高中物理力学实验改进的实践研究.pdf

硕士学位论文 专业学位 论 文 题 目 高中物理力学实验改进的实践研究 专业学位名称 教育硕士 方向领域名称 物理教育 申 请 人 姓 名 徐 翠 玉 导 师 姓 名 项 骏 论文提交时间 2015 年 3 月 8 日 单位代码 10445 学 号 2011030086 分 类 号 g633 7 学习方式 在职攻读 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 ii 独 创 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果 据我所知 除了文中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 也不包含为获得 注 如没有其他需要特别声 明的 本栏可空 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料 与我一同工作的同志对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 学位论文作者签名 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 学校 有关保留 使用学位论文的规定 有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权 学校 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 缩印或扫 描等复制手段保存 汇编学位论文 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 导师签字 签字日期 20 年 月 日 签字日期 20 年 月 日 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 目 录 摘要 i abstract ii 第一章 绪论 1 第一节 课题研究的背景 1 一 中学物理实验教学的地位和作用 1 二 新课程标准对中学物理实验教学的要求 2 三 山东省物理高考对实验的要求 2 第二节 国内外物理实验现状分析 3 一 国外物理实验现状 3 二 国内物理教学现状 4 第三节 课题研究的内容 6 一 课题研究的意义 6 二 课题研究的内容 7 三 课题研究的方法 7 第二章 课题研究的理论基础 9 第一节 高中学生生理和心理的发展特点 9 一 生理特点 9 二 心理特点 9 第二节 建构主义的教育学理论 10 一 建构主义学习理论 10 二 建构主义的教学理论 10 第三章 高中物理力学实验在实验教学中的现状 13 第一节 高中物理实验的分类及作用 13 一 演示实验 13 二 学生分组实验 14 三 随堂实验 14 第二节 高中物理力学实验教学存在的问题 15 一 力学演示实验存在的问题 15 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 ii 二 力学学生分组实验面临的问题 16 第四章 力学实验改进的实践研究 17 第一节 力学实验改进的原则 17 第二节 高中物理力学演示实验的改进实践研究 18 一 力学演示实验改进的方法和途径 18 二 高中物理力学演示实验改进策略既实施 19 三 演示实验改进的规律 25 第三节 高中物理力学分组实验的改进实践研究 25 一 高中物理力学分组实验的分组内容与选取的原则 25 二 高中物理分组实验改进的方法和途径 26 第五章 实验改进在高中物理教学中应用的体会 35 第一节 实验改进在实验教学的作用 35 一 提高教学质量 35 二 提高学生学习物理的兴趣 35 三 提高教师自身的专业知识和技能 35 第二节 有效的实验改进的几点建议 36 一 提升物理教师的教学理念 36 二 关注学生的可持续性发展 36 三 实现信息技术与物理实验最好的整合 36 第三节 教学案例 37 一 探究小车速度随时间变化的规律 37 二 探究做功与速度变化的关系 39 第六章 结论和展望 49 参考文献 51 附录 1 53 附录 2 54 致 谢 55 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 i 高中物理力学实验改进的实践研究 摘要 物理是一门以实验为基础的科学 物理概念的建立与物理规律的发现 都以实验事 实为依据 实验是物理学的重要研究方法 良好的实验教学不仅能能激发学生学习物理 的热情 还能培养学生勇于探索的精神 促成学生科学品质和世界观的养成 高中物理 力学部分既是整个高中物理的其它部分内容的基础 也是高中物理的核心内容之一 实 验教学是力学概念 规律教学的一种最简洁有效的方法 现实情况下 在实验教学过程 中由于种种原因使的部分物理教师对实验教学的不重视 使得少许或多或少存在问题的 力学实验方案依然被不加任何改进乐此不疲的沿用 为了让物理实验教学能发挥其独到 的功能和不可取代的作用 本人认为着手研究力学实验的改进势在必行 在高中新课标 指导下 以有利于学生发展为原则 本人及同事形成实验研究小组 致力于对高一物理 必修 1和必修 2中的部分演示实验与学生分组实验进行了多次仔细的钻研 查找问题进行 改进和优化的实践 最终形成自己对高中物理力学实验改进的思路 最后 列举了本人 的教学实践活动 做到了实践 理论 实践的求知过程 但愿能对广大的物理教育工作者的 实验教学带来点滴的实践参考价值 关键词 高中物理 演示实验改进 学生分组实验改进 分类号 g633 7 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 ii the practice research on physics mechanics experimental improvemen t in senior high school abstract physics is a science based on experiments both the formation of physical concepts and the discovery of physical rules are based on the experimental facts performing experiments is an essential way of research in physics an excellent experiment teaching can arouse students interest in learning physics encourage them to explore bravely and help build the quality of science and form scientific world view mechanics is the basis and one of the key points physics in senior high school the experiment teaching is the easiest and most efficient approach to teaching the concept of mechanics and the rules in this subject however in the real experiment teaching some experiments of mechanics which more or less have some problems are still being used as a result of paying not enough attention to the experiment teaching to make the physical experiments work more effectively it is quite necessary to work on improving the mechanics experiment for the sake of students development the improvement of part of the demonstrative experiments and group experiments is conducted and i have come up with my own ways to improve the experiments under the instruction of the new curriculum standard finally some of my practical teaching activities are listed which present the process of practice theory practice hoping that it may offer some reference to the experiment teaching of physics educators key words senior high physics the improvement of the demonstrative experiments the improvement of students group experiments category code g663 7 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 实验可以推翻理论 而理论永远无法高效推翻实验 丁肇中 物理学家 第一节 课题研究的背景 一 中学物理实验教学的地位和作用 物理是一门以实验为基础的科学 只有在以实验事实为依据的基础上 加以实验归 纳和通过假说验证才能够建立物理概念发现物理规律 如果离开了物理实验 就不必谈 物理规律的诞生 其真理性自然也失去了判断的标准 实验教学既是物理教学的重要基 础 重要内容 方法和手段 又是学生能力培养的温床和主要途径 绝大多数物理概 念 规律的形成都与物理实验有着千丝万缕 密不可分的联系 实验还能激发学生学习 的积极性和强烈的求知欲 除此之外 还为有效学习环境的创设 对事物有形象 感性 认识等提供了有效的保障 学生思维基础的奠定 科学方法的训练和养成 实验能力的 提高 科学态度和严谨踏实的作风的培养都有赖于良好的实验活动 实验教学一直是高中物理教学所有环节中重要却又薄弱的一环 广大教育教学工作 者和研究者对实验教学进行了较深入的理论研究和实践探索 取得了许多宝贵的经验和 成就 面对实验仪器落后 实验设计不合理等现象 国内不少物理教育工作者 通过对 物理实验教学的深入的研究 利用不同的手段不断改进物理实验 并取得了一定的成 绩 然而 在日常的物理教学实践中仍然存在着 怕做实验 不做实验甚至实验理论口 头讲述代替实际观察和动手操作 实验教学是为了应付高考 的现象 笔者通过对高中 物理的实验教学现状的分析 立足于提高高中物理教学的质量发展学生的能力和技能 培养学生良好的科学作风和道德素养的目的 提出了力学实验教学改进的实践研究这一 课题 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 2 二 新课程标准对中学物理实验教学的要求 国家教育部于 2003 年 3 月颁发了 普通高中课程方案实验 新课标 普通高中物理 课程标准 明确提出高中物理课程的总目标是 学习终身发展必备的物理基础知识和 技能 了解这些知识与技能在生活 生产中的应用 关注科学技术的现状及发展趋势 1 学习科学探究方法 发展自主学习能力 养成良好的思维习惯 能运用物理知识和科学 探究方法解决一些问题 发展好奇心与求知欲 发展科学探索兴趣 有坚持真理 勇于 创新 实事求是的科学态度与科学精神 有振兴中华 将科学服务于人类的社会责任 感 现代物理教学观在经历近半个世纪的物理教育改革中 已经被初步确定 强调理论 知识的结论的教学过程逐步向获取知识的科学过程转变 单纯积累知识的教学过程终会 被探求知识的教学过程所取代 现代物理教育的基本原则也已经发生了改变即重视科学 的过程和能力培养 新课标要求学生能动手动脑地 学 科学 2 提升实验地位 改变过去以书本为主 实验为辅学死知识的教学方式 物理实验教学往往通过演示一个物理现象或者验证一个 物理原理或者发现一条物理规律来促进学生自主学习 使学生在积极的参与中学会探 究 学会实验 学会思维的延伸 所以 既要引导学生学会科学实验的方法又要培养学 生科学探究能力和实践能力 物理教学的基本要求之一就是重视实验 改良实验 三 山东省物理高考对实验的要求 随着新课改的深入 高考物理命题中对实验能力的考查逐渐得到重视 山东省物理 高考注重对学生四个方面能力的要求 分别是 理解能力 分析综合能力 数理方法结 合处理问题的能力和实验能力 3 其中对学生的实验能力要求做到以下几点 学生对所 涉及的实验目的 实验原理 实验方法熟练掌握 能根据实际要求 使用常见的实验 仪器 根据实验条件 进行实验操作并能正确的观察实验现象 记录 处理实验数据 得出实验结论 能根据自己学过的物理理论 实验方法 自行设计和完成简单的实 验 对一些创新实验的实验现象和结果进行合理的判断或作出合理的解释 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 3 从近几年的高考题目也不难看出 山东省高考物理试题范围已经拓展和延伸到原有 的实验课本的范围之上了 并非仅限于课本中学生实验的内容范围之内 实验知识的升 华 实验能力要求的提高充分显示了实验的地位的提升 高中物理实验课的目标向着更 深一步发展 要求学生要具有对所学过的知识 使用过的实验仪器或学习的实验方法重 组的能力 因此 在日常的课堂实验教学中 我们应该重视实验教学 在物理实验教学 中 我们要注意做好下面几点 讲清实验原理 更要注意基本实验仪器的正确使用 和常用实验方法的训练 重视实验的程序性和规范性 使学生能够运用学过的实验方 法和用过的仪器 正确控制实验条件的情况下 设计可行的实验方案并正确合理的进行 数据处理 更要注重培养学生对一些创新型实验的分析 判断 推理能力 为了使物理 实验教学能够更好地培养学生的这些方面的能力 所以教学过程中 不断改进实验 优 化实验教学 第二节 国内外物理实验现状分析 一 国外物理实验现状 国际上比较发达国家譬如美国 德国 在理工科的教学方面从教学体系上看大都是 采用 双管其下 两手抓 理论教学与实践教学 的方针 在物理知识的学习中更是 这样 这些国家都注重实验教学 尤其在美国 所有学科都可以上成实验课 美国的学 校有专业的的科学教师 为了使学生在启发中获得科学知识 培养探究能力 科学教师 在上课时大都采用学生实验 小组讨论 科学写作等形式来组织活动 在美国课堂教学 过程中教师尽量利用演示实验以及各种直观媒体实施直观教学 教师鼓励学生观察思考 和实验 引导学生根据自己的兴趣和能力来设计实验 提倡学生自由的提问 研究 收 集和分析数据 得出实验结论和写实验报告 学生实验与教师演示的时间比约 2 3 学 生实验约占总课时的 10 一 20 在日常的教学活动中 教师通常用大约 25 的时间做演 示实验 可见 美国中学物理教学突出了实验教学的特点 注重学生在动手操作过程中 获得学习经验 并且 美国中学提倡低成本 随手可得的瓶瓶罐罐经教师或学生的独到 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 4 的设计做各种实验 如一个可乐瓶子 一支笔 一块电池 一枚硬币 一个鸡蛋 美国 教师重视科学探究活动 他们往往立足于生活和社会 直接从日常生活及周围环境中取 材来进行科学活动设计 总之 美国教师在物理教学中主要是通过学生在实验探究的经 历中发挥主动性 能动性和积极性不断更新自己的观念和提升自己操作 在与经验世界 的对话中完善自己的知识结构 二 国内物理教学现状 目前 我国中学物理实验教学还是一个比较薄弱的环节 一方面在我国大多数教师 认为完成课本中给定的实验即可 不必给学生补充更多的实验 他们所用的器材往往仅 限于学校实验室现有的仪器站统一配发给的仪器 能够自制教学仪器的老师鲜有所见 所以 许多物理教师常常以实验仪器设备条件不完备 实验仪器陈旧老化 实验效果不 明显等为由 把做实验变成了讲实验 另一方面不正确的教育管理工作的导向使得物理 课时紧张 部分教师为了 赶进度 就削弱了在教学中物理比较 费时 的实验这一环 节 1 新课程教材中的实验开设情况 对由人民教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书 物理 必修 1 和必修 2 物理实验研究分析 2 新课程教材中所涉及到的实验高中一年级学生可以完成 26 个 包括演示实验 学生 实验和随堂实验 教材中 在节的标题中有 实验 二字的如 探究小车速度与时间变 化的关系 是学生实验 课节中的标有 实验 栏目 有的标有 演示 的栏目 有的 标有 做一做 栏目 对这些课节的要求相应的就是学生自己动手做实验 分组实验 演示实验 拓展性实验 课后探索实验 可做可不做 从新课程的设置上可以看出 我国的物理教学加强了实验的教学的比重 事实上 一方面由于教育主管部门没有对教师演示实验的数量 学生实验的时间做出具体的规 定 再加上我国依然采用以前分数代表能力的物理实验的成绩的评定的方式 所以中学 物理实验教学的时间普遍不足 实验的数量远远不够 学生实验能力普遍较弱的现象依 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 5 然比较严重 另一方面 实验模式的僵化导致学生对实验过程的敷衍了事 懒于对实验 进行深入思考 尤其对实验数据的处理和误差的分析学生 被教师牵着鼻子走 缺乏创 新意识和精神 所以 如何发挥好物理实验在物理教学中的作用 激发学习者的好奇心和求知欲 保护学习者对物理实验的兴趣 培养学生的创新精神 仍是当前物理教学工作者的重要 任务之一 2 高中物理实验教学现状调查及分析 目前我国高中物理教师在实验教学的过程中的具体实施和操作如何呢 为了解这一 问题青岛大学物理系一些大二的学生 向所在省的 950 名物理教师随机抽样 450 名 进 行了关于 中学物理实验教学 的问卷调查 结果是 有 27 2 的教师在教学中做完了教 材上规定的演示实验 有 8 4 的教师基本上没做 经常课堂上进行边讲边实验 随堂实验 的教师占 60 8 还有 3 6 的教师不做实验 对分组实验 要求学生做完教材规定的全 部分组实验的教师占 56 还有 9 的教师只在黑板上讲实验 那么 当前的中学生对物理实验学习的态度和对物理教师实验教学的评价是如何的 呢 为了了解这一现状 笔者向本市两所高中的学生开展问卷调查 取样 本校 普通高 中 的三个年级学生 高一学生 306 人 高二理科学生 200 人 高三理科学生 120 人 青 岛第二中学 重点高中 的高一年级学生 300 人 对学生进行问卷的内容如下 所涉及的问题 你喜欢物理学科吗 课能提高你的哪些能力 你到实验室做实验的情况是 物理教师经常用哪些方式做实验 在物理实验课上 你的做法是 你能正确的分析实验误差的来源吗 在学习新的物理知识时老师做演示实验的情况 你是怎样处理实验数据的 调查结果 表 1 1 学 生 问 卷 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 6 学生对物理实验的认识和学习体会 学生普遍对物理实验感兴趣 其中非常感兴 趣 41 6 比较感兴趣 52 2 不感兴趣 6 7 87 6 学生认为实验对学习物理帮助很 大 只有 9 1 的学生认为物理实验对能力的提高无用 其他学生认为通过物理实验教学 能提高动手能力和分析解决问题的能力 教师物理教学时实验的频次 经常做实验的 38 6 较少做实验的比例为 52 6 不做实验的 9 用简易的器材或 身边用品实施实验的比率 31 2 用多媒体模拟实验的比率 47 7 在黑板上讲实验的比 率 20 3 喜欢的实验方式 演示实验能 师生一起做 49 2 自己动手实验 40 用粉笔 在黑板上讲实验为 0 8 选择用多媒体演示实验的比率 10 你对实验的重视程度 在物理实验课上看其他同学的做实验 6 1 根据老师或教材给的步骤完成实验 83 5 偶尔尝试完善和改进原有步骤与方法比率达 到 10 4 针对这一结果 我们可以看出大多数学生对物理实验室感兴趣的 他们有着强烈的学 习欲望 但是有些物理教师是很少做实验的 更有甚者是一支粉笔讲实验 正因为此 有些学生也开始不重视实验 为了改变轻视物理实验的现状必须加强我国中学物理教师 的实验观念 必须进一步加强中学物理实验教学 重视高中物理教材中的实验设计 对 一些需要进一步优化的实验更好的改进 第三节 课题研究的内容 一 课题研究的意义 1 理论意义 本课题的选择可以促进建构主义教学理论在实际的教学领域的运用 能够使高中物 理课堂目标体系中 知识与技能 过程与方法 情感态度与价值观 三维目标更好 的相融合 为对力学实验感兴趣的师生提供实践参考 4 2 现实意义 有利于促进教师的专业发展 使教师更快的适应新课程改革并能在在新课程改革中 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 7 及时地调整课堂教学结构保证课堂教学效率 有利于培养研究型 实干型的 新教师 从促进学生未来发展角度 更利于提高学生的科学素养和综合能力 关注到了学生学 生长远的终生的发展 从促进自身成长角度 不仅能够更好地感受到物理力学实验的魅力 提升物理实验 的能力 掌握改进具体实验甚至设计新的实验的方法 以便更好地胜任本职工作 二 课题研究的内容 本课题力求通过对高中物理力学实验的深入研究 主要是高一物理实验 结合以往 实际实验教学中的存在的一些问题 如 实验的方法缺乏科学性 不易成功 一些装置 看似简单的实验 难达到预期的效果等 用随手可得的物件演示实验以达到帮助学生构 建物理情景 理解物理概念物理规律之功效 分析产生这些问题的原因 就这些问题着 手对现有效果不理想的力学实验进行了改进优化的实践 并从中总结力学实验改进方 案 为高一物理实验教学呈现优良的方案 主要对以下几方面的内容进行研究 1 高中实验教学现状调查和分析 通过对学生的问卷调查了解并分析本校和本市的高中物理实验教学的现状 结合教 学实践 总结当前物理实验教学中的存在的问题 2 认真研究了教材中的演示实验和学生分组实验经过了自己的实践操作和分析 发 现了部分实验中存在的问题 一方面通过查阅资料了解 学习其他教师的好的改进方法 另一方面 针对自己的课堂实践 提出自己的改进优化方案 3 对改进方案进行实践研究 希望能够为愿意对物理力学实验进行研究的同行提供些许经验上的帮助和实践上的 知道 这是本课题主要的研究目的 三 课题研究的方法 在对以上的课题内容研究时我采用的主要研究方法有 调查法 行动法 案例分析 法 文献法等等 1 调查法 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 8 研究早期对学生进行问卷调查 并对高一物理必修 1 和必修 2 的实验内容用调查表 呈现 2 案例分析法 利用选择典型性抽样方法 对高中物理实验课堂案例进行剖析 分析总结这些案例 在执行中的亮点和不足 进行归因分析 提出改进的教学方案 用以指导以后的教学 3 行动法 本人通过自己的不断的对不同实验的实践 改进 再实践 再改进 对于不同的力 学实验提出了不同的改进方法 5 4 文献法 本论文的作者查阅了词典 文献资料以及各类与课题相关的资料 在对物理实验教 学 物理实验教学的分类 物理实验教学的作用深入理解的基础上 阐述了自己对力学 实验改进的观点 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 9 第二章 课题研究的理论基础 第一节 高中学生生理和心理的发展特点 苏霍姆林斯基对学生的心理发展规律做过这样的论述 在人的心灵深处 都有一种 根深蒂固的需要 这就是希望感到自己是一个发现者 探索者 如果不给他提供实物 与 事实和现象进行生动的接触 体验到认识的欢乐 这种需要就会萎谢 6 面对知识兴趣 也就会随之熄灭 于是 不断地扶植和深化学生想成为发现者的愿望就成为一项十分重 要的教育任务 一 生理特点 人从成胎到成人 要经历两个脑生理的发展的高峰期 到 16 岁左右 人脑可达到总 质量的 96 高中生基本完成了脑生理的发育 可见 高中生具有了物理教学的重要物质 基础 由于中学时期脑发育还没有最后完成 所以显得还比较脆弱 脑神经细胞很容易 处于疲劳状态 正因如此 对高中学生的教学的设计要适合心理学限度和要求 7 二 心理特点 高中阶段学生的思维已开始具有辩证逻辑思维的特点 6 高中学生的思维具有一定的 逻辑性 能够进行一定的综合 抽象 推理 高中的思维具有一定的独立性 他们乐于 独立地提出问题 分析问题并解决问题 高中学生逻辑思维具有一定的批判性 他们能 够进行辩证的看问题 对于与自己不同的观点能够多角度全方位的评判 高中生的创造性思维也大大加强 不仅能独立的分析问题 解决问题更能创造性地 进行学习 7 随着高中生观察能力不断发展 他们能够概括事物的本质特点和规律 所 以 在教学时实验的方式方法要充分的通过加强物理刺激量来增强学生的心理感受量 提高教学效率和教学质量 子曰 知之者不如好之者 好之者不如乐之者 8 中学生具有极强的好奇心 学 习的兴趣很容易被激发 在应试教育向素质教育转变的今天 教师的首要任务就是要帮 助学生产生学习的动机 使学生主动地成为 我要学 针对中学生喜欢动手 勤于动脑 对做实脸有着浓厚崖兴趣的特点 教师在教学中运用正确的教学策略发挥学生的主体作 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 10 用 注重培养学生的创新思维 将对学生的一生的 8 第二节 建构主义的教育学理论 一 建构主义学习理论 建构主义理论的基本观点认为 知识主要是学习者在一定的情境 借助学习过程中 其他人的帮助 利用学习资料 利用建构意义的方式而获得 建构主义学习理论提出在 学习环境中有很重要的四大要素 即 情境 会话 协作 和 意义建构 9 在此基础上 这种理论强调 学习就是学习者通过原有的认知结构与接受的感觉信息 相互作用来生成信息意义的过程 对原有经验的改造和重新组合和新信息意义的合理 的建构即为学习的建构过程 每个人都会以自己的独特的方式来对事物的进行独到的认 识 理解并不存在唯一标准 9 学生在学习课本知识的过程中 会作出自己的经验和调整 知识是学生通过与外界 环境之间的不断地相互活动来主动获取和自行建构的 9 因此 学生就自然的变为了建构 主义学习理论的核心 它强调学生对知识的主动发现和探索 提倡的是以学习者为中心 在教师指导下的主动建构 而不是外部刺激的被动接受 二 建构主义的教学理论 建构主义学习理论形成三种主要的教学模式 第一种即倡导合作学习的抛锚式教学模式 这种模式学生通过自己主动学习 亲身 体验来达到目标的 第二种是 做中学 认知学徒模式 这种模式中教师为学生提供实 际情景 指导鼓励学生自己去探索去学习 第三种 随机访取教学摸式 这种模式强调的 是在具体的情境中获得抽象的概念并能够吧概念具体到一定的实例中 从以上三种教学 模式看出 建构主义的主要教学观是教师起到主导作用 提倡的是学生自己主动地学 习 学生之间的合作学习 培养学生通过解决特定领域的情境问题而掌握知识等 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 11 总之 建构主义教学观提倡通过学生的科学探究行为 使学生学习科学探究方法 培养其科学探究能力 我国学者对物理认知学习进行研究 对实验教学的学习分析是 在实验教学中 学生 是通过物理观察获得物理事实信息的 所谓物理观察 是有赖于学生注意程度的选择性 知觉过程 并不是眼睛 看一看 的简单过程 这就要求教师选择特征鲜明 新奇的物 理实验现象 在实验教学中 只有学生能够自主的按照方法步骤及注意事项的执行操作 的行为 才可以说培养学生的技能 若是用答卷形式来判断 检验实验技能的高低 也 不能够真正达到鉴别技能的水平的目的 在实验教学中 通过学生的科学探究行为既能 使学生获得科学探究方法又能培养他们的刻苦钻研的能力 在实验教学中 可以培养学 生的情感与价值观学生 因为在探究活动中学生可能会收获困惑 艰辛 喜悦 成功等 体验 这些体验会对其探究的兴趣 意志 信心的形成与发展起到积极作用 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 12 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 13 第三章 高中物理力学实验在实验教学中的现状 第一节 高中物理实验的分类及作用 物理学理论是人类对自然界最基本 最普遍规律的认识和概括 10 实验是物理学重 要组成部分之一 物理学实验是人类认识世界的一种手段 也是进行科学研究的基础 实 验是检验物理学理论的惟一途径和方法 当前我国高中阶段的实验方式是利用近代物理 学中的经典仪器和生活中常见的物品 演示物理现 发现物理规律 并辅以理论讲授和学 生的练习相结合 来实现对基础知识的传承和基本技能的训练的目的 11 在中学物理实验教学的过程中人们往往把物理实验分成演示实验和分组实验这样的 两种形式 近年来 许多教育工作者在对中学物理实验进一步深入的研究的基础上又派 生出 随堂实验 一 演示实验 为了展示物理现象 揭示所研究问题的发生 发展过程 由教师做给学生看的示范 实验 叫演示实验 在进行实验演示的过程中教师引导学生进行仔细观察 认真思考 演示实验的目的是引导学生观察实验现象 使学生对某个物理过程有清晰的了解 这是 教师讲解物理概念 规律常用的一种方式 也是培养学生基本科学素养的重要手段 演 示实验也为学生正确使用和操作仪器做出了示范 有时还可以借助信息技术的多媒体功 能 如放映物理幻灯片 电影电视的视频进行模拟演示 通过这些方式也可以达到演示 的效果 下面通过实例进一步说明演示实验在物理教学中的作用 1 有效的导入新课 在讲授新课之前 引人入胜的演示实验立刻能引起学生对所要 研究的问题的兴趣和思考 激发学生强烈的求知欲 如 在 向心力 的教学中 用软绳 栓一小小铁球转动起来 在逐渐增大转速的过程中细线突然断掉了 这种司空见惯的现 象是怎么发生的呢 让学生带着疑问和好奇去学习 2 加深对建立概念和规律的理解 用于讲授新课过程中为学习者提供感性材料 借 以形成概念 建立规律 如 在 平抛运动 的教学中 观察桌面上被水平击出的小球运 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 14 动轨迹 学生感性地认识到平抛运动轨迹的形状 3 拓展应用所学的物理知识 在讲授新课之后或者是在复习课中 通过解释演示实 验现象巩固学生所学的知识 培养学生用理论来解决实际问题的能力 如 在 惯性 的 教学中 讲完新课后可以视频演示飞机投弹的过程 分析被投出的炸弹的运动情况 二 学生分组实验 学生分组实验是指教师依据实际情况学生分组 在实验室环境中有计划地设计实 验内容 系统地训练学生的实验技能和习惯的教学方式 10 分组实验中 学生要在教师 的指导下 以小组为单位 组内成员相互协助共同完成实验操作 正确的处理实验数 据 得出合理的实验结论 学生分组实验的主要目的是锻炼学生实验的基本技能 合作 中的协调能力 学习科学的研究方法 同时 注重培养学生的良好的实验素养 即获得 实验研究的探索方法 以及分析并修正实验误差的能力 目前高中物理力学学生分组实 验大多是验证性的实验 所以决不能简单地以数据是否接近为目标 在重视实验结果的 同时更要注重实验的过程 因此要求学生重视实验条件和实验过程 在不断的实验中积 累经验 增长技能 养成实事求是的科学态度 学生分组实验往往可以达成如下的教学目的 1 掌握科学的实验方法 通过测量性试验如测量某些物理常量的值 使学生学习科 学的实验方法 2 掌握基本仪器的性能和使用方法 提高操作技能 学生在训练性实验中通过使用 一些测量仪器获得一定的操作技能 3 加深物理规律的理解 体悟科学探究的精神 学生在验证性试验的实践过程中 经历了模拟物理知识获得的原始过程 所以能够切身感受到物理思想和方法的指导 体 验了前人探索知识的曲折艰辛的历程 三 随堂实验 随堂实验就是根据不同的教学内容和教学需求 为了更好帮助学生更形象直观的掌 握新的物理概念 规律或者为了解决教学中出现的难点问题 把许多小实验穿插在课堂 教学中进行 又被称为边教边实验或边学边实验 它的特点是教师根据教学的需要 选 z k q 20160118 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 15 择实验仪器 设定实验过程 在课堂教学动手做实验 可以教师操作也可以学生操作 10 让全体学生通过实验去获取知识 方法和技能并形成相关能力 而不只是听教师讲 解或观看教师的演示 有利于避免课堂教学过程中的枯燥的 满堂灌 同时也加大了学 生实验的比重 它具有灵活性 广泛性等特点 适用在下列情形中操作 1 对有些基本物理仪器的认识和使用的教学 如天平 弹簧秤 螺旋测微器等 2 适合学生方便动手实验 动脑去探索的物理概念和规律 如 影响下落物体运动快 慢的因素 3 可见度差 不宜演示的重点实验 如 影响安培力大小的因素 描绘电场线 磁 感应线等 任何形式的实验 参与的主体都是学生 只有学生积极的参与 认真的观察 思 考 主动地探索 才能培养培养和发展他们的探究能力 掌握科学的思维方法 激发他 们的学习兴趣 培养良好的个性品质 以适应社会的需要 但是在物理力学实验教学实 践中我们会发现还存在着一些不尽人意的问题 这些问题是什么呢 第二节 高中物理力学实验教学存在的问题 在梳理由人民教育出版社出版的 2006 年 12 月第 2 版 普通高中课程标准实验教科 书物理必修 1 和必修 2 物理实验的过程中 2 发现其中的演示实验和学生分组实验尚存有 以下几方面的问题 一 力学演示实验存在的问题 有些实验的方法缺乏科学性 如采用挂钩码的方式演示合 分力关系时 两个分力 的大小和方向是给定 大小之比分别是 3 4 且两分相互垂直 所以合力的大小也是唯一 确定的 5 该实验操作比较简单 也能够说明当两分力互成角度是它们的合力大小在数值 上不等于两分力的代数和 实验中两分力相互垂直 具有特殊性 因此并不能具有很强 的说服力 有些实验操作烦琐 不易成功 如我们熟悉的弹簧振子 它主要用来演示在水平面 z k q 20160118 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 16 上运动的物体如果不受摩擦力则物体的机械能守恒 尽管滑块受到的浮力已经几近滑块 的重力 但由于轨道上个排气孔的大小不完全形同 所以各部位收到的浮力不同 很容 易出现滑块倾斜的状况 产生较大的摩擦 弹簧振子的运动很快会停下来 演示效果不 佳 另有少许演示实验看似简单 实际操作却很难实现预期的效果 授课内容中往往有一些枯燥抽象学生难以短时间接受知识 或者是有一些摸凌两 可 混淆不清概念却缺少一些直观的演示 一些实验内容没有新意 缺乏趣味性 二 力学学生分组实验面临的问题 学生分组实验其主要目的是训练学生动手操作 自主探究 培养学生科学素养 在 教育中具有独特的地位和全方面的功能 同时也是在高考书面考试范围之内 所以在各 类实验中其地位显得尤为重要 目前 在力学实验中还存在着几个尚待解决的问题 1 实验室硬件设备比较老旧没有及时补充 更新 近年来 由于各学校不断的 盲目扩大招生造成了教育硬件不配套 比如物理实 验室建设投入不足 很多学校出现了实验室数目明显不足 实验仪器过旧 仪器数量不 够等情况这些现象使得很多学生分组实验无法正常的完成 2 现有实验仪器精度不高 实验条件不足 实验数据效率低下 科学性低 有一些实验由于实验仪器的限制 往往利用比较老旧的方法采集记录数据 所以 在数据的采集 处理过程存在较大的误差 影响对实验结果的分析 3 学生动手实践被高科技的模拟演示替代 新科技的手段的应用冲淡了学生实验教学的重要的作用 在教学中有些教师过于依 赖多媒体 大量的实验都进行模拟演示 不重视自己和学生的实际操作 导致学生实验 课时得不到保证 削弱了实验教学效果 这种极端的做法很不利于达成培养学生动手操 作能力和创新能力的实验目的 z k q 20160118 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 17 第四章 力学实验改进的实践研究 力学实验主要包括运动学实验 静力学实验 运动力学实验 与机械能有关的实 验 与机械振动有关的实验 由于受环境和条件的影响 定性的实验的成功率往往还是 比较高的 相比之下相关的定量试验一般不容易做好 实验往往受环境和条件的影响 我们所能做的就是尽可能的减少各种外界因素的影响 也就是最大程度的减小实验误 差 一方面可以从定位的精确度 计时的准确性等方面减小偶然误差 另一方面可以从 减少摩擦 优化实验方案等角度来减小系统误差提高实验的成功率 达成教学目标 第一节 力学实验改进的原则 很多一线教师在物理教学实践中根据自己发现的问题 对一些实验做出必要的改进 完善 以提高实验教学的效果 在各报刊杂志上可以找到他们的成功做法 本课题的研 究就是搜集了大量的资料与事实 并将这些有效的做法进行比较分析 归纳整合 在总 结自己和学习他人在教学实践中的经验的基础上我认为力学实验改进一般遵循以下几个 原则 1 趣味性原则 激发学生的学习兴趣是物理实验的目的之一 爱因斯坦说过 兴 趣是最好的老师 科学研究表明 学习兴趣是学生进行学习的强大内区力 学生一旦 有了学习兴趣 注意力就会高度集中 思维会异常活跃 学习活动就会随之变得愉快 学习就能高效 12 在某种意义上说学生的学习兴趣比智力因素在在学习中起的作用更 大 恰当的实验很容易引起学生思考 探究的兴趣 2 简易性原则 改进实验的实验要具有生命力 比做到实验时间短 容易操作是具 有 简单易成的实验往往容易被学生从心理上接受 所以 一般情况能用简单的方法来 达成实验教学目标的实验 完全没有必要刻意的追求追求 高 精 尖 的演示仪 器 那种贪大求洋的做法并不足取 3 直观性原则 实验成功与否在很大程度上取决于实验现象是否直观清晰 实验结 论的得出是否直接 增强现象的清晰度常用到的方法 选取合适的衬托背景 选取合 适的位置和适宜观察的角度 放大实验器材的尺度 与人的视觉效应相一致 竖直方 z k q 20160118 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 18 向画图象 水平方向设置运动 4 科学性原则 实验的设计过程要做到 实验原理准确无误 实验方案 实验装置 科学 实验操作要合理 符合要求 科学性原则是是改进实验是否成功的主要判断标 准 只有做到这一点 物理现象才能被真实 科学地再现出来 从而使学生学生正确地 理解物理概念 掌握物理规律 例如在探究合力与分立关系的中 由于实验误差的存 在 以合力与分力为临边所画的四边形可能构不是平行四边形构成 我们也决不能造 假 实事求是的进行分析 5 安全性原则 该原则是改进实验成功的大前提 避免使仪器发生损坏等不良后 果 实验的器件或装置选择要恰当设计和操作要科学 规范 避免一切对身体有害的 危险 实验改进过程时刻确保师生的身心安全 始终贯穿 安全第一 的思想 第二节 高中物理力学演示实验的改进实践研究 一 力学演示实验改进的方法和途径 比较研究法 我们需要搜集整理大量高中物理实验改进个案的资料 认真的观察 与认识彼此间的联系和差异 探索其中的改进规律在比较中提优去劣 这种方法往往也 可以说是弃旧迎新 用很容易得到的常见之物代替常规的演示仪器 如 自由放飞一个 长长的吹满气的气球 就可以形象的演示反冲现象 实验现象明显 我们就可以不必用 水漏斗演示了 用随手可得的仪器演示出最好的效果 这无疑是演示实验最理想的方 案 需求点列举法 在实际的教学过程中 当我们把实验教学的期望与感受进行比较 时往往会发现这两者是有差异的 针对这种差异设计出一种改进的方法 这种方法通常 是针对容易曲解的知识点和一些易错的练习 改进思路是用等效替代法呈现实验现象 利用学生熟知的玩具或者是身边看似信手拈来的小物件来做演示实验 却能在帮助学生 构建物理情景是达到意想不到的效果 即 千言万语道不清 一看实验便分明 的境 界 缺点列举法 发现并列举现有演示实验的缺陷 然后提出改进的或优化的一种方 z k q 20160118 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 19 法 列举缺点是为了发现问题 进而找到解决问题的方法并达到解决问题的目的 每发 现一个缺点 就等于找了一个解决问题的突破口 这种方法的改进思路等同于老房子重 装修 通过改进原有实验仪器 增进演示效果 运用这种方法 经历了牛顿管的改进的 过程 进行了自由落体的三种演示的比较和归纳 将在下面章节 有关自由落体的三种 演示的比较 中详细介绍 根据以上介绍的方法和途径 我能充分利用各种不同的资源开设和增加学生实验以 及演示实验 特别是学生熟悉 感兴趣的生身边的物品如橡皮擦 笔 纸 尺 书等 其实 在老师的正确引导下 学生经过观察思考 积极动脑 也可以开发出效果惊人的 简易实验装置 用学生自己开发的仪器做实验 他们会积极的去做 积极的去想 并能 深刻感受到物理学习真的是 从生活中来 到社会中去 二 高中物理力学演示实验改进策略既实施 一 增添信手拈来的小实验 增添教学的趣味性 1 巧用身边物 做活小实验 案例 1 演示物体下落的快慢与所受重力无关的实验 用到的仪器 两张相同的 32k 白纸 一枚面值一元的硬币 将纸铺开把硬币放在纸 上 将二者从同一高度由静止释放 硬币急速下落很快落到地面上 纸片飘忽下落 硬 币的下落的速度明显比纸片要快 这与我们原有的 重物比轻物下落得要快 生活经验 相一致 拿起两张纸 把一张纸揉成小团 然后再由同一位置从静止同时释放 会看到 揉成团的纸陷落的 说明一样重的物体下落的快慢不同 然后把捏成小小的纸团 再让 它与硬币一起同时从同一高度由静止释放 硬币和纸片几乎同时落地 这样学生很容易 得出物体下落的快慢与物体的重力无关的结论 案例 2 静摩擦力与滑动摩擦力产生条件的研究 在学习摩擦力产生的条件时学生往往会错误的认为 只有滑动的物体才会受到滑动 摩擦力 为了解决这一难点 我请同学观察用黑板擦 带有较长毛的 擦黑板的过程 首 先演示擦黑板是黑板擦的毛发生了弯曲 得出收到了摩擦力的结论 然后引导学生分析 z k q 20160118 万方数据 山东师范大学硕士学位论文山东师范大学硕士学位论文 20 黑板与黑板擦之间的相对运动情况 进一步判断黑板与黑板擦之间的摩擦力是滑动摩擦 力还是静摩擦力 进一步确定黑板与黑板擦受到的摩擦都是滑动摩擦 这一过程中 黑 板是相对地面静止的 黑板擦相对地面是运动的 所以很容易得出静止的物体也可以是 滑动摩擦 运动的物体可以受到静摩擦力的结论 学生在理解中产生的难点问题迎刃而 解 案例 3 演示弹力的方向 仪器 一根弹力绳 一串钥匙 一块橡皮泥 弹力绳竖直放置 一端拴着钥匙环 另一端用手提着 根据钥匙的受力很容易判断弹力绳对钥匙的弹力的方向 但是钥匙对 绳的拉力的方向就无法演示了 钥匙环的形变很不容易观察 取下钥匙换成橡皮泥 再 次竖直悬挂 橡皮泥的形变就显而易见了 案例 4 动能与重力势能的转化的演示 方案一 仪器 玩具悠悠球 市场上有一种工作原理与麦克斯韦滚摆类似的玩具叫 溜溜球 请一名同学 班中的悠悠球高手 给大家进行玩悠悠球表演 其他同学带着这 样几个问题欣赏表演 悠悠球上升和下降时速度怎么变化