一、中学物理实验教学的危机ppt课件

.,一、中学物理实验教学的危机,1、不重视实验的倾向相当普遍常有这样的观念：理论课已多得要命了，做实验麻烦又吃时间，区区那几个百分比的实验分数就别太在意吧，反正不会吃零蛋就好了。让学生背熟，去应付考试，出现“做实验不如讲实验”，“讲实验不如背实验”的荒谬作法。“黑板实验”现行评价下的社会、家长不“喜欢”。中国传统思想中轻视“动手”。,.,学校愿意投入数百万信息技术，不愿意投入学生实验设施制作器材客观上，物理实验器材不足，缺少有效率的实验教师，不少物理老师本身不爱动手做实验（我是念理论物理毕业的，很欣赏思想实验，但就是不爱动手做实验）。,.,2“为做实验而做实验”,学生实验质量不高：“为做实验而做实验”分组实验的“任务型实验”教材从实验目的、实验原理、仪器、操作步骤到注意事项，写得面面俱到学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下，取几个数据，算出结果，填好表格，实验就算完成了。？！,.,部分学生动手，部分学生则袖手旁观，“合而不作“一个班的学生同一时间做同一个实验，用同一种方法、相同的仪器，都要在规定时间内做完，得出同一结论。“新”？看别人怎么做，自己就怎么做，谈不上去思考。实验报告抄好上交了事。学生不看、教师不安排交流分析！。,.,3教师实验教学的基本素质普遍下降,实验教学的素质观察实验的素质，实验思维的素质和实验操作的素质，其中实验思维素质和实验操作素质表现在设计和完成实验中，是一种综合性和创造性素质的反映,.,表现为：,对演示实验和学生分组实验，没有认真做过，不够熟悉，更谈不上实验教学研究。对实验的设计与操作的心理活动不佳，缺乏实验测量的操作技巧，缺乏设计、改进实验和排除故障的能力，缺乏实验考核的命题能力,.,关键是思想：不重视，没有用没有时间（事实上不愿意投入）严格的实验训练不是简单的，需花很多心力。,.,认识误区：实验是不是真的没用？,美物理教师协会主席乔.梅尔“讲给我听的，我会忘记演示给我看的，我会记得我动手做的，我会终身不忘”对认识物理规律一致公认有用物理学是模型学科，实验的检验无可替代,.,李政道认为,“通过实验得出结果，通过结果求得了解。从实验开始，引出理论，进行解释和猜想，又进行实验。”近代科学研究方法。16、17世纪的文艺复兴时期，以伽利略为代表的杰出科学家提出“把实验方法与物理规律的研究结合”，把科学的实验方法发展到一个新的高度。,.,研究方法的特点,把数学和实验密切地结合起来。“理想化模型”研究方法设法改变实验的测量条件，使之易于观测。提出“要用实验去检验理论”。把实验方法和科学理论联系起来理论演绎和逻辑推理,.,认识误区：实验真的是工具？,帮助学习“物理知识”？帮助训练“手的技巧”？新课程大纲、新课程标准既是手段、又是目标为“科学探究”服务！,.,刘炳升先生观点,形象、生动激发学生解决问题的动机；学生自己的观察获取信息，作为思维加工和评价的基础；实验中蕴藏着极其活跃的因素，会出现许多意想不到的问题，对活化知识和训练思维大有益处；,.,实验活动形式多样，能为各种学生提供全面而又有个性特长的发展条件；实验需要严谨、踏实等优良的作风，这种活动对于塑造人的完善品格具有重要意义。,.,实验教学功能（美）,（1）感觉功能-观察、体验（2）训练功能-练习、观察、归纳、验证实验（科学活动）（3）身教功能-科学、严谨、客观（4）评价功能-评价理解分析能力,.,我国对实验能力的培养注重结果评价,（1）.细致而敏锐的观察能力全面性:整个过程例：“电磁感应现象”深刻性:隐蔽现象例：“浮沉子”“酒精灯”“水银和水的液面”锐敏性:敏捷变化例：“振动运动情况”准确性:正确的习惯与减少误差例：“读数目光正对（镜反射）”,.,直接观察（感官看、听、闻、尝、感）间接观察（工具观测仪器设备）扩大了观察范围。提高观察的精确性，克服感官造成的错觉。提高观察速度，分辨肉眼无法辨别的变化。能使感觉形式发生转换,.,没有直接观察直接生动、简便易行；仪器发生问题，导致观察失误。这是间接观察一大弊端，“不要迷信仪器”。观察不能改变和控制对象。胆大心细,.,（2）.准确的仪器操作能力a基本仪器的使用：了解仪器构造原理,按使用要求操作b合理组装(连接)仪器：布局合理，组装规范，便于观察、读数和操作。c综合操作,.,实验人为地干预、变革和尽可能控制自然现象。“实验精髓在于控制”纯化研究对象排除次要、外在和偶然因素的干扰强化研究对象超高（低）温度、压强、场等等）条件再现、加速和模拟自然过程可重复,.,实验可以分为直接实验和模拟实验。模拟实验：几何模拟动力相似模拟替代、类比模拟电路模拟计算机模拟,.,（3）分析和处理实验数据的能力,a.实验数据的记录和处理实验数据的处理方法，通常有列表法、图象法和函数法三种b.实验测量误差的分析和减少方法c.实验数据的处理、物理规律的得出-由来注意：实验结果数据与实验结论的区别,.,光的折射光的折射实验最早可以追溯到古希腊。据考证，约公元年，天文学家克劳第斯托勒密专门做了“光从空气到水中发生折”的实验。数据折射定律的正确表述是年荷兰数学家斯涅耳从实验中得到的。,.,二、物理实验仪器的认识,.,（一）常用量具的精密度、准确度、精度,1.量具仪表的精密度一般是指量具仪表的最小分度,米尺一般为1mm精密度为1mm电表一格为0.2A精密度为0.2A依此可以确定每次测量最大误差不超过1/2最小分度（精密度）,.,2、量具仪表准确度,指仪表在规定的使用条件下工作时基本误差(额定最大误差)-“读数再准确也是可能有的”GB776-76电气测量指示仪表通用技术条例规定.仪表准确度0.10.20.51.01.52.55.0基本误差(%)0.10.20.51.01.52.55.0其中中学常用仪器仪表的准确度为1.52.55.0,.,3、量具仪表的精度,是泛指名词，既包含精密度,也包含差准确度一般:电表、计时仪表、万用表、示波器-精度指准确度米尺、游标、量筒、温度计-精度指精密度天平：精度级别是其感量/称量之比.,.,精度级别12345678910,感量/称量,.,中学常用的十级天平就是感量为100mg50mg20mg称量为1000g500g200g的物理天平,.,（二）教学仪器的型号和仪器上常见符号,1、型号现行我国教学仪器型号以J打头例：J1204J1204序列号教学仪器大类号1通用仪器、小类号12电源（大、小类号见附表）例：J2122滑轮组J2354滑动变阻器J0409J-DBX直流电表,.,.,.,2常用仪器上的标记,游标卡尺:0.05mm0.002mm精密度0-125mm0-150mm量程天平：感量20mg50mg称量200g500g滑动变阻器：0-1000-2000调节范围2A0.3A额定电流（允许通过最大电流）,.,电阻箱：0-9999电阻变化范围1最小进位1.5精度等级0.05零电阻开关标记：转动标记：,.,3仪器表盘面上的符号,.,.,接线,绝缘,.,A,B,C,1,111,11,准确度,.,（三）认识仪器的一般过程,根据有关知识和资料（仪器说明书），了解仪器的型号、原理和结构。掌握仪器的精度、性能、用途和使用方法。检查仪器零部件是否完整对照仪器装箱单。基本功能是否正常进行具体实验。简单仪表可以简化；复杂仪器设备注意安装、调试应由生产厂家或销售商负责。,.,以中学常用电压表为例说明：型号:J0408-电压表符号:表盘位置竖直放置磁电式测直流1000伏电压试验准确度构造原理:阅读有关资料、说明书,.,性能:测定0-30-15接线柱检查:1.轻晃电表-指针转动是否灵活2.竖直放稳，调表盘下方螺丝-调零位3.电源(15)负端接“-”正端:轻触搭接能指示电压值:说明测量机构良好可以使用4.准确测定-标准电源(或标准电表对比测量),.,正确使用仪器时应注意:1.测量前调零位否则测量数据不准确。2.测量时注意量程、正负极和使用条件。3.电阻测量：被测量在中值的1/10-10倍之间其他测量：被测量在中间值附近（左右各留1/3,.,三、物理仪器的读数,表述一:(中学物理教材)“要求学生估读到测量仪器最小分量的十分之几”。中学不要求用误差分析只有在指针很细宽度小于最小分度的10分之一才可以。（一般可以满足）,.,表述二：(普通物理教材)龚镇雄“一般情况下,仪器读数最后一位是读数误差所在的位”事实上还是由最小分度实际宽度和指针粗细决定,.,仪器要求,（A）仪器仪表的构造和原理；（B）刻度方法、最小刻度和准确度；（C）读数及有效数字。从历年的考题可知，考试的重点是：（甲）游标卡尺及螺旋测微器的读数方法；(乙)电流表、电压表的刻度认识及读数；（丙）欧姆表的测量原理、正确操作方法、读数及根据待测电阻选择挡位。,.,中学物理读数要求掌握的包括以下几个方面:1.刻度尺2.游标卡尺、螺旋测微器(千分尺)3.安培表、伏特表读数方法4.欧姆表读数方法5.秒表6.天平7.温度计8.弹簧秤9.电阻箱10.打点计时器。,.,读数公式,1.游标卡尺:主尺最小分度1mm游标20个小等分刻度-每个0.05mm(1/20)读数公式:主尺刻度+标分度量刻度数,.,2.千分尺:固定刻度尺0.5mm最小分度可动刻度尺0.01mm最小分度可估读到0.001mm读数公式:固定尺刻度数+可动刻度数+估读数,.,3.安培表、伏特表-目光垂直于指针左偏数偏大右偏数偏大读数公式:大刻度数+分度值小刻度数+分度值估读数,.,量程03时最小分度:0.1读数=2+0.14+0.15/10=2.45量程为00.6A时最小分度数0.02读数=0.4+0.024+0.025/10=0.490量程为015时最小分度0.5A读数=10+0.54+0.55/10=12.25A,.,4.欧姆表万用表欧姆档调零指针在中间1/3内不在其内“换档”读数公式：刻度数档位读数读数241000=24K要测:3000选档100调零读数,.,5.秒表1.机械表:-中学实验中用大:秒针长针每小格0.1秒（齿轮结构不可能停留其间不可估读0.1秒）小:分针短针15分每小格0.5分30分每小格1分读数公式:t1短针读数+t2长针读数,.,四、物理实验规范训练,良好的实验习惯，是做好物理实验的重要条件。（一）存在的问题学生毫无准备地进入实验室，在不了解仪器性能、操作规范的情况下，乱动仪器；不严格按正确、规范的方法实验，例如：使用天平时，并不预先调整好，在启动状态下动砝码；使用千分尺时，不用尾部棘轮；电路换接电线不断开电源；等等；,.,测量、读数马马虎虎，只要“差不多”即可；记录读数不设计表格，任意涂改；更有甚者，边实验边说笑打闹。,.,（二）怎样培养学生良好的实验习惯,1、提高学生对这个问题的认识。据了解，有的学生并不是不知道实验的有关规范，而是认为这是小事，不按规范，随意为之也无碍；更有些学生认为实验规范是一种额外的束缚、约束，不去理会。根据现代教育理论，学习的主体是学习者学生，因此，必须让学生有这样的认识：实验规范是保证实验正常进行的必要手段。,.,2、结合具体的实验，强化实验常规训练。实验常规训练应该说不是实验教学的全部，但是它是一个基础。（1）注重常用基本仪器的训练常用基本仪器的使用训练首先应在学生头脑中树立这样一个基本思想：每个实验仪器都是科学研究的工具，不是日常生活中的计量器具。也就是说，实验中应该规范、认真地操作仪器。,.,认识仪器,通过仔细观察仪器的表面或表盘，熟悉仪器的可测量、测量范围、精度（精密度或准确度），以及接线柱（连接口），等等；通过阅读说明书、铭牌，或由老师讲解，了解仪器的基本构造、性能，使用注意事项，掌握使用方法。,.,操作仪器,检查仪器是否符合测量条件：仪器接入是否正确？估计待测量是否在仪器量程内？使用前仪器是否调零？仪器放置是否正确？等等；按仪器的精密度要求，正确、科学地读数。实验操作必须人人动手。应该注意：个别学生会由于不懂，或由于了解了操作步骤，就不去操作。事实上许多实验技巧只能在动手操作中才能体会到。,.,以中学基本仪器直尺为例,观察直尺可测范围、最小分度（读数最后为最小分度的十分之一）。测量与待测物平行，并尽量靠近；无法靠近，要采用视线准直。由于直尺两端易磨损，一般不用零刻度为起点。测量时，可选择多个起点；这也有利于克服心理期望，减少习惯趣同带来的误差。,.,通过训练让学生学会一个本领：在以后的实际的工作、学习和生活中可能会碰到许多陌生的仪器或设备（电器），学生会根据仪器的表面、说明书和铭牌去了解怎样使用仪器。,.,（2）强化物理实验操作规范,实验操作在很大程度上影响着实验的成败。物理实验操作规范是指物理实验操作程序规范和物理实验操作动作规范。,.,组合实验装置,根据实验原理图来组合实验装置。应该注意组合装配的布局合理、线路（通道）清楚，调节、观察、读数方便。,.,预备性调整,调节实验装置的初始状态，例如：仪器的底座调整，滑线变阻器的初始位置调整，仪表档位、零点调整，光具组共轴调整，预热，等等；每次测量前都应注意例行检查：组合是否正确？装置是否处于规定的初始状态？,.,按实验操作规范操作,按实验操作步骤进行，对每一操作步骤都要能明确其中道理，了解它的作用和可能的结果。按实验动作规范操作，不得违反操作禁令。例如，测量温度应温度计在待测物中测，不得用温度计作搅拌器；电表读数必须视线与表盘垂直，有反射镜时应让指针和像重合；调节天平时要先调节底座水平，游码拨到左端再调节横梁平衡，不得用手去拿砝码；光学镜面不得用手去拿或擦；电学实验接线必须在接线柱上，暂停实验时应切短电源；等等。,.,整理,按一定顺序（组装或开机的相反顺序）关闭和拆除实验装置，并整理放置好。逆序,.,教师应注意,身教重于言传：对于实验操作动作规范，教师应同样严格要求自己，无论何时何地（特别是演示实验）都要规范操作。教师的明了、规范的操作，对学生是一种示范，有着不可忽视的影响。,.,提倡先思后行：教师提出的实验操作步骤要以实验原理为依据，具有严谨性；同时也应鼓励学生自己去分析，提出新的设想，在实验许可情况下实施、比较，进一步刺激学生的实验兴趣。计划实施！,.,（3）、重视实验报告的撰写,屏弃整齐划一的统一印制的实验册改进实验报告的撰写方法，在实验教学一开始教会学生独立写好实验报告也是实验常规训练的重要内容之一。1、应该要求学生在进实验室之前，一定要预先写好实验报告的基本内容。,.,进实验室没有什么准备，很容易带有盲目性、随意性，马马虎虎，或束手无策，忙乱一团，或机械地照搬教师给的操作步骤。,.,强调事先写好实验报告，也是科学进行实验的要求，因为实验是一种有目的、有准备的活动。同时也可以培养学生实事求是、严谨认真的科学态度。,.,例如，实验过程中，有的同学记录数据时，随便找一块废纸片，东记一个，西记一个，或者记在讲义、教材的某个角落，甚至记在桌子上、手上。也不按有效数字规则记录。实验完成后再填人实验报告，甚至随意更改。看起来是认真、清楚，实际上这是不严肃的。应该事先设计好实验数据表，实验中当场填写，不允许随意涂改或擦掉再填，可以划去（必要时应说明原因），以保证实验数据的严肃性、客观性。,.,教会学生写实验报告也有一个循序渐进的过程。第一步可以先讲解实验数据表的构成，只让学生设计实验数据表。第二步，可以增加画实验原理图，再增加分析实验原理，提出实验内容和步骤。实验报告的示意图按要求提倡不用直尺和圆规，徒手作画。这也有利于适应实际学习、工作。最后，达到能写好一份完整的实验报告。,.,一份完整的实验报告应该包括：明确实验要求和原理，画实验示意图，设计实验数据表，列出实验步骤和实验关键，以及实验完成后对实验数据的处理和分析，归纳、提出结论。,.,当然，实验报告也不应该搞千篇一律，照抄教材，可以有所侧重。例如，有的可以突出数据处理、误差讨论，有的突出实验步骤设计，也有的偏重现象分析。,.,让学生自己写好实验报告，也能提高学生的文字表达能力，改变相当一部分学生在表述上的字迹潦草、符号混乱、词不达意、逻辑思维紊乱等文字表达能力差的现状。,.,五、物理实验教学要求,根据中学物理教学的要求，中学物理实验一般分三类学生分组实验，（动脑、动手结合）教师课堂演示实验（教学内容引入常用的“设疑和验证”）课外补充实验（培养兴趣和能力）,.,（一）学生分组实验,基本程序：（1）预习（2）提问检查,指出关键,教师示范。（3）学生实验操作,教师巡回指导。（4）总结讲评。,.,2.注意点：分组实验“三强调”,（1）强调课前预习在进行每个分组实验前,通过布置实验问题、回答实验册上的问题让学生充分认真地做好预习,甚至到实验室对仪器进行预习,尽量使学生对实验应该达到的结果,所用仪器的构造、性能及使用方法等做到心中有数.从而收到理想的实验效果.,.,（2）强调课内动手,实验课的突出特点是个人活动、合作活动实验时，一方面采用轮换方式，使每个学生都有动手机会；另一方面，把每个实验均让学生自己完成。在达到实验目的前提下，可以鼓励学生“越轨”思维，鼓励学生创造活动。,.,允许他们自己选择必要的仪器，允许他们适当调整和增减实验步骤和次序，允许他们作可行性的试验。在整个实验过程中，把主动权交给学生，教师起指导和解难的作用。,.,（3）强调课后总结,做好实验总结，其主要方式是认真如实地写好实验报告、交流不仅突出数据处理、现象分析、结论归纳、误差讨论等重要内容，而且还体现要求：1、你认为本实验方法是否有不足？有何改进措施？2、实验中出现过什么问题？你是如何解决的？等等。,.,（二）演示实验,演示实验的目的在于使学生对物理现象有清晰的了解，启发思维活动。其基本特点是时间短，观察者多。争取达到以下“三高”（1）可见度高。只有清楚明显、可见度高的物理现象，才能容易触动学生视觉，激发学习兴趣，启发思维活动。,.,在器材上想办法,采取增大器材尺寸、改善室内光线、增加仪器摆放高度以及选择合适演示角度等方法，力争提高实验的可见度。,.,投影、放大,对某些变化小、效果差的实验现象，利用幻灯将其投影放大，增大视角，提高可见度。比如，用验电器做物体带电、研究静电屏蔽、探索决定电容器电容大小的因素等演示时，采用幻灯教学手段，将验电器指针偏转及偏转角度的变化映射于幕上，十分明显，提高了演示效果。,.,改某些演示实验为分组实验,如把通过磁铁与线圈的相对运动得出楞次定律的演示改为分组实验，这样，线圈绕法、指针偏转一目了然，不仅便于学生观察，印象深刻，而且增加了他们动手机会，提高了学习兴趣，培养了实验能力。,.,（2）收看率高,某些演示实验所发生的物理现象保留时间很短，一闪即逝，很难保证全体学生都看得到。看不到现象，就不能借题发挥，进行相关的推理和判断。做好组织教学，及时提示学生们把握关键时机，注意观察。,.,在可能情况下，争取时间重复演示几遍；创造条件设法延长实验现象的可观看时间，为学生创造收看机会，提高收看率，这样有利于提高课堂效果，有利于大面积提高教学质量。,.,（3）成功率高,演示实验用来启发学生思维，调动学生积极性，建立物理概念，揭示物理规律而且是培养学生操作技能的标准示范。如果演示实验中经常损坏仪器，或者经常失误，甚至失败，将会造成不良影响。不但会使学生认为教师的演示是在勉强，在将就，在作戏，降低了实验的可信性和说服力，而且自然地会影响教师的威信和形象。,.,提高教师实验素养,教师一方面在主观上应该加强基本功锻炼，提高操作技术、技巧，提高个人素质，提高动手能力以及应变能力，另一方面，在客观上应该加强演示前的准备，仔细检查仪器，认真估计可能发生的问题，并准备好应急措施，也可以对演示方法进行改进，提高其成功系数。力争演示实验百分之百成功。,.,（三）补充实验三原则,（1）科学性原则。科学性是补充实验的基本原则，主要体现在方案设计合理化，仪器装置简单化，物理原理突出化，实验效果明显化等几个方面，所以每补充一个实验。都要力求在知识性、灵活性、直观性和创造性方面有所突破。,.,（2）可行性原则,可行性是补充实验的必要原则，它是指补充的实验值得做，即有实用和推广的价值；可以做，即被一般的人力和物力条件所允许，容易做，即简单易成。低成本、高效能！,.,（3）趣味性原则,趣味性是实补充实验的重要原则。其意义是增强实验的刺激性和吸引力，诱发学生学习动机。,.,让学生参与自制教具、学具，参与小发明、小创造等科技活动；要注重知识性、趣味性、实用性；既简单易行又富有创造性，因而这些活动应与生产、生活实际相结合，与“亿利达”科技发明活动、省市科协、教委举办的“小论文、小发明评比”活动相联系，在实用、趣味、荣誉的氛围里，刺激和吸引学生参与。,.,.,三、课题实验的设计,1、提出问题开题创造活动首先源于问题意识。传统的灌输式的教学引导下，很多人失去了问题意识。指导教师应设计出能提高学生问题意识的、能培养学生创造性思维能力的课题，使学生在分析、研究的过程中能提出一些设想和问题，这样学生的创造思维能力才能得到提高。,.,从生活中找问题从实验中找问题寻找现有实验的替代方案把“思想”变为现实,.,2、原理分析“思想设计”物理思想可以达到实验的完备性以“直导线切割磁力线产生感生电流”实验为例预想达到的实验结果是电流表指针偏转明显。,.,（1）明确实验原理：直导线切割磁力线产生感生电动势，直导线通过导线连接电流表形成闭合回路产生感生电流，感生电流通过电流表使电流表指针偏转。要使实验结果-电流表指针偏转明显，其关键是感生电流大和电流表灵敏、可见度大。分析实验原理可得,I=,.,可以看出：感生电流I大即要求：磁感应强度B、切割磁力线速度v、直导线程度l和sin（为切割磁力线速度方向和磁感应强度方向的夹角）大。导线和接触电阻R和电表内阻r小。,.,（2）实验器材和条件的选择增大B，可以用强磁性磁铁，或将几块磁铁组合在一起（同时增大了磁场区域，相应增大了直导线l）；增大直导线长度l，也可采用多绕几圈的线圈的一直边；减少R，选择低电阻导线和注意接触电阻；。,.,减少r，选择内阻小的电表；电流表灵敏、可见度大，应选择灵敏检流计或微安表头，以及对刻度和指针投影放大。等等,.,（3）实验操作设计增大V，使直导线快速切割磁力线；增大切割磁力线速度方向和磁感应强度方向的夹角，使直导线方向、切割速度方向、磁感应强度方向互相垂直。,.,实验中可以选择不同的实验器材和条件，不同的操作方法去估计、分析和评价对实验的影响。在实验中不断调整允许失败鼓励越轨,.,伏安法测金属导线的电阻率”