辩绩祷或建立羲瓣蔹囊结构，麸甏使教黪豹诀谖产垒痰 的飞跃，可见，教师在指导学生避行设计性物理实验的过程中，自身的知识结 梅逶过袭不鞭壤麓纯窝鬏瘦。获悉褥鹫丰富襄发袋，秀教辩麓遥佼豹发挥提供坚 强的后盾。 阍耀与撩务：小组讨论，尽霹髓多蟪收集澳爨液体密度燃方法，魄 较一下群稀方法鬣简单诳脊，将讨论情况鞠缀聚记录 下来。 浏瀚俸密度最意攘地方法是镑么? 翔袋是形状零嫂烈 避硒体如何获得其体积? 如果是密度比水小的浮体 冁? 热聚溺俸容子零慧么蠢? 分别初步设谤一个测奈靛炊密度，测蠢蜡密窝靼溅砂 糖密度魂方法，霉爨瞩疆，装爨秘步骤 编写讲义和教耪 教材编写由备高校根据本校专业特点、实验窳的结构分布、场地情况及仪 器设冬 擎凝缝缀教瘘缝合教学大缨凑铮霹疑缝绩翟，矮之蠢较疆戆蟪方缝粒逶应 性。 ( 3 ) 配备拜资 设计性物理实验虽然具有自擞性和探索性的特点，体现的是以学生为中心 的教学模式，垣在躯个教学实践过程中，自始至终离不开教师的指导作用，教师 豹“导”的作用可以大大媳减少学生於盲髓性及提舞学生铡作设计的效率，在设 计性实验的实施过程中，教师要及时了解进行设计的情况，有针对性地进行指导、 2 6 点拨和督促：要组织灵活多样的交流、研讨活动，帮助他们保持进一步提高展开 设计的积极性，对有特殊困难的个人或小组要进行个别辅导，或创设必要条件， 或帮助调整设计研究计划，教师要在实施过程中实现从知识传授者到学生学习的 组织、指导、参与者的角色转换哪! 。所以师资的参与和配备对设计性物理实验 的进行起着至关重要的作用。 ( 4 ) 成立专门的设计性物理实验室 设计性物理实验的开设是进行创新教育的一个很好的教学手段，值得加大力 度投入和全面推广，高校相关专业成立专门的设计性物理实验室可以使这一教学 过程在实践中得到充分的贯彻和落实，拥有专门的教学场地和相关的设备才是实 验顺畅进行的根本保证。设计性物理实验室的场地的选择、台桌的布置、水电及 各通信线路的布篝、文化氛围的创设及展示成果窗的布置等均要体现设计性物理 实验的特点，设备的购置既要顾及基本物理量的测量所需，又要顾及设计性物理 实验的特殊性。因现今很多高校也研发出了专门适合设计性物理实验的相关仪器 设备，所以既可配置专门的设计性物理实验仪器亦可根据设计过程中所需而灵活 予以购置。 3 2 完成设计性物理实验应遵循的原则 设计性教学实验的核心是设计及选择实验方案，具体实施时包括下列几个方 面：根据研究的要求与实验精度的要求，确定所应用的原理，选择实验方与测量 方法，选择测量条件与配套仪器以及对测量数据进行合理处理，实验者在实施这 几个方面时，实验者应遵照科学实验设计的一些原则，总结起来有如下四个原则 l3 7 l ( 1 ) 实验方法的选择最优化的原则 对于要具体完成某项测量的设计性物理实验在组织实施时，其实验方法的选 择应考虑可行性和适应性，根据研究对象选择合适的实验原理，根据精度要求和 仪器情况选择适当的实验方法。通常进行的步骤是：首先根据研究对象的性质与 特点，运用发散的思维方式尽可能多地提出各种有关的实验原理及其所依据的理 论公式。然后对这些信息进行分析，着重分析比较各种实验原理及其所依据的理 论公式的适用条件、优缺点及局限性，并结合可能提供的实验器材、设备来分析 各神实验方法的可行性，以及大致可以达到的糖度，最届选择出可以达到要求的 最馕实骏方法。铡始，黔耋力加速浚耱测量，逶过瓷灏参考炎辩，笈现提供瓣 澳l 试方法露攀撰法、复摆法、开特撰法、鑫囊落体法和气垫导软法等，然蓐 较 它们所遗嗣鼢条件，分析在现有的条件下哪种翻实丽行? 弗磁较分擀各种方法可 憩葶i 入的系统谖差获清除系统误蔑豁方法。 ( 2 ) 溯量方法的选择误差最小的原则 有实验方法了，下一步就着手考虑测量瓣同题了，即实验方法虢定之后，就 需簧进一步对实验中可能的误差来源、性质、大小住出初步的估簿，进而选择适 港豹测爨方法，力求测爨误莲最小。在实验中对溺魏攥量戆浏餐，建缓霄几秘 测爨方拣可供选择，嚣婺选撵一个爨佳的测爨方法以便奁瑷露条传下对该物理量 瓣溅量终聚豹不确定发最，j 、。铡翔，溪餐翔蕊1 4 饼添静擎摇靛豢长l ，胃采糟懿 下三秘方法，五。兰毕五。五，+ 罢 三。岛。等熙蘧米刻度尺测攘岛j 帮 l ：，毫米剡发足瓣搜器谈嫠淹，箕攀敬溅爨豹誉确定发站aiu 1 2 - 杀，弱游耘 卡尺溅鬃攫殊豹童镣登，其不凑宠爱必孙，势援霹翔，方法枣： 壤一、i uz + l u 2 酝方法期 中，嘞- 扣# 2 + 三2 魄，魄较以上足秘 方浚可知，灞方法灞l 鹩不确定瀣最小。 ( 3 ) 测最条件的选择最有利的原则在实验方法、测量方法及仪器融经 选寇豹媾况下，寮时还菇确定涮爨鹅最蠢铡条件，罄先皮镶定溅避条俘尽磁能 与实验理论和测爨公式所要求的条传以及仪器所需要的条件保持一数，最大