高二学生物理实验能力研究.pdf

高二学生物理实验能力研究 侯丽梅 李春密 北京师范大学物理系 北京 100875 摘 要 对高二学生物理实验能力进行了调查研究 了解了学生实验能力的现状 特点 为培养学生的实验能 力提供一定的依据 关键词 物理实验 实验能力 测试 Physics experimenting ability of second grade students in senior high school HOU Li mei LI Chun mi Department of Physics Beijing Normal University Beijing 100875 Abstract T his article illustrates the features of the second grade of senior high school students physics experimenting ability on the basis of inquiry and investigation T he result will be helpful to improving students experimenting ability Key words physics experiment experimenting ability test 1 问题的提出 在当前素质教育观下 人们越来越重视能力的培 养 如何通过教学过程达到培养能力的目的是广大教 育工作者都在积极探讨的问题 物理作为一门以实验 为基础的学科 实验教学在物理教学中有着特殊的地 位 人们不断强调实验教学的作用 加强实验教学 培 养学生实验能力的呼声也越来越高 虽然培养学生的 实验能力已是人们的共识 但是关于物理实验能力方 面的研究并不多 我们对 146 名高中二年级学生 已学 完高二年级的课程 刚刚升入高三的学生 的实验能力 进行了测试和评价 2 实验能力的结构 物理实验能力 即顺利进行物理实验并完成实验 目的的个性心理特征 通过对以往实验能力的研究并 结合现代认知心理学的观点 我们认为实验能力的结 构应包括智慧技能和动作技能两种成分 智慧技能 动 作技能交互作用构成实验能力的整体 1 物理实验能 力是一种综合能力的表现 从实验设计到实验实施中 的操作和观测 再到实验数据的分析和实验报告的撰 写 都是物理实验能力的表现 物理实验能力外在表现 为一些基本的层次 如 按实验步骤完成操作 基本仪 器和工具的使用 写出实验报告 分析物理实验现象 分析和处理实验数据 设计物理实验 排除实验故障和 寻找实验仪器的代用品等 2 3 研究方法 3 1 问卷法 1 被试选取 选取北京市一所重点中学的两个理科班 两所普 通中学的四个理科班 回收有效问卷共计 146 份 2 测试量表 实验能力测试量表的编制主要参照了新大纲中关 于培养实验能力的说明 要培养的实验能力主要是 明确实验目的 理解实验原理和方法 学会正确使用仪 器进行观察和测量 会控制实验条件和排除实验故障 会分析处理实验数据并得出正确结论 了解误差和有 23 物理实验 第 21 卷 第 6 期 效数字的概念 会独立地写出简要的实验报告 和高 考考试说明中对实验能力的要求 实验能力 能在理 解的基础上独立完成 知识内容表 中所列的实验 明 确实验目的 理解实验原理 控制实验条件 会运用这 些实验中学过的方法 会正确使用在这些实验中用过 的仪器 会观察 分析实验现象 处理实验数据 并得出 结论 量表分为两个部分 第一部分为 21 个选择题 主 要调查学生对物理实验的兴趣 态度以及平时实验的 一些做法 比如实验的计划性 目的性 是否有意识地 监控实验过程及科学态度等 第二部分为问答题 分别 考查了基本仪器的使用 分析和处理实验数据的能力 有效数字 基本实验 设计实验能力 包含设计实验步 骤 选出所用仪器和原理 设计实验表格等 以及运用 所学知识对实验现象给予解释等 量表中的试题都是 针对学生平时容易出现问题的地方 经过仔细的筛选 与有经验的教师进行讨论 最终确定下来的 3 测验及评分 施测前先向被试者说明测查的目的 消除学生的 思想负担 使他们尽可能地表达自己的真实想法 发挥 实验能力的水平 测试时间为 120min 时间比较充裕 大部分考生乐于接受测查 发挥正常 评分由量表编制者一人按事先确定的评分标准进 行 保证了结果的一致性 评分时尽量仔细 力求准确 重点关注学生的思维过程 使其不仅反映能力的差异 也能反映差异的原因所在 4 数据统计 将测量结果输入计算机 用SPSS8 0 统计软件对 结果进行统计分析 3 2 临床分析法 对几所中学学生实验的操作情况进行观察 分析 得出学生普遍存在的共性问题 4 结果分析与讨论 4 1 学生个体之间差异非常显著 大部分学生已具备一 定的实验能力 但与应达到的水平有一定的差距 从本次测试的结果来看 学生个体之间的差异非 常显著 最高分 74 分 最低分只有 4 分 从总体上看 实 验能力与大纲的要求有一定的差距 有待于提高 我们 按学生的测量成绩总分的分布情况 确定 级 别 级总分 43 分以上 级总分 24 43 分 级总分 23分以下 表 1 按各项指标平均分的分布 50 人 46人 50 人 平均分标准差平均分标准差平均分标准差 基本仪器的使用 共 20分 16 43 4811 04 994 604 23 数据分析和处理能力 共 20分 12 45 877 455 184 783 74 对科学实验的认识和评价 共 10分 7 181 625 131 954 251 78 用物理知识解释实验现象 共 10分 6 902 766 113 413 122 20 设计实验能力 共 20分 14 13 446 384 971 391 91 总分 共 80分 56 97 2433 66 5016 74 81 由表 1 可看出 设计实验的能力 基本仪器的使用 这两项所表现出的差异是最大的 级的学生往往能 设计出一个比较完善的方案 能很快联想到以前实验 用过的方法和仪器 尤其在设计实验表格方面 有较好 的表现 在基本仪器的使用方面 级和 级的学生往 往能关注仪器的规范操作问题 对实验过程中要用到 的仪器 注意事项都比较清楚 在对实验现象进行预测 和解释时 级和 级的学生倾向于运用物理概念和 规律进行逻辑推理 而 级的学生倾向于凭直觉和经 验 4 2 学生平时实验中自我监控能力对学生的实验能 力有很大的影响 自我监控能力是当前心理学研究较多的一种与元 认知相关的能力 实验的自我监控能力包括实验前 实 验中 实验后三个时间维度 主要指实验前的计划性 准备性 实验中的意识性 执行性 实验后的反馈性 补 救性和总结性 3 在本次调查中 通过综合分析第一卷 和第二卷 我们发现平时实验自我监控能力强的学生 往往具有较强的实验能力 例如 第一卷 题目 10 我通常没有什么实验计划 只是边做边想 A 总是这样 B 经常这样 C 有时这样 D 很少这样 E 从不这样 从表 2 我们可以看到实验能力的三个级别中选 A B C D E各选项的百分比 实验能力较好的学生 实验 的计划性也较好 24 物理实验 第 21卷 第 6期 表 2 学生在实验前计划性方面差异 级 级 级 A02 24 0 B 10 017 426 0 C36 043 536 0 D 46 032 630 0 E8 04 34 0 题目 11 实验时 我是按课本上的实验步骤 依葫 芦画瓢 并不认真去想为什么这样做 A 总是这样 B 经常这样 C 有时这样 D 很少这样 E 从不这样 表 3 学生在实验中意识性的差异 级 级 级 A02 28 0 B 16 019 628 0 C50 052 244 0 D 28 021 716 0 E6 04 34 0 题目 15 实验过程我会不断地提醒自己要规范地 操作 这样才会得到较精确的结果 A 总是这样 B 经常这样 C 有时这样 D 很少这样 E 从不这样 表 4 学生在实验中执行性的差异 级 级 级 A12 013 06 0 B60 043 538 0 C22 041 346 0 D6 02 28 0 E002 0 题目 17 当实验结果与预期理论值不符时 我会反 省一下前面哪一步做错了 A 总是这样 B 经常这样 C 有时这样 D 很少这样 E 从不这样 表 5 学生在实验后补救性的差异 级 级 级 A 16 017 412 0 B60 043 538 0 C 26 036 938 0 D2 02 212 0 E 000 由表 3 5 可见 学生实验自我监控能力的水平 对实验能力有很大的影响 那些积极监控实验过程的 学生 实验能力较好 4 3 实验能力与程序性知识和策略性知识显著相关 现代的信息加工论者提出了广义的知识观 即把 知识分为陈述性知识 程序性知识和策略性知识 它把 知识 技能与策略融为一体 知识不仅包括它的存储和 提取 而且包括它的应用 所谓的陈述性知识就是 知 什么 程序性知识就是 知如何 策略性知识可以看 作一类较为特殊的程序性知识 它是指如何学习 记忆 或解决问题的一般方法 物理实验的实质是一个认知 和问题解决的过程 有关实验程序性知识和策略性知 识决定着解决问题能力的强弱 通过本次测查我们发现实验能力较强的学生不仅 有着丰富的程序性知识 即对物理概念 规则 定律比 较清楚 而且也有一整套解决问题的策略 如 在分析 和处理实验数据的问题中 有一题是给出了一个数据 表让考生找出变量之间的关系 有的学生遇到这样的 问题不知如何下手 而有的学生先是猜想 提出假设 验证假设 画图象 不仅表现出良好的思维品质 也反 映出他们有着非常好的解决问题的策略 这些正是我 们在平时教学中常常忽视的 4 4 学生的实验操作能力的获得需要实践和练习 从平时学生实验来看 多是验证性的实验 书本上 已经给出操作步骤 一套操作步骤是一种智慧技能 因 为它是规则的复杂的联合体 而执行这些操作步骤需 要的就是动作技能 动作技能获得的过程依赖许多因 素 如操作步骤的性质 长度 复杂程度等 但是它的一 个显著特征是通过练习而改进 这是心理学实验已经 证明了的 4 从本次观察学生平时实验操作来看 也反 映出学生的实验操作能力与实验做的多少以及仪器使 用的频率有关 对那些经常用到的仪器 如电流表 电 压表等 学生初中就开始学习使用 所以操作中没有什 么问题 而对万用表 卡尺等新接触的仪器学生操作起 来就容易犯错误 所以 给学生多一些动手的机会 操 作能力就可能提高 4 5 操作能力的提高有赖于及时 正确的反馈 操作过程中的反馈对学习者是很重要的 这种反 馈应包括两个方面 一是来自学习者自身 二是来自教 师的指导 学习者对实验过程积极监控 调节 可以使 操作的平稳性提高 实验结果也提供了一个很好的反 馈机会 通过对实验结果误差来源的分析 对实验过程 的反思 可以有效地提高操作技能 这方面正是我们的 学生普遍缺乏的 由于实验课课时紧张 许多学生急于 得出结果 忽视了过程 从本次研究来看 学生的操作 25 物理实验 第 21 卷 第 6 期 过程存在很多不规范的地方 如做电学实验时 有的学 生把开关一直闭合着接入电路 根本没发挥其作用 而 他们似乎意识不到自己的错误 往往需要教师指出来 才能发现 所以说来自教师的外部反馈也是重要的 教 师通过提醒学生规范操作 使学生养成良好的习惯 这 样才能达到培养能力的目的 5 教学建议 1 适当增加探索性和设计性实验 促进实验能力 的全面发展 实验能力是一种综合能力 它应是动作技能与智 慧技能的有机结合 我们的学生实验多是 菜谱式 实 验 即已经给定了实验步骤和方法 这种实验虽然可以 使学生掌握一定的操作技能 但不利于学生独立思考 因此 适当增加一些探索性和设计性实验 把实验过程 作为一个问题解决的过程 加强动作技能和智慧技能 的综合运用 就可以促进实验能力的全面发展 2 重视课堂演示实验 给学生示范一般的解决问 题的策略 教师在课下准备演示实验往往要花很多的时间 但学生往往不能理解其中的内涵 等到需要他们自己 设计实验时 遇到具体的问题就不知所措了 教师可以 在平时演示实验时 用出声思考的办法 将如何设计 如何解决问题的思维过程教授给学生 使他们掌握一 般的解决问题的方法 3 注意培养自我监控能力 有效提高实验能力 学生做好实验前的预习 老师加强实验过程的指 导和反馈 作好实验后的反思和总结 是培养能力的有 效方法 6 参考文献 1 于海波等 物理实验能力的认知分析及相应教学策 略的探讨 物理通报 2000 5 33 35 2 阎金铎主编 续佩君著 物理能力测量研究 南宁 广西教育出版社 1996 3 陈英和 认知发展心理学 杭州 浙江人民出版社 1996 4 加涅 RM 学习的条件和教学论 上海 华东师范大 学出版社 1999 2001 03 01收稿 2001 04 14 收修改稿 上接 17 页 可应用于教学和科研演示微观粒 子的运动情况 6 参考文献 1 王广厚 粒子同固体相互作用物理 北京 科学出版 社 1988 25 35 47 58 2 邵其均金 韦钰 两体碰撞散射角的近似计算 计算物 理 1992 3 232 240 3 蔡明志 Windows 95 程序设计 OWL 篇 北京 清华 大学出版社 1996 4 徐士良 C 常用算法程序集 北京 清华