物理实验操作能力的落实

1、物理实验操作能力的落实摘要：本课题是现代教育科学研究方法与现代教学理 论、现代教育技术相结合的结晶。现代教育科学研究的方 法使我们认识到了传统实验教学模式存在的问题，现代教 学理论使我们对学生实验技能习得的条件有了充分认识， 运用教学设计方法，对物理学生实验进行了优化设计，现 代教育技术又使得我们的教学设计得以实现。研究中对学 生的行为进行了结构化观察，对学生的态度进行了问卷调 查，对学生在新与旧的教学模式下的实验技能形成情况进 行了对比研究，既得出了富有普遍意义的对优化学生实验 过程有用的结论，又对多媒体学生实验课的教学模式进行 了有益的探索，形成了一套使学生有序与高效习得实验技 能的教学方

2、法与课件。以此为基础开设的各级观摩课受到 全体听课教师和专家的好评。一、问题的提出背景1、背景一传统实验教学模式存在的问题剖析我们通过观察对比班级在实验课时的学生行为，发现 传统的实验教学方法存在如下一些问题：(1) 在教师介绍实验器材时是学生注意力最不集中之 时。例如在学生实验练习使用打点计时器时，有的学 生在固定打点计时器，有的学生穿纸带，有的学生在调整 电源电压。当教师叫学生回答器材名称时，因大多数同学 看不清教师所指部位，所以只是管自己边看边摸。又例如 有一些学生开始是听教师在讲，但当教师讲了如何选择电 源电压后，就只顾自己动手不再听讲了，这种情况在传统 的实验课中是十分普遍的，究其原

3、因，我们认为这是由于 信息相互干扰的结果。当教师介绍实验器材时，由于学生 看不清教师手上的器材，肯定得看自己桌上的器材，这样 的话，学生接受的视觉信息来自实验桌上，而听觉信息来 自教师，教师对学生的引导能力就大大下降，出现大量学 生注意力不集中现象也就不奇怪了。由于学生听讲时的不 认真，导致一些学生在十分基本的知识点上也要发生错误, 例如我们在观察练习使用打点计时器实验的学生行为 时就发现有两个小组把导线接在直流电源上，又如在练 习使用多用电表的对比实验中，有的学生把表笔插在插 孔内。(2) 在教师介绍实验原理时也是学生注意力不集中之时。除了前面所述的由于信息干扰这一原因外，主要原因 是因为教

4、师只利用静态的示意图及板书，讲解对学生产生 的吸引力不及实验器材对学生产生的吸引力大。我们通过 观察发现，近三分之一的同学在教师讲解实验原理时一直 在摆弄实验器材，例如在测玻璃的折射率这个实验中, 当教师在讲解实验原理时，有不少学生在摆弄玻璃砖。(3) 学生注意力相对集中及积极参与是在仪器安装 及调节操作并记录数据数据分析及处理这三个阶段。 在这三个阶段学生的积极性虽然很高，但实验效果并不 好，这是因为由于学生在前面几阶段的基础没有打好，导 致学生的操作无序，通过实验操作并没有达到培养学生良 好的操作技能这一目标。例如在练习使用打点计时器时， 一些学生一开始在固定打点计时器，而另一些学生在连接

5、 导线；一些学生是先放复写纸，后穿纸带，而另一些同学 则是先穿纸带，后放复写纸。又例如在测凸透镜焦距 这个实验时，由于学生在教师讲解实验原理时不专心，所 以在用共辘法测透镜焦距时还在移动光屏的位置，不能保 证l不变这一实验条件的满足。在数据分析及处理阶段， 由于条件的限制，教师无法对学生的实验及数据处理情况 进行反馈，失去了对错误操作进行纠正的机会。(4) 在反馈与评价阶段，也是学生注意力相对不集中 之时。由于传统教学模式中缺乏强有力的反馈手段，所以 反馈这一技能学习必须的教学环节通常在实验课中很少得 到体现。虽然有部分教师认识到反馈的重要性，用嘴讲解 观察到的一些规范的实验行为，但由于学生没

6、有亲眼看见, 所以常常引不起学生的兴趣与重视。例如在练习使用打 点计时器这一实验的反馈阶段，由于教师无法将学生打 出的纸带投影出来，故只能画几张图让学生讨论一下，学 生对此兴趣不大。2、理论依据(1) 现代教育技术为高效的实验教学提供了硬件基础如果说过去学生实验教学的失败还有着物质条件、高 考、师资等多方面因素的制约的话，那么随着现代教育技 术的普及、素质教育目标的确定、教师队伍素质的提高， 优化学生实验教学过程，改进实验教学方法，提高实验教 学的效率是完全有可能的。在教学过程中，教师是教学信息的传播者，学生是教 学信息的接受者，媒体是教学信息的载体，传播效果与多 种因素有关，在传统教学中，文

7、字和实物形式的信息传输 比较直接和简单，教学信息通道和流量相对来说比较小。 现代教育技术的作用，就是将先进的、宏观的、微观的和 课外的教学信息以多媒体技术为载体集中传递给学生，拓 宽了信息通道，加大了信息流量，而且由于声、光、电技 术的采用提高了信息传递的质量。(2) 现代教学设计方法为实验教学的优化提供了可操作 的方法教学设计不仅仅是一门方法论的学科，它是以认知学 习理论为基础，以教学传播过程为对象，以系统方法论为 指导所进行的一种计划过程。教学设计既是教学技术学的 重要领域，又是教学科学的重要组成部分。(a)教学设计 是一种用以开发学习经验和学习环境的技术，这些学习经 验和环境有利于学生获

8、得特定的知识与技能；（b）教学设 计是一种将不同学习策略整合进教学经验的一门技术，利 用这些教学经验可以使知识、技能的获得更有效率，更有 效果和更吸引人；（c）教学设计是一种创设学习情景和学习 环境的技术，正是这些学习经验和学习环境能够有利于教 学活动的顺利开展。3、对优化物理学生实验的思考与设计通过对传统教学模式下的学生实验过程的观察，我们 认为存在着三大问题，按照教学设计更有效率、更有效果 和更吸引人的要求，我们进行了如下的思考与设计。（1）变视听信息相互干扰为协调一致视听信息相互干扰大大影响了教师对学生的控制与引 导，使开始阶段的信息传输受阻，降低了课堂教学的效率, 这对于以动作技能为特

9、征的学生实验课（特别需要示范与 反馈）来说，确实是一个致命的问题。我们认为在开始讲 解器材作用与介绍实验原理时一定要让学生的头抬起来， 为了做到这一点，我们认为可以用视频展示台将实验器材 放大，这样学生既可以看到清晰的仪器，又可以听教师讲 解。如果为了做成一个相对完整的课件，也可以用扫描仪 将仪器的照片扫入cai课件。在实验原理讲解时，我们力 求用生动活泼的形式来吸引学生的注意力，例如在练习 使用打点计时器中我们制作了打点计时器工作原理的 动画。在动画中，交流电的大小与方向的变化通过电流表 的指针偏转来表现，振片的磁极变化通过与永久磁铁对应 的颜色变化来反映，打点周期通过周期为的一个小时钟来

10、表达。又例如在测定玻璃的折射率实验时，在操作步 骤讲解时，由于学生还没有实际看大头针像的经验，教师 很难用语言把物像遮挡及其本质讲清楚，我们通过制作 动画很好地突破了这一教学难点。由于动画生动形象，所 以大大提高了学生的注意力，整个学习过程十分顺利，教 学效率大大提高。（2）用动作技能的学习规律指导动作技能的学习传统教学模式下培养出来的学生的动作技能是十分缺 乏的，具体表现在参加实验考查时，既便面对十分简单的 实验，例如打点计时器的使用用万用表测电阻学生也 是手不断地抖，看一步操作步骤做一步，根本达不到熟练 （自动化）程度，另外在传统模式下的学生实验时，不同 组的学生其操作常常各不相同，经常出

11、现错误的操作方法, 例如在用玻璃测折射率这一实验时，有的学生用玻璃 砖作工具固定大头针。究其原因，我们认为这是由于教师 不熟悉动作技能的学习规律的缘故。有的教师把动作技能 的学习等同于知识的学习，认为我己经把它讲清楚了，你们 也就会了。有的教师由于自己已经掌握了动作技能（达到 自动化）而认为动作技能的学习很简单。其实既使是比较 简单的骑车、游泳等动作技能，哪个人是一学就会的呢？ 动作技能的学习的特点是先知觉再通过训练成为动作技能, 一般说来它的学习需要经历三个阶段：第一是认知阶段， 学习者通过外部的言语指导，或通过观察他人的动作示 范，试图理解任务及要求。这里的动作示范可以是指导 者的示范也可

12、以是其他学习者动作的示范。这一阶段的主 要任务是领会技能的基本要求，掌握组成技能性活动的局 部动作；第二是联系形成阶段，此时学习者要建立外部刺 激与动作之间的联系，这一阶段的基本任务是把局部动作 组成大的单元；第三是自动化阶段，学习者经过学习，各 个局部动作之间联系已经形成，一长串的动作系列已联合 成一个有机的整体，其中的多余动作已消失，整套动作进 行得流畅、省力，可以一气呵成。在我们的研究中，我们 十分重视教师的示范，不仅教师通过视频展示台演示每一 步操作步骤，还把操作步骤拍成录像后制作在c ai课件中, 这些录像中有一些学生易犯的错误，我们借鉴中央电视台 正大综艺栏目中的找错误节目，让学生

13、也找一找录 像中的错误之处，对此学生兴趣很高，每当学生发现一次 错误，都会发出一阵开心的笑声。经过教师示范、学生找 错误以后，学生实验操作的正确率大大提高，教学效果及 教学的吸引力大大提高。(3) 加强对实验操作过程及数据处理的反馈研究表明，只有不断地进行反馈，学生不良的操作行 为才能得到纠正。在传统的教学模式中，学生的操作过程 与实验数据的处理通常得不到及时反馈，正是由于对学生 的操作过程缺乏有效的反馈，使得学生对自己的操作显得 随便，正是因为对学生的操作过程缺乏有效的反馈，学生 常常觉察不到自己操作上存在的错误与不规范。就数据处 理来说，因为学生的实验数据都是记载在实验册中，而且 数据处理

14、过程中的错误，在实验册的批改中难以发现，如 在打出纸带后，位移的测量有的学生采取分段测量，验证 机械能守恒定律中测量点的选取不同等。另外，从完成实 验到上交实验册再到教师批改后发还给学生，需要一周多 时间，这时学生与教师都早已进入另一种教学与学习情景, 教师对学生在实验时出现的抄袭数据、凑数据的现象也因 不能及时反馈而难以发现与纠正，既使教师在批改实验册 时发现并在课堂中加以指出，也会因事过境迁而使学生触 动不大，这样长此以往，学生肯定无法形成良好的科学素 养。视频展示台为实验操作的反馈与实验数据处理的反馈 提供了很好的工具。我们可以让学生在视频展示台上进行 操作，也可以把学生打出的纸带或实验

15、册中的图表在视频 展示台上展示。例如在实验练习使用打点计时器中， 开始时由于学生的拉带速度较小，纸带上打出的点非常 密，教师抽取几条纸带通过视频展示台一展出，同时启发 学生：怎样才能获取间隔合适的纸带？又例如在用玻璃 测折射率这一实验时，通过教师对学生所画光路图的及 时反馈，学生的操作错误得到了改正，学生的操作技能得 到了优化。二、实验教学模式构建的理论依据、目标及实际操作1、实验教学的目标我们认为实验课的教学目标是既要培养学生良好的实 验操作技能，又要培养学生的创造能力与创新意识。完成 这一教学目标的关键问题之一是针对不同的教学目标采用 不同的教学策略。例如培养学生良好的实验操作技能的关 键

16、是示范与反馈，这时，我们对学生的要求是统一的，规 范的，学生必须按照正确的方法进行训练。但如果要培养 学生的创造能力与创新意识，我们又必须鼓励学生有自己 的设计，允许学生进行自己独特的，甚至反常的一些操作。 关键问题之二是，在实验室，我们必须给学生一定的时间, 保证他们进行探索性实验。2、实验教学模式构建的理论依据我们在教学模式的构建中体现了系统方法、现代教学 思想与现代教育技术优化组合的思想。例如从教学方式 （过程）角度的设计强化了教师在实验教学中的主导地位, 从师生双边活动角度所进行的设计体现了重视学生的主体 地位及认知结构建构的过程，从教学内容角度进行的设计 注重了物理实验教学本身应遵循

17、的规律，从与现代教育技 术结合角度所进行的设计体现了现代教育技术对提高教学 效率、教学效果及教学吸引力所起的针对性作用。在我们 的教学模式中，第一阶段以实验技能的培养为主，着重应 体现教师的主导作用，教师要讲清原理、器材，讲清操作 步骤，要示范演示，要在学生操作时进行指导，但也不能 忽视学生的主体作用。例如我们可以在实验原理讲解时启 发学生根据实验原理设计实验方案，选择实验器材，在操 作示范阶段，也可以让学生做示范，在找错误及评价阶 段发动学生进行讨论、评价等等。在实验课课堂教学模式 的构建中，我们特意留有一定的时间用于学生进行创造能 力与创新意识的培养，第二阶段以创造能力的培养为主， 着重应

18、体现学生的主体作用，尊重每一个学生的创造性, 给学生的探索以一个宽松的环境，但也不能忽视教师的主 导作用。教师的主导作用在这一阶段着重应体现在对创造 性思维的启发与引导。由于学生一开始对实验探索有一定 的困难，教师的引导往往给他们很大的启发，能使他们的 探索既有一定的方向，又有充分的自主性。下面是第一阶段学生实验课教学的模式。3、实验课教学的实际操作实验课既不能上成放手让学生自己做的放羊型课, 又不能上成只让学生进行操作训练的操作训练型课。通 常，我们将学生实验课的内容制作成一个cai课件，其中 有教学目标、实验原理、实验器材、实验步骤、“ 找错误、练习、实验拓展等内容。课件中有动画、照 片、

19、录像等等。在实验原理讲解时，我们力求用生动活泼 的形式来吸引学生的注意力，例如在练习使用打点计时 器中我们制作了打点计时器工作原理的动画。又例如 在测定玻璃的折射率实验时，在操作步骤讲解时，由 于学生还没有实际看大头针像的经验，教师很难用语言把 物像遮挡及其本质讲清楚，我们通过制作动画很好地突 破了这一教学难点。由于动画生动形象，所以大大提高了 学生的注意力，整个学习过程十分顺利，教学效率大大提 高。在实验步骤讲解时，我们十分重视教师的示范，不仅 教师通过视频展示台或播放cai课件中的录像演示每一步 操作步骤，还针对学生的典型操作错误，设计找错误栏 目，让学生找一找录像中的错误之处，对此学生兴

20、趣很高, 每当学生发现一次错误都会发出一阵开心的笑声。经过教 师示范、学生找错误以后，学生实验操作的正确率大大提 高，教学效果及教学的吸引力大大提高。在操作反馈阶段, 视频展示台的使用为实验操作的反馈与实验数据处理的反 馈提供了很好的工具。我们可以让学生在视频展示台上进 行操作，也可以把学生打出的纸带或实验册中的图表在视 频展示台上展示。在实验课中进行创造能力培养一般是结合实验课实际 从三个方面进行的。（1）对实验方法与器材进行发散性思考对实验方法与器材进行发散性思考可大大拓宽学生的 思路，加深对实验原理的理解。例如在测玻璃的折射率 这个实验时，我们可以对实验测量工具进行发散性思考， 用圆规作

21、单位圆以后，用刻度尺替代量角器；我们可以对 实验用的玻璃砖进行发散性思考，用半圆形玻璃砖及其它 形状的玻璃砖替代平行玻璃砖，用水（液体）替代固体 （玻璃砖）等。又例如在测透镜的焦距这个实验中老 师可以引导学生思考：凹透镜的焦距又如何测？（2）对教学中的疑难问题进行针对性探索对教学中的疑难问题进行针对性探索可以加深对所研 究的问题的理解，有利于学生化解难点。例如在透镜内容 学习后，学生对能不能用眼睛直接观察实像及观察范围有 多大及挡住透镜的一部分，能否成完整像等问题，仅仅凭 教师的讲解学生总觉得理解得不透，这时教师若能引导学 生对这些问题进行实验探索，一定会加深他们的印象，从 而使学生的知识结构

22、更加稳固。（3）利用实验器材进行探索学生在实验时，手边有一些实验器材，利用这些实验 器材，学生可以进行很多实验探索，不仅增加了学生的实 验兴趣，优化了学生的知识结构，还激发了学生进一步学 习与探索的热情。例如在测玻璃的折射率这个实验时, 学生不仅利用手中的玻璃砖进行棱镜成像的观察（利用玻 璃砖的一只角），还利用手中的玻璃砖进行光谱的观察（利 用玻璃砖的一只角观察日光灯）。又例如在测透镜的焦距 这个实验中，学生不仅研究了物像距离的变化规律，还研 究了物体转动与像转动之间的关系，有的学生还做起了透 镜组成像实验。这些探索实验尤如学习与探索的助推剂, 将对学生今后的学习与发展会产生深远的影响。运用我

23、们 的教学模式，听课老师的最大感受是：整个实验课教学有 静有动，静中有动，动中有静。往日学生在进 行实验操作时的热闹场面没有了，各种无序操作没有 了，不断问教师怎么操作没有了，学生在有序地做，教师 在认真地察看。而在第二阶段，学生的创造热情由于受到 教师创设的情景与问题的激发而十分高涨。由于教学效率 的提高，实验教学的二个目标都得到了很好的落实。三、效果及评价1、结构化观察结果：（1）注意力观察（练习使用打点计时器）实验组对比 组（2）、操作正确性观察（学生实验考查，教研组其他教师评价)班级人数分段 1 820151 7121491108实验班1 8201200对比班2103071(3) 数据

24、处理等级观察(由非任课教师对实验班及对 比班学生实验册进行评定等级)班级人数等级优良中差实验班2016140对比班4201412(1) 问卷调查： 认同度则量。你对cai课件感不感兴趣。等级很感兴趣感兴趣不感兴趣很不感兴趣f 1权重21-1-2人数51000因为fi>0,说明学生对用cai课件进行实验教学是很 感兴趣。 对cai课件进行实验教学作用的认识的调查用cai课件教学可以提高求实的态度实验操作技能数 据处理能力运算能力学习兴趣语言表达能力4104 012227%67%27%080%13%从上表可以看出，cai课件对提高学生学习兴趣、实验 操作技能有显著作用，对培养学生求实的态度和

25、数据处理 能力也有一定作用。 教学效果评价（实验班）问题响应人数等级只有小部分掌握部分掌握大部分掌 握完全掌握f（分值）12 341实验原理015 92仪器安装及调试0 14103操作并记录数据005104数据分析及处理01122（对比班）问题响应人数等级只有小部分掌握部分掌握大部分掌 握完全掌握f （分值）12341实验原理0 3392仪器安装及调试005103操作并记录数据03834数据分析及处理2463（4）学生主观评价，我们对试验班的学生进行了调查。优点缺点奋中度过的。（提高了吸引力）2、通过纠错，加深了对实 验操作的印象，避免自己在操作中出现类似的错误，提高 了正确率。（达到较好效果

26、）3、通过教师的正确示范，非 常清楚知道了实验该如何进行，操作中应注意什么，这与 原来边看书边操作相比，节约了很多时间，同时也提高了 实验的成功率。（达到较好效果）4、讲解时间节约，可以 留下更多时间给学生做实验，并能当堂完成实验报告，减 轻了负担，还能避免抄袭现象。（提高了效率、培养求实态 度）由于技术问题有些镜头欠清晰。三、实验结论与成果1、实验结论（1）、从学生行为观察可以看出，学生实验时注意力随时间变化的规律并不是课堂教学中的倒u型曲线，学生 实验时注意力的集中程度与教学内容有十分显著的关系。现代教育技术的运用及教育设计的优化使学生在实验原理、 实验器材介绍及练习反馈与评价阶段时注意力

27、集中程度大 幅度提高。（见前面注意力观察对比图）（2）、由于强化了实验操作过程的示范性及对错误操 作方法的纠正，学生实验操作能力明显提高，教学效果好（见前面操作正确性评价表）。（3）、由于本实验强化了数据处理时的及时反馈，学生数据处理的态度更加求实了，作图更加认真了。（见非任 课教师对实验班及对比班进行的数据处理等级评级表。）（4）cai课件及找错误实物投影反馈方法的采用, 提高了学生实验课对学生的吸引力（见问卷调查数据）。2、实验成果（1）完成了实验研究主报告。（2 ）对课堂教学结构（模式）作了探索，构建了新的 实验课堂教学模式（3）适用于学生实验教学的多媒体课件一套（光盘） 附：提高学生实

28、验能力cai课件说明一. 目标定位在学生分组实验的基础上，通过本课件的辅助使用（演 示或练习），使学生进一步理解和掌握该实验的原理、步骤， 认识常见的错误操作方式，纠正学生实验操作中的不规范 行为，养成良好的习惯，以提高他们的实验技能和素养。二. 设计思想根据教学重点、难点，结合学生的认知规律，充分利 用计算机多媒体手段，为学生提供一种拟真的实验环境， 创设教学情景，优化的教学空间。尽可能突出并支持学生 的主体地位，促使他们积极主动地参与实验活动的全过程。 针对学生出现的问题，有目的的提供不同的纠正练习， 纠正学生实验操作中的不规范行为，养成良好的习惯，以提咼他们的实验技能和素养。三. 课件特

29、点实效性本课件通过动画制作与实况录像相结合，利用计算机多媒体的优势用形象化的方法突破学生在实验原理掌握上 的难点，通过展现学生分组实验的全过程，让学生置身于 拟真的实验情境中间，通过对实验过程中操作步骤的观察、 模仿、找错误等训练。大大提高了课件使用的实际效果。 及时纠正了学生在实验操作中的不良习惯及平时没注意到 的问题。交互性本课件注意克服方案单一，程式固化等缺点，充分发 挥计算机技术的交互特长，学生在操作中可以自主地选择 方案，输入参数，通过人机对话，手脑并用，充分发挥学 生在实验中的主体作用。趣味性本课件注重学生的年龄特点与绝大多数学生求趣的 需要，能针对学生的实际精心设计各种操作错误，

30、通过找 错误的形式强化学生在操作时的易错之处，在和谐的教学 氛围中进行学习。四. 创作工具：auth orwarephot oshop3dsma x五. 系统要求：586 / 100以上多媒体电脑800x60 0 /16m 真彩 / 中文win95、win9 8、win2000 环境。六. 简要操作说明1本程序根据学生实验的特点，分 成实验目标、实验仪器、实验原理、实验步骤、“ 课堂练习、系统帮助及退出系统等几个部分，充分考 虑到教师和学生的可操作性。2 整个程序易于操作，在必 要的地方有在线帮助功能，只需用鼠标点击即可。(4 )开出校级示范课多节，上虞市、绍兴市级观摩课 各一节，在一定范围内

31、起了示范带动作用(5) 对必修课本的全部实验进行了教学设计(见下面 附录)7、测定金属的电阻率8、测电源的电动势与内阻9、研究电磁感应现象10、练习使用万用表11、测玻璃的折射率12、测量凸透镜的焦距13、用卡尺观察光的衍射现象四、研究中存在的问题及进一步研究的设想1、实验设计时我们打算进行对比实验，但在实验开展 过程中，对比班学生也要求用实验班方法进行教育，由于 在开始几个对比实验中已经表现出明显的效果，又考虑到 高中学生学习机会的唯一性，我们在后来的一些实验中没 有进行对比实验。2、从我们实施的情况看，实验课既要做到培养学生良 好的实验操作技能，又要培养学生的创造能力与创新意识, 目前的关

32、键问题我们必须给学生一定的时间，保证他们进 行探索性实验，一方面我们可以在其它课上先讲清实验原 理从而增加学生自主探索的时间，另一方面传统的实验教 学中有一些繁杂的计算，例如用透镜成像公式算出焦距（六次之多！）并求出平均值，从目前计算机发展的现状来 说，这显然己无必要，至少将这些时间留给学生进行实验 探索更有意义，所以我们将编写程序便于学生输入数据获 得结果有利于学生从简单而又繁杂的计算中解放出来。参考文献张祖忻编著教学设计一基本原理与方法上海外语教育出版社李克东、谢幼如著多媒组合教学设计科学出版社94.邵端珍著学与教的心理学华师大出版社9 0.皮连生著智育心理学人民教育出版社96. 4l. w.安德森布卢姆教育目标学-40年的回顾华 东师范大学出版社98. 6包国庆著论课堂系统广西教育出版社92. 6谢幼如著学习反应信息处理方法与应用暨南大学 岀版社99. 5盛群力、李志强现代教学设计论浙