中学物理实验教学方法的研究.pdf

嘲南钾j i i 措 硕士学位论文 中学物理实验教学方法的研究 论文编号 湖南师范大学学位评定委员会办公室 二零零六年五月 摘要 中学物理教学改革的目标是提高学生素质和能力，由于物理学是 一门以实验为基础的学科，因此其突破口应该放在加强物理实验教学 改革方面，从这个意义上来讲，研究中学物理实验教学方法具有十分 重要的现实意义。 本文从研究物理实验的重要性入手，依据物理学、教育学、心理 学的理论，并结合笔者的教学实践，着重对中学物理实验教学中常用 的方法进行归类分析，并给出各种实验课教学方法的具体设计案例。 本文在中学物理实验教学概述、中学物理实验教学方法的理论基础和 选择性原则、中学物理实验教学常用方法的探究、各类中学物理实验 课的教学设计案例、目前中学物理实验教学方法存在的问题及对策等 五个部分进行了论述。其中中学物理实验教学常用方法的探究部分是 本文的重点，在这里结合了笔者多年的教学实践，对中学物理实验教 学的改革提出了自己的见解。 关键词：中学物理；实验教学；教学方法：教学改革 a b s t r a c t t h er e f o r mo fm i d d l es c h o o lp h y s i c st e a c h i n g a i m sa t r a i s i n gs t u d e n t s q u a l i t ya n da b i l i t y b e c a u s ep h y s i c s i sa s u b j e c tb a s e do ne x p e r i m e n t ，w es h o u l df o c u s o nt h er e f o r mo f p h y s ic a le x p e r i m e n tt e a c h i n gm e t h o d i nt h i ss e n s e i t sv e r y m e a n i n g f u l t om a k ear e s e a r c ho nt h et e a c h i n g m e t h o do f p h y sic a le x p e r i m e n t i nt h i sp a p e r ，t h e a u t h o rs t a r t sw i t ha n a l y z i n gt h e i m p o r t a n c eo fp h y s i c a le x p e r i m e n t ，a n df o c u so na n a l y z i n gt h e t e a c h i n g m e t h o d i n p h y s i c a le x p e r i m e n t ， a c c o r d i n g w i t h t h e o r i e so fp h y s i c s ，p s y c h o l o g y ，e d u c a t i o n ，b e s i d e s ，t h ea u t h o r g i v es o m ee x a m p l e s f i v ei s s u e ss h a l lb ed e a l tw i t h ，w h i c ha r e a sf o ll o w s ：ab r ie ti n t r o d u c ti o no fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ：t h e p r i n c i p l e o fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ；t h ee x p l o r a t i o na n d r e s e a r c ho ne x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ：e x a m p l e s o fd e s i g n sf o r e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ；t h ep r o b l e m s i nm i d d l es c h o o lp h y s i c s t e a c h i n ga n dt h es o l u ti o n s a m o n gt h o s eis s u e s ，t h ee x p l o r a t i o n o fm i d d l es c h o o lp h y s i c st e a c h i n gm e t h o d si st h et h e s i so ft h e p a p e r ，t h ea u t h o ro f f e r sh i s i d e aa b o u tt h er e f o r mo fm i d d l e s c h o o lp h y sic st e a c h i n ga c c o r d i n gt oh iss e v e r a ly e a r st e a c h i n g e x p e r i e n c e k e y w o r d s ：m i d d l es c h o o lp h y s i c s ，e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ， t e a c h i n gm e t h o d ，t e a c h i n gr e f o r m 中学物理实验教学方法的研究 1 引言 教学有法，教无定法，中学物理实验教学也是如此，研究和改革 中学物理实验教学方法对提高实验教学效果、培养学生的创造力很有 作用，这在国内外许多成功的教学实践中已经得到证实。 在美国的中学理科实验教学中，十分重视学生的创造力、独立性 和实践能力的培养，它突出地表现在培养学生以适应性为基础，以训 练动手( 实践) 能力为手段、以增长创造能力为根本、以发展个性为 目标上。学校的实验课较为自由、轻松，形式也丰富多彩。同一班级 的学生可以做不同类型的实验，甚至不同年级的学生可以混编在同一 实验室里做不同的实验，有的学生在做化学实验，有的学生在做物理 实验或生物实验。学生与教师可以相互提问，共同讨论，有的学生还 放下自己正在做的实验，到别的同学那儿参加他所感兴趣的讨论。这 种看似“杂乱”的实验课的上课方式在中国的学校里是不可想象的。 学生在做实验时，可以自己设计方案，猜测结果，也可以和老师讨论。 对于同一个实验内容学生常常得出不同的结论或者相反的结论，甚至 没有得到什么结论，这都是常见和允许的，学生体验到的是实验的乐 趣和发现的喜悦。这种开放的教学方法值得我们学习。此外，日本、 英国、德国等等国家也在对物理实验教学方法进行研究和改革，取得 了相应的成果。i l j 我国河北省唐山市1 9 8 6 年开始对中学物理实验教学方法进行了 改进，将当时初中物理教学大纲规定的1 1 5 个演示实验中3 2 个改为 “边教边实验”，将2 2 个学生分组实验中的8 个改为“边教边实验”， 将2 2 个小实验中的4 个改为“边教边实验”。经过这样调整后，当时 初中的物理实验教学的结构体系发生了明显的变化，学生自己动手做 实验的机会大大增加，学生的学习兴趣明显提高，把当时的物理课教 学搞活了，学生的学习也活了，可见实验教学方法的研究和革新对推 动物理教学有很好的促进作用。根据近几年河北、山西、江苏、贵州 的试验统计，现行初中物理教学大纲中规定的演示实验和学生实验均 有约1 2 可改为“边教边实验”，高中( 必修) 演示实验和学生实验 教育硕士学位论文 也均有1 3 左右可改为“边教边实验”。改动后，初步改变了中学物 理实验教学中都是老师讲、演学生听、记或“演示+ 讲授的教学格 局，增加了学生参与教学活动的时间和空间。1 2 l 新课程标准在教学建议中指出：突出物理学科特点，发挥物理实 验在教学中的重要作用，因此实验教学应该重视学生对物理实验的理 解，重视学生实验技能的提高。从学生角度来说，在观察演示实验时， 不仅要学生关注所观察的现象，同时要让学生理解该物理现象是用来 说明什么问题和怎样说明问题的；在进行学生实验时，应该让学生在 明确实验目的、理解实验原理的前提下独立操作实验，使学生能正确 使用仪器和工具，获得较准确的实验信息。从教师角度来说，教师应 该积极开发适合教学的实验项目，充分利用实验资源做实验；教师应 该将电子计算机等多媒体技术应用在物理实验中，同时提倡使用身边 随手可得的普通物品做物理实验。【3 l 为了适应新课程改革的需要，科学地研究中学物理实验教学方法 及其改革运用，建立合理的实验教学体系，是促进中学物理教学改革 的一个闪光点，也是真正实施素质教育的一个重要环节，很有意义。 本文将结合教学实践，对此作较深入的研究。 中学物理实验教学方法的研究 中学物理实验教学概述 2 1 中学物理实验教学功能的研究 为了研究物理实验教学方法，我们必须先来探讨一下物理实验教 学的功能。物理实验是所有科学实验中的一种，它是人们根据研究的 目的，利用科学仪器、设备人为地控制或模拟物理现象，排除干扰， 突出主要因素，在最有利的条件下研究物理现象的一种活动；h 1 物理 实验本身也和人们的生活、生产紧密相关。 在物理学的教与学的过程中，为了探索物理规律，研究事物的本 质，教师及学生所做物理实验的过程称为物理实验教学。1 物理实验 教学的基本功能是传授物理知识、揭示物理现象的本质规律，培养学 生的观察问题、分析问题、解决问题的能力。物理实验教学是物理教 学的重要组成部分和重要环节，具有十分重要的地位和作用。 2 1 1 实验教学传授知识的功能 物理学是一门实验学科，物理知识来源于实践。运用实验教学既 可以模拟物理现象的环境又可以为学生创造一个崭新的学习环境，让 学生在这种环境中获取物理知识，发展自身能力，促进学生科学品质 和世界观的形成。1 从这一点来说，物理实验为学生学习物理学知识 营造了良好的学习氛围。 实验教学是物理概念、物理规律教学中必不可少的基础，没有实 验教学的物理教学是无源之水、无本之木，只能是空中楼阁；如果只 在黑板上“讲实验”、“做实验”，也不过是“纸上谈兵”，而且把本来 生动丰富的物理知识变为枯燥难懂的、死记硬背的材料，人为地增加 了教学难度。利用实验教学将丰富的物理知识还原到自然环境中有利 于培养学生学习兴趣和调动学生学习的积极性，有利于学生理解物理 知识，而且从教师的演示、示范和学生自己的实验操作中，学生可以 学到许多有关实验的基本知识、基本技能和基本方法，能培养学生良 好的实验素质和能力。从这一点来说，物理实验教学为整个物理教学 奠定了基础地位 通过实验达到教学目的是物理实验教学的独特方法。在各种各样 中学物理实验教学方法的研究 同时，学到这种研究方法。 ( 3 ) 理想实验。理想实验是人们头脑中想象的实验，是一种思 维活动，是在已有实践的基础上，经过推论、判断得出理想条件下的 物理规律的过程。这些理想实验，既以真实实验为基础，又高于真实 实验，它能更深刻地反映现象的本质，揭示事物的内在联系，是人们 认识能力高度发展的体现。在中学物理教学中可以借助这种思维方 法，帮助学生建立概念和认识规律。例如，建立瞬时速度概念时，只 能在测定有限的平均速度的基础上，推理到位移趋于零时平均速度的 极限；在建立电场中任意一点的电场强度概念时，先研究放在电场中 较大的带电体的受力情况，再推理到用理想的试探电荷作试验，得出 理想实验的结果。隅1 一种良好的教学方法需要通过适当的教学手段才能发挥它应有 的作用。实验具有生动形象和具体直观的特点，实验教学具有从感性 到理性、从具体到抽象、从简单到复杂的特点，符合学生的认知规律 和心理发展规律的特点。从这一点来说，实验教学为物理教学提供了 一种重要的教学手段，在物理教学中运用实验手段能取得很好的教学 效果。 2 1 2 实验教学激发兴趣提高学生科学能力的功能 爱因斯坦说：“兴趣，是最好的老师”。兴趣是产生动机的重要条 件，如果学生对物理学发生了兴趣，就会积极主动地学习，教学就能 达到事半功倍的效果，这在中学物理教学中具有特殊的意义。实验教 学具有这种功能，教师应在物理实验教学中努力为学生展现出生动直 观的学习情境，激发学生的兴趣和求知欲。 学生学习兴趣的培养应该贯穿于各个教学阶段，因此在中学物理 教学全过程均要注重实验教学，特别在学习物理的启蒙阶段利用实验 教学培养兴趣显得更为重要，因为它将在学生整个学习过程中产生积 极的推动作用。例如，在初中物理的“绪言”课中，教师动手操作简 单的仪器，让学生观察一些力、热、电、光的演示实验，就会在学生 眼前展示一个崭新的世界，许多新奇的问题将激发他们强烈的求知欲 和好奇心，增加学生学习物理的兴趣，并在以后的教学中，因势利导， 教育硕士学位论文 使学生一时的好奇心逐渐转化为探求科学知识的持久兴趣和饱满热 情，由直接兴趣发展到间接兴趣。不少科学家，当他们做出较大贡献 闻名于世的时候，往往记忆犹新地回昧那些将他们引入探索奥妙之门 的生动实验，感激启蒙园丁的辛勤培育。 马克思曾经说过：“物理学家是在自然过程表现得最确实、最少 受干扰的地方考查自然过程的，或者，如有可能，是在保证过程以其 纯粹形态进行下的条件下从事实验的”，田3 这就是说，物理实验能够 创造真实的、排除干扰的物理环境，使学习者更好地发现和认识物理 规律。由于物理实验具有这样的特点，因此它同样能创造适合于教学 活动的物理环境，供学生以最有效的方式迅速掌握前人己经认识到的 真理。学生在这种教学环境中，在教师的启发下，通过观察、量度获 取最典型的感性认识，再通过简捷的思维活动建立概念，总结规律， 并把理论知识运用于实践。 实验是手脑并用的实践活动，在实验教学中，学生通过理解实验 原理、操作实验仪器、观察实验现象和分析实验结果等活动，使观察 能力、操作能力、思维能力都得到初步的锻炼。因为在实验过程中， 为了进行正确的思维活动，学生必须认真地观察，而要深入地观察， 又必须有思维的指导。同样，为了合理地动手操作，也必须有思维的 指导，而在思维指导下的熟练的操作往往是创造能力得以产生的基 础。在实验教学中要特别强调动手能力的训练，但绝不能把实验仅仅 看作是单纯的技术训练和操作练习，应该从实验与思维、动手与动脑 的相互联系来认识实验对培养技能和发展创造力的作用。 一切科学的实验方法要求具有实事求是老老实实的态度，因此在 实验教学中，应该严格要求学生做到：实事求是，忠于实验数据；尊 重客观事实，避免主观臆断；严谨治学、理论联系实际；有勇于献身 的精神，不怕困难和失败，活跃思维培养创新精神。在实验教学过程 中，也确实存在不少机会可以用来教育学生养成科学的态度和作风， 例如，正确对待实验中的“机遇”就是一个富有教育意义的课题。n 们 实验中的“机遇”，就是预定目标之外的偶然事件，它j _ e 往会被人们 忽视，以为是微不足道的事情而轻易放过。例如，在用示波器观察波 中学物理实验教学方法的研究 形时，有时会出现畸变；在做玻一一马定律实验时，当气体的体积被 压缩到一定程度后，在水银表面有时会出现凝结水；带有少量电荷的 验电器箔片张开到一定的角度后，当用带有大量异号电荷的带电体靠 近验电器时，可以明显看到箔片张角反而增大等等。这些预料之外的 现象都是有科学原因的，追索这些原因，能教育学生学到许多书本上 没有的知识，使认识得到深化，更重要的还在于能够培养学生实事求 是的科学态度和乐于探索勇于探索的科学精神，有利于使学生打破旧 观念、旧习惯的束缚。因此，在实验教学中，不但要引导学生留心观 察目标之外的现象，还要多问几个为什么。不过实验教学不能仅仅寄 托于机遇，教师和学生需要有丰富的知识和批判的头脑，才能抓住线 索，有所领悟，敢于创新，正如法国微生物学家巴斯德说：“在观察 的领域中，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”。n 1 | 总之，通过实验教学 可以培养学生科学的态度和精神，将有利于学生科学世界观的形成， 它的意义是深远的。钱三强同志曾经说过：“科学态度和科学作风是 一个人优良品德的重要组成部分。对于一个人成就事业的重要 性，丝毫不亚于他们的知识和能力，甚至可以说更重要。”。n 幻可见， 利用科学合理的实验教学过程培养学生的科学态度和科学作风，既是 智育任务，又是德育任务，也是科学性与思想性相统一的教学原则在 物理实验教学中的重要体现。 基于以上所述，我们可以看出，中学物理实验教学的基本功能是 使学生获得中学物理知识、发展能力，特别是发展他们的创造能力。 2 2 中学物理实验教学方法的概述 2 2 一实验教学方法的概念 教学方法是教师和学生在教学过程中为完成教学任务所采取的 工作方式组成的方法体系，它包括教师的各种教学方式和学生的各种 学习活动方式。实验教学方法是利用做实验辅助教学以完成教学任务 的一种教学方法。 从这个表述来看，实验教学方法具有如下两个主要特点：一是实 验教学方法体现了教师活动和学，e 的认识活动的相互关系，二是实验 教学方法是为达到教学目的而利用实验仪器进行的一种有组织的活 教育硕士学位论文 动程序，是一种有秩序的活动方式体系。 科学地运用教学方法的目的，是用最短的时间最大限度地发挥学 生的智慧潜力，在教学效果上做到高质量和高效率。这里应当指出： 1 实验教学方法和实验教学方式是两个不同的概念。教学方式是教学 方法的细节，教学方法是由许多教学方式所组成的。例如，实验课讲 授是一种教学方法。当教师讲授时，可以做演示实验，叫学生进行观 察；可以叙述或描绘操作方法，解释某个现象，论证某个原理， 其中演示、观察、叙述、描绘、解释、论证等，都是讲授方法的一些 教学方式。 2 实验教学方法不是一成不变的。实验教学方法随着社会的进 步、教育的发展、教学手段的改进而发展变化；随着不同的教学思想 和教学内容的变革而发展变化；也随着对学生的学习规律和身心特点 的不断认识而发展变化。 3 选择、运用某种实验教学方法，绝不能凭教师的主观意向来确 定。对实验教学方法的选择、确定，是有客观基础的。教师应当根据 培养目标的需求，具体的教学内容和要求，学生已有的基础和发展水 平，学校的仪器设备、条件，教师本人的特长和经验，针对所要解决 的问题等，来选择行之有效的教学方法。无论选择哪种具体方法，都 应促进师生之间的相互交流，激发学生的学习兴趣，引起积极的思维 活动，有利于学生掌握知识、发展智能，提高思想品德素养。 4 实验教学方法对教学工作的成败有特殊重要的作用。教学工作 既需要思想性、科学性，又需要艺术性。这就是说，教学工作并不是 简单地照本宣科，而是结合学生实际的一种再创造，是一种艰苦的劳 动。同样一种实验教学内容，让具有同样知识水平的两个教师教学， 由于教学方法上的得失，其教学效果往往产生很大的差异。 教师是整个教学过程的组织者和学生学习的指导者，应该认真掌 握物理实验教学的特点，根据教学要求，充分利用教学仪器设备，创 设特定的教学环境；同时深入地研究学生的心理和思维特征以及不同 学生的特点，因时、因事、因人制宜，以人为本，积极改革，勇于创 新，有针对性地进行实验教学。 中学物理实验教学方法的研究 2 2 2 实验教学方法的指导思想 理论教学的指导思想是实行启发式，反对注入式，实验教学也是 一样。这里所说的“启发式 或“注入式”，主要是从教学方法体系 的指导思想来说的，它不是指一个具体的个别的教学方式或手段。n 3 1 启发式，是以学生为学习的主体，相信学生乐意做实验，能够做 好实验，同时强调教师的主导作用，从实际出发，要求学生在实验过 程中积极地思考，主动动手、动脑，完成认识上的飞跃。启发式指导 思想的核心是相信学生学习实验的积极性、主动性，调动学生通过观 察、实验，积极地进行思维活动，达到掌握实验知识、发展实验能力 的目的。具体地讲，就是要启发学生的兴趣、求知欲和热爱科学、勇 于攀登高峰、克服困难的意志；启发学生进行观察、实验，了解现象、 取得资料、发现问题；启发学生积极思维、建立概念、发现规律；启 发学生掌握方法，认识本质，运用知识解决问题。不能把启发式简单 地理解为“提问”的方式，这是对启发式的形式主义理解。因为即使 在实验教学中教师经常提问，也不一定是启发式的教学，相反地，在 教学过程中教师没有向学生提出问题，而是通过讲授诱导学生积极思 考，积极动手，也可以是启发式的教学。 注入式，就其指导思想来说，是把学生当作简单地接受知识的容 器，使学生完全处于一种被动接受地位。这种思想过分地强调或夸大 教师的作用，认为学生获取实验知识、发展实验能力的主要途径是靠 教师对实验的讲解，教师不讲，学生做不出实验，忽视学生学习实验 的主动性，造成学生的思维缺乏灵活性和创造性。在这种思想认识的 前提下，即使采用探索发现法的方式和手段，实际执行的仍然是教师 的包办和代替。 由此可以看出，实验教学方法是启发式还是注入式，不要只看形 式，而是要看实质，但是无论哪种实验教学方法，都有不同程度的启 发因素，这些因素能否在教学实践中发挥出来，取决于教师对实验教 学方法的运用，取决于教师运用实验教学方法对教学过程的设计。以 下两个课题的教学设计过程体现了启发式的教学思想， 在初中“密度的应用”课题的教学中，向学生提出这样一些问题： 教育硕士学位论文 ( 1 ) 有两个相同的玻璃杯，其中一个玻璃杯里盛有大半杯某种 纯净的液体，现在这里只有一架天平仪器，室内有足够的自来水。请 问怎样才能知道杯里是什么液体? ( 2 ) 有一卷粗细均匀的铁丝，现只有一架天平仪器和一把千分 尺，你能用天平“称”出铁丝的长度吗? ( 3 ) 有一个很小的玻璃瓶，室内有自来水，一只量筒，没有天 平仪器，你能知道这个小瓶的质量吗? n 4 1 在高中“有固定转动轴的物体的平衡”课题教学中，给学生创造 实验条件，每两个人( 或四个人) 有一套力矩盘设备。在学生们通过 做课本实验，取得数据，得出结论之后，再提出几个富有启发性的问 题与学生讨论解决。 教材中所做的力矩盘平衡的演示实验，在平衡时是三个逆时针的 力矩之和等于一个顺时针的力矩。如果去掉转轴左边的一个力对盘的 作用，将发生什么现象? 学生异口同声地回答：力矩盘要转动。这时，教师叫学生用手将 悬挂在转轴左边的_ 个砝码托起，看看发生什么现象。学生通过实验， 观察到力矩盘只是微微转动了一下，立刻又处于平衡。于是发现了问 题，引起学生的积极思考。通过细微地观察，发现这时弹簧秤的指示 改变了，再记录所取得的数据，经过分析，得出结论：逆时针的二个 力矩之和等于一个顺时针的力矩，即对转轴的所有力矩的代数和等于 仨e 苓。 这时，如果再去掉转轴左边的另一个力对盘的作用，又怎样呢? 学生毫不费力地预测出结果；力矩盘将微微转动一下后又处于平衡， 一个逆时针的力矩等于一个顺时针的力矩，即对转轴的所有力矩的代 数和等于零。 教师再引导学生把悬挂在力矩盘上的物体都去掉，又将发生什么 ，现象? 学生通过实验发现：力矩盘较大一些地转动一下，又处于平衡。 这时弹簧秤上的指示虽然可以不为零，但弹簧秤对力矩盘的拉力的方 教育硕士学位论文 3 中学物理实验教学方法的理论基础和选择原则 3 1 中学物理实验教学方法的理论基础 物理学是一门实验学科，它的根基在实验，物理学的任何知识， 不论是现象、事实、概念、物理量、定律、理论等等，都必然会涉及 以下三个基本因素：实验、物理思想( 或逻辑、方法) 和数学( 定量 表述或数学公式) 。这就是说，任何物理学内容无不具有实验基础、 物理学的逻辑思维和数学表述这三种要素。町实验事实是基础，物理 学的概念系统( 基本定律与原理) 是核心，数学起着表述形式与推理 工具的作用。始源于 f d h n 略、奠基于牛顿的物理学的发展过程正是由 于采用了实验事实、物理逻辑思维和数学相结合的方式，才得以发展 成为具有重要的理论与实际应用价值的学科，成为推动人类社会前进 的巨大生产力。可见要反映出物理学知识上述的特点和本质特征，反 映出基本事实、基本概念、原理和基本方法之间的具体相互关系，单 纯的理论知识逻辑结构模式是难以表达清楚的，还要靠实验。 既然实验是物理学的基础，+ 实验教学是使学生获得物理知识、 理解掌握和运用实验思想和方法、发展实验能力的基本途径，实验教 学的方法是为实现上述目标、完成教学任务而采取的方式，那么对于 实验教学方法的方方面面的研究必须是在物理学理论、思想、方法等 方面指导下进行的研究，如运用物理学理论鉴别实验教学方法的科学 性、实用性、有效性，以物理学的思想方法为指导，选择各类实验教 学的方法与手段，开展实验教学研究，进行各种实验教学改革，因此， 物理学的理论、思想、方法是进行中学物理实验教学方法研究的理论 基础之一。 中学物理实验教学论是中学物理实验教学的方法论，它以马克思 主义的认识论、方法论为指导，以教育学、心理学、生理学等教育科 学的理论以及近代科学的系统论、信息论、控制论为基础，主要探讨 中学物理实验教学最优化的理论技术和实践，总结出中学物理实验教 学中有关目的的确定、原理构思、仪器研制、程序编排、操作管理、 手段运用、数据分析、误差分析、结果报告等各方面的系统理论，对 中学物理实验教学方法的研究 实验教学方法具有指导作用，n 刀如实验教学方法的选择必须遵循实验 教学论的基本理论的要求，实验教学方法的运用必须体现实验教学论 的思想和方法，实验教学方法的改革必须符合实验教学论的科学性 等，因此，中学物理实验教学论的理论、思想和方法是进行中学物理 实验教学方法研究的又一理论基础。 教育学理论指出教学方法是为了完成教学任务而采取的办法，它 包括教师教的方法和学生学的方法，是教师引导学生掌握知识技能、 获得身心发展而共同活动的方法n 引，其中关于教学方法的概念、指导 思想、分类标准、选择依据、改革方向等方面的阐述及其理论是选择、 制定、实施各种教学方法的基础，无疑也适合中学物理实验教学方法。 教育心理学研究教育教学情境中学生主体心理活动运行的机制和基 本规律，是一门理论性和应用性兼备的学科，作为理论学科，它研究 教学情境中主体心理活动特点和规律，为解决教学中的理论问题提供 科学依据；作为应用学科，它关注与教学情境有直接关系的问题，为 解决教学中的实践问题提供具体的原则和操作方法，其中关于教学实 质、教学过程、教学条件的基本理论为教学方法的选择、制定、实施 提供了理论依据，同样适合中学物理实验教学方法，这些教育教学理 论对实验教学方法的研究具有理论指导意义。 3 2 选择中学物理实验教学方法应该考虑的原则 近年来，物理教学改革力度逐渐增大，其重心在于以加强实验教 学的基础性为出发点，以充分考虑学生的认知特征和规律设计教学过 程为重点，以改革实验教学方法提高教学效率为突破口。教师对教学 方法的运用和对教学过程的设计必须遵守一些教学原则，笔者认为如 何选择适合的实验教学方法，设计合理的实验教学过程应该考虑如下 一些主要原则。 3 2 1 要把教师的主导作用和学生的主体地位统一起来以充分调动 学生学习的积极性 教师是教育者，是社会要求的代表者，受过专业训练，有丰富的 专业知识和教育学、心理学、教学论等教育科学的知识，能满足学生 求知的要求。学生是受教育者，有学习的要求，又是活生生的人，而 教育硕士学位论文 不是消极的接受知识的人，他们想要最简洁有效的方法获得知识就必 须依靠教师有计划、有组织、有目的的传授。n 踟在实验教学过程中教 师的主导作用由学生的学习过程体现出来，教学所追求的目标和结果 由“学”体现出来，因此教师的主导作用的落脚点必须是“学”；学 生作为学习的主体，其主体地位必然是在教师的主导作用下逐步确定 起来的，没有教师的“教”就没有学生的“学”，这个主体是“教” 主导下的主体。因此，实验教学方法的选择必须充分考虑两者的辨证 关系，以充分调动学生学习的积极性为出发点，只有在学生想学和愿 意学，由“要我做实验”转变成“我要做实验”的前提下，其主体作 用和地位得以充分发挥，才能达到实验教学的目的。 例如，在“物体下落快慢与重力的关系 课题教学中，如果教师 直接就利用牛顿管做演示实验，虽然可以引起学生的注意，但由于器 材数量的限制不可能让学生自己动手做实验，不能充分调动学生学习 的主动性。如果先引导学生用同样的一张纸做对比实验，观察纸张在 不同形状下的下落快慢，就会极大地调动学生，促使学生去思考产生 不同现象的原因，并急于想办法去证明。 3 2 2 要使教学过程有效地符合中学生的认识特点和思维规律 学生心理发展状况是有效教学的背景和前提，在学生心理发展 过程中表现出的认识特点和思维规律以及他原有的知识经验水平、心 理能力发展水平、当前的心理活动状态、对新学习的适应性等方面影 响着教学效率。中学生是正在成长的人，在这个年龄阶段，学生具有 独特的认知特点和思维特点，对教学的作用表现为具有强烈的针对 性。实验具有直观、具体、形象生动的特点；实验教学从感性到理性、 从具体到抽象、从简单到复杂，适合学生的身心发展特点，符合学生 的认知规律。n 鲫因此实验教学方法的选择应当考虑如何使教学过程更 符合学生的心理发展的特点和规律。 例如，在“电磁感应现象”课题教学中，可以依次提出以下问 题与学生分析和讨论：电流是怎样产生的? 产生电流的条件是什么? 电路中为什么有i 邑流? 导体两端的电压是怎样产生的? 导体两端为 什么有电压? 电路中为什么有电动势? 电动势是怎样产7 _ l 三的? 产生 中学物理实验教学方法的研究 电动势的本质原因是什么? 通过分析和讨论得出产生感应电流的条 件，实现教学目的。这些问题的设置依据从感性到理性、从具体到抽 象、从简单到复杂的认识层次，这样设计教学过程符合学生的心理发 展的特点和规律，会使教学效果更好。 3 2 3 要让学生获得学习方法的同时获得知识 中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定 中指出：“要让学生感受、理解知识的产生和发展的过程，培养学生 的科学精神和创新思维习惯。”乜们新的课程标准将教学目标确定为“知 识与能力”、“过程与方法”、“情感态度和价值观”的三维目标，d 1 突 破了传统的教学目标模式，同时也为实验教学方法的选择指明了方 向。通过实验教学，不仅要求学生掌握实验本身的理论，而且要引导 学生向科学家那样去观察周围的事物，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，让学生理解科学家的思维过程、设 计原理，学习科学的研究方法，掌握科学的学习方法，达到“授人鱼 不如授之以渔”的教学效果。 例如，在“欧姆定律”课题教学中，不仅要求学生掌握定律的内 容和运用，还要在实验教学过程中引导学生学习研究导体电流大小与 电压电阻的关系的过程，体会用实验的手段研究物理量之间关系的研 究方法，并能够在今后的学习中加以运用。 3 2 4 要重视培养学生的各种能力 实验教学可以培养学生的各种能力。在进行观察和实验时需要用 精细敏锐的感知和观察力去及时捕获一些重要现象，进而培养观察能 力；通过设计实验、分析结果等培养分析能力和想象能力；在研究原 因结果和形成概念的过程中，要进行概括、抽象的逻辑思维和辨证思 维，通过分析、比较、判断、推理等思维过程培养逻辑思维能力；通 过想象假设能够锻炼和发展想象能力创造能力；在实际操作和汇报实 验结果的过程中，能培养组织能力、表达能力和实验能力。实验教学 方法的选择应该以实验过程和内容为依据，侧重于培养某一方面的能 力，经过长剪1 的训练达到培养学生综合能力的目的。 3 2 5 要注重交流 教育硕士学位论文 实验课教学中，师生之间、学生之间交流的机会大大增加，任何 一种有效的实验教学方法应该充分考虑到交流的作用，因此可根据实 验内容的特点，赋予师生之间足够的交流时间，通过信息互换，达到 事半功倍的教学效果。当然这种交流的范围和时间应根据教学任务的 完成情况、教学过程实施情况进行宏观调控，不能造成无法控制和收 拾的局面，否则将无法完成基本的教学任务。 例如，在“伏安法测电阻”课题教学中，可以采用随堂实验的教 学方法增加交流的机会。师生之间、学生之间共同讨论电流表内外接 法的选择、滑动变阻器串并联接法的选择、电表量程的选择等问题， 并自己动手进行实验。在讨论交流和实验操作的教学过程中解决问 题，突破难点，掌握重点。 实验教学受到许多主客观因素的影响，如实验教学目的、实验 教学内容的特点、实验教学的时间空间的安排以及教学设备的配备情 况、学生的基本情况、教师自身的特点等，这些因素对教学方法的选 择起着至关重要的制约作用。以教师自身的特点而言，教师要考虑自 身已有的经验、理论素养、操作能力、实际的准备程度乃至个性品质， 要善于扬长避短，充分发挥自己的教学优势。实验教学是一种创造性 活动，选择与运用实验教学方法要根据各方面实际情况统一考虑。万 能的教学方法是没有的，只依赖一两种教学方法进行教学也是有缺陷 的。乜常言道：“教学有法，教无定法。 在实验教学过程中，教师应 恰当选择和创造性地运用实验教学方法，表现出自己的教学艺术，形 成自己的教学风格和特色，并在教学实践中不断总结和完善，提高自 己的教学水平，丰富自己的教学能力。 中学物理实验教学方法的研究 4 中学物理实验教学方法的现状及存在的问题 4 1 目前中学物理实验教学的常用方法 目前在中学物理实验教学实践中所采用的方法很多，可以从不同 的角度对各种实验教学方法进行分类，而从不同角度出发归纳出的实 验教学方法有着不同的表述。本文所阐述的各种实验教学方法侧重于 从它们在教学过程中所完成的目标的角度进行分类说明，笔者认为可 以分成以下几种类型。 4 1 1 从感性到理性及从形象到抽象的实验教学方法 心理学理论认为，感性认识是客观事物直接作用于人的感觉器官 而在大脑中产生的对事物的现象、外部联系的认识，属于认识的初级 阶段。它只是对事物的直观性反映，还没有达到对事物的全面的、本 质的、规律性的认识。感性认识具有直观性、生动性、具体性的特点， 其直接来源是实践和经验，人们要取得感性认识，必须自己参加社会 实践，直接接触客观事物以获得相应的认识。理性认识是认识过程的 高级阶段和高级形式，是人们凭借抽象思维把握到的关于事物的本 质、内部联系的认识。理性认识以抽象性、间接性、普遍性为特征， 以事物的本质、规律为对象和内容。感性认识是理性认识的基础和前 提，只有积累了十分丰富的符合实际的感性材料，才能进行科学的抽 象，使感性认识上升为理性认识。离开了感性认识，理性认识就成为 无源之水，无本之木，是主观白生的东西。 ， 实验教学来源于实践，归结于理论，因此在实验教学中采取从感 性向理性、从形象向抽象转化的教学方法符合实验教学和物理学的要 求。 物理概念是客观事物的本质在人的头脑中反映，是物理事实的抽 象，是完成物理理论的基础，也是进入理性认识的第一步。学生形成、 理解和掌握物理概念的过程中，首先要求对物理事物和物理事实有足 够的感性认识，才能在此基础上通过思维过程去粗取精、去伪存真得 到理性的概念。瞳2 1 例如一些量度单位虽然经常使用，但学生缺乏必要 的感性认识，往往在学生形成概念时产生障碍，如1 c m 、1 p a 到底有 教育硕士学位论文 多大? 为了得到具体化的概念，可以设计相关实验突破这个障碍。初 中教材中就有对长度单位的感性认识的实验设计，通过利用手边的直 尺、三角板等工具对实际生活中常用物品的长度测量去感受长度单位 的大小，进而形成对长度单位大小的理解，并通过对这个理性概念的 理解去认识其他物体的长度特征。又以帕斯卡单位为例，利用规定的 学生实验测出课本的质量，将质量转换为重力；利用刻度尺测量出课 本每页纸的长度和宽度进而计算出面积；根据压强公式可计算出课本 对桌面产生的压强，再算出几张纸重叠平放在桌面上对桌面产生的压 强是1 p a ，学生通过自己做这个实验得出和理解了这个压强单位的概 念。 实验中看到的是现象，反映的是物理事实的本质和规律。在由感 性材料上升到理性规律的分析、比较、综合过程中，把形象思维转化 为抽象思维的实验教学方法起着至关重要的作用。例如，瞬时速度的 概念是非常抽象的，为此可以利用气电导轨做实验求出物体在某一段 位移内的平均速度，然后逐步过渡到位移趋近于零时的平均速度的极 限。在这个变化过程中需要解除学生疑虑：当位移趋近于零时，平均 速度为零吗? 实验过程让他们看到速度不为零，那么平均速度的极限 值就代表了某个时刻的速度，从而建立起瞬时速度的概念。又例如自 由落体运动及其规律也是非常抽象的。与物体下落运动有关的物理事 实和现象是学生经常看到的，在学生的感性认识中已经打下了深深的 烙印，为此利用牛顿管做演示实验时，要注意引导学生去思考一个问 题：牛顿管内物体下落时所处的外界环境与自己实际生活中看到的物 体下落时所处的外界环境有什么不同? 进而提出：如果物体下落过程 中不受空气阻力，那么这些物体的运动情况是否完全一致? 这种实验 教学的方法体现了由形象思维过渡到抽象思维的思维方法，也体现了 真实实验与理想实验相结合的研究方法。 4 1 2 边观察边实验的教学方法( 随堂实验的教学方法) 这种教学方法是我国5 0 年代中期的产物，它的特点是根据教学 内容在教师指导下，让全班学生亲自通过实验去获取知识、探索规律 并形成相关能力的课堂教学过程，瞳4 1 这种教学方法有时还把教师的讲 中学物理实验教学方法的研究 授、演示和学生实验、讨论结合起来，为学生创造学习物理知识的有 利环境，扩大师生的信息交流，有利于在教师的主导作用下发挥学生 的主体作用。 1 这种实验教学方法不是对所有教学内容都适用，一般来说对以 下四个方面的内容较为适用。 ( 1 ) 对有些基本物理仪器的认识和使用的教学，例如天平、游 标卡尺、温度计、电表、滑动变阻器等。 ( 2 ) 适合学生动手动脑去探索的物理概念和规律，例如研究杠 杆的平衡条件、阿基米德原理、凸透镜成像规律、欧姆定律、电磁感 应现象等。 ( 3 ) 演示时可见度差而不宜演示的重点实验，如电场线、磁感线、 光的干涉和衍射、天平、电表、游标卡尺等仪器的示数等。 ( 4 ) 学生易于产生似是而非认识的内容，如物体浸没于水中越 深浮力越大，冰水混合物的温度低于零摄氏度、电阻与电压电流的正 反比关系等。 2 在运用这种实验教学方法时要注意以下几个方面的协调。 ( 1 ) 这类实验是配合课堂教学进行的学生实验，因此实验规模 不宜过大，所用器材不要太繁杂，操作过程要简便、危险性小、成功 - - j 一 翠向。 ( 2 ) 这类实验教学可以在新课引入讲授、复习巩固等教学环节 中穿插进行，应根据教学的要求合理使用，避免盲目性。 ( 3 ) 实验教学的时间可长可短，实验小组的规模可大可小，实 验场地也可以灵活选择，应根据教学内容的要求和教学过程的设计灵 活使用，避免千篇一律。 ( 4 ) 这类实验教学不同于一般的学生实验，而是具有演示实验 和学生实验的边缘性质，并起到两类实验的一些综合作用，不用预习、 不用写实验报告，灵活机动，讲究实效。 此外，在运用这种实验教学方法时，教师应掌握学生的学习进程， 分析学生已经认识和尚未认识的事物及其原因，不失时机的抓住出现 的问题组织讨论和示范，使学生i 归确继续实验和观察的方向，从而对 教育硕士学位论文 教学过程进行有效的控制。 4 1 3 探索物理规律的实验教学方法 1 在实验教学中用推理的方法从旧有的概括性较强的理论中导 出新的知识，或者由师生共同讨论提出假设、猜想和理想模型，然后 用实验进行验证，这是一种推理判断在前、实验验证在后的探索物理 规律的实验教学方法。眩司 例如，在研究单摆振动规律的教学中，可以设计四个小的实 验。前二个实验要求学生用归纳的方法，分别研究单摆振动周期和振 幅、摆球质量的关系。 第三个实验要求学生先用归纳法找出单摆振动周期和摆长的关 系，再改变实验条件进行验证：使单摆摆长分别为0 2 5 米和1 米， 然后，分别测出周期，从记录的数据中，你能否看出单摆振动周期与 摆长有什么关系? 再任意取几个不同的单摆，测出他们的周期，根据 这些数据，验证一下你的上述结论，看看是否符合? 第四个实验要求学生研究单摆振动周期与重力加速度的关系。由 于条件限制，无法与学生通过实验精确归纳得出它们之间的定量关 系。在学生能力较强的情况下，可以引导学生根据回复力来源猜想它 们之间的定性关系，再进行第四个小实验：用一个强磁铁放在钢球单 摆的正下方，模拟重力的增加，定性地验证单摆周期与重力加速度的 关系。 在运用这种实验验证的方式探索物理规律的教学方法时注意 考虑以下几个方面。 ( 1 ) 验证性实验可以是通过教师演示操作加以验证，可以是学生 自己操作加以验证，还可以是师生共同进行实验验证，具体采用何种 方式由教师根据具体情况进行合理选择。例如分析讨论物体下落快慢 与重力的关系时，可由学生先猜想再由教师利用牛顿管演示加以验 证。 ( 2 ) 验证性实验必须具有较强的可操作性，如实验器材容易准备， 实验条件容易控制，实验过程容易操作，实验现象明显而且易于观察， 实验数据易于处理，实验结论易于归纳。乜5 1 例如观察平抛物体运动的 中学物理实验教学方法的研究 轨迹时，可以师生共同演示和观察从塑料矿泉水瓶侧面小孔中连续流 出的水形成的运动轨迹。 ( 3 ) 在进行验证性实验的教学中不可避免的出现误差，甚至是错 误，教师应该对这种现象有足够的解决方法，并能够合理的运用理想 实验的方法或者抽象思维给予解释以达到实验验证的目的。例如用压 缩空气点火仪做实验时有可能因为棉花中乙醚太多而不成功，有可能 因为橡皮圈密封不严造成漏气而不成功，这些原因要及时而准确地向 学生解释清楚。 ( 4 ) 验证性实验教学不仅要使学生认识到验证的必要性和重要性， 同时要使学生养成验证理论的习惯。教师在教学中应当做出示范，不 仅要验证确定为真理的推理和假设，也要验证确定为谬误的假设和推 理，不要让学生盲目轻信未经验证的假设和推理，养成科学的学习习 惯和态度。 2 人的思维活动是有序的，表现为对事物的认识由简单到复杂， 由特殊到一般，由单一到综合，由片面到全面，由现象到本质的认识 顺序，在实验教学中可以按照这个顺序设计相关实验，以引导学生盼 思维层层深入。这是一种按认识规律编制实验教学程序的探索物理规 律的实验教学方法 人们常说：“问题是创造的起点，思维是从问题开始的。”乜印设计 教学程序可以用探讨问题的方法引导学生按思维的一般顺序对实验 进行观察、分析、综合、判断、推理，使思维按层次展开。 例如，高中学生学习电磁感应现象时，可以依次做以下几个实验： 用一个条形磁铁插入连接有一个灵敏电流计的线圈，观察产生了什 么现象。用一个通电线圈代替上述的条形磁铁，观察产生了什么现 象