努力建立以实验为基础的物理教学体系模板

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。努力建立以实验为基础的物理教学体系发表在《物理教学探讨》杂志(核心刊物)第5期上海市进才中学王肇铭(35)物理学是一门以实验为基础的学科,物理实验是研究和学习物理学最基本的方法,在物理学中,每一个概念的建立,每一个定律的发现,都有其坚实的实验基础。物理实验既是物理教学的重要基础,又是物理教学的重要内容、方法和手段。让学生学习和探索物理的实验方法,对培养学生的科学素质和实验能力是十分必要的。经典物理实验是物理学的基础,一些让物理教师爱不释手的演示实验,极大地激发起学生学习物理的兴趣,对学生学习物理基本规律、定律和定理提供了直观、定量、可信的感性知识,有效的提高了教学效果。上海市”二期课改”物理新教材中不少实验采用了数字化信息系统(简称DIS)技术进行物理量的测量,在中学物理实验教学领域反映了发达地区现代科技发展领先的优势。如何把经典物理实验和数字化数据采集系统整合起来,达到优势互补,已经成为物理教师的一个新课题。按照上海市”二期课改”的精神,在学校各级领导的有力支持和具体指导下,我们进才中学物理教研室和物理实验室的老师们尝试将演示实验和学生实验结合起来,将课内实验和课外实验结合起来,将经典实验和DIS实验、TI实验结合起来,初步形成了以物理实验为基础的物理教学体系。一、悬念性实验是情景引入的最佳手段结合物理新教材贯彻始终的探究法教学思路,我们物理教研室的老师们仔细分析了新教材设计的各种情景创设的方法:图画和照片、学生的生活经验、讲故事、类比、实验、从已有知识中引申等,经过教学实践比较后,一致认为用实验方法创设情景是教学的首选方法。实验提供的信息量最多。实验展示了一种动态的演变过程,能调动起学生的多种感觉器官处于应激状态,它比静止的图画包含的信息量多,它比老师对某一事物的描述或讲解更具体。心理学研究认为:当人遇到问题需要解决而又没有现成的办法时,思维才出现,悬念才产生。对于人类认识活动而言,悬念正是人们认识未知领域的关键之处,悬念也是产生创新思维的重要条件。亚里士多德曾进过:”思维是从疑问和惊奇开始的。”疑问和惊奇是带有感情色彩的意向活动,它作为一种内部动力,能够使人产生探究的欲望,而探究又会导致创新意识的萌发。疑能引思,思则生趣。思维从疑问开始,创设悬念,会使学生产生迫切探究的认识心理,激发求知欲望。不一致的东西容易引起学生的注意,这些现象与学生的一般经验不尽相同,好奇心驱使她们关心这些现象,因此悬念性实验是情景引入的最佳教学手段了。在两只盛满水的透明烧杯中分别滴入一滴红墨水,其中一杯水中的红墨水迅速扩散,另一杯水中的红墨水扩散很慢(如图1所示),为什么红墨水有怪脾气?悬念性实验引起学生的极大兴趣,就比较容易理解分子热运动理论和影响扩散程度的因素。其实,使红墨水迅速扩散的那杯水的温度较高。用一节干电池经过一只变压器升压后,瞬时接通会使双手拿住变压器输出端的同学产生”触电”感觉(如图2所示),强烈的感觉和身体动作使同学们产生探究变压器性能的学习需求。图1图1图2图2二、亲身体验的实验是形成知识和技能的可靠保证《上海市中学物理课程标准》(征求意见稿)中指出:要”强调学生对学习活动的主动参与和亲身体验,关注学生学习经验的形成、积累和构建。”学生亲手做实验有着天然的兴趣,在实验的过程中,她们对问题有着亲身的体验,对看到的现象也能自发地去想去问”为什么”,此时提出的恰当的教学问题会使学生产生适度的紧张心理困惑,使她们能全身心地参与到教学活动中来,有效地激发学生学习的积极性,提高了课堂的教学效果。创造条件,利用学生身边的器材做实验,使物理实验更贴近现实生活,使物理实验从课内走向课外,这样做更有利于培养学生自觉的用物理规律解释身边物理现象的能力。图4图4图3图3我们用直尺作斜面体验弹力的方向(如图3所示),在橡皮的弯曲和扭转中体验”弹性形变的形式”(如图4所示),用橡皮和纸体验静摩擦力作动力(如图5所示),用书和纸体验滑动摩擦力作动力(如图6所示),用摩擦起电的方法体验物体间相互作用力规律(如图7所示)。图6图6图5图5图7图7图7图7三、创设和改进演示实验是提高课堂教学质量的有效途经课堂演示实验是物理教学的重要手段,演示实验能否得出预期的、明显的物理过程和物理现象,是一节课成功的可靠基础。创设新的演示实验,改进原有的演示实验,使演示实验的效果更明显、更准确是我们物理教研室老师们的共同努力目标,二年来我们先后创设和改进了多个演示实验,在探索——反思——否定——改进中提升了演示实验的科学性、可靠性、可视性和准确性。在”验证牛顿第二定律”的实验中,”一期课改”的物理教材采用打点计时器测量小车的加速度,不但实验时间长,而且误差大。上海市”二期课改”物理新教材则采用DIS实验系统,用运动传感器测量小车在水平放置的木板上滑行时的加速度,但小车和木板之间不可避免的摩擦力使实验的系统误差增大,实验效果还是不够理想。我们改进了DIS实验系统来做”验证牛顿第二定律”的实验,利用滑块在气垫导轨上的滑动,有效地减少了摩擦力对实验结果的影响,利用DIS实验设备中的运动传感器测量气垫导轨上滑块的加速度,利用高精度的电子秤测量砂和小桶所受到的重力。可是气垫导轨喷出的高速气流产生无规则的超声波干扰,使运动传感器的超声波检测装置检测到的位移数据中叠加了较强的超声波干扰的信号,当我们利用DIS系统计算小车的加速度时就出现了很大的误差。经过理论分析和多次实验改进,最后采用在运动传感器接收端覆盖不透气橡胶皮的方法,有效的消除了高速气流所产生的无规则超声波干扰,使该实验达到了相对误差小于5％的程度。我们还结合DIS数字化实验系统,改进了摩擦块的结构和形状,使”研究动能大小”这一演示实验的准确度显著提高。在验证”验证查理定律”的实验中,我们将小试管代替原来的锥形瓶,由于小试管内气体的体积远小于锥形瓶内气体的体积,水对小试管的浮力也较小,既容易将小试管浸没在水中,也能在较短时间内使试管内的气体和试管外的水达到热平衡,实验的准确度显著提高。四、TI实验是经典实验和数字实验整合的优质平台TI物理实验选修课则是从另外一个角度提高学生的实验能力,发展学生的学力。TI物理实验是利用传感器测量实验中的物理量,经过数据采集器由便携式TI—83+计算器来分析物理实验的数据。二年多来的教学实践告诉我们,TI实验班学生的实验操作动手能力、实验模仿能力、实验创新和数据分析能力、用实验方法研究实际问题的能力均有了较大的提高。在TI实验教学中,我们也改进了一些实验装置,有些学生实验的效果得到有效的提高。我们引导学生利用低加速度传感器、双程力传感器和位移传感器同时测量竖直悬挂的弹簧振子的加速度、回复力和位移、速度随时间的变化规律,综合分析相互之间的关系。为了测定声音在空气中和塑料介质中的传播速度,我们用长2m的空心塑料直管的两端分别固定两个压电陶瓷片,将压电陶瓷片接到电压传感器上。为了减少外界干扰,我们将塑料直管用细绳悬挂在两个铁架台上,然后在塑料直管的一端敲击一下,利用压电陶瓷片的输出电压,经过电压传感器采集实验中的数据,再由TI—83＋计算器分析采集的数据,经过理性的数据分析,直接测出了空气中的声速和在塑料中的声速,实验的相对误差小于3％。为了测定实验室内地球磁场的大小和方向,我们先利用指南针确定地磁场所在竖直平面的方向,然后将磁传感器固定在力矩盘上,经过旋转力矩盘来观察磁传感器显示实际测量数据的变化趋势,确定地磁场的大小,全部学生小组都测出了地磁场的数量级为10－5T,同时也测出了地磁场的方向,得到了较满意的结果。现代化的自动控制系统的基本控制单元是各类传感器,用一个传感器的触发功能来控制其它传感器的工作。为了模拟自动控制过程,体验基本自动控制程序的操作方法,在”用电压传感器的升阈触发功能触发光传感器”的实验中,学生经过光传感器的千分之一秒的高速数据测量技术,对自然光源和日光灯光源进行比较测量实验,结果都发现了日光灯存在100Hz频闪的事实.。然后再引导学生成功地设计完成了力传感器触发光传感器的实验,温度传感器触发光传感器的实验,低加速度传感器触发光传感器的实验,以及低加速度传感器触发力传感器的实验、电压传感器触发力传感器实验等等,经过传感器触发控制实验的设计和实验过程,大部分学生的创造性和主动性都得到了发展。我们还创设了利用双量程电流电压传感器”测量干电池的电动势和内阻”的实验,要求每一个高二TI实验班的学生都能独立设计并完成”研究小灯泡的实际功率与光强之间的关系”实验,这是一个需要用三个传感器分别测量小灯泡的电流、电压和光强的实验,而且设计到传感器设置,调零,测量,绘图,数据分析,曲线拟合几乎全部TI实验操作步骤,教学实践发现:这是一个恰好在高二学生学习能力”最近发展区”的TI设计性实验。高二年级的TI实验班的同学还自觉地将TI技术应用于研究性课题中,在老师的指导下,高二(1)班的陈功同学为组长的实验课题研究小组,利用TI—83+计算器、数据采集器和光传感器测量不同天气条件下教室中开启的日光灯盏数与课桌上的光照度的关系,提出了科学合理照明用电的建议。李文雯小组提出了利用TI技术研究”水果电池的电动势和内阻”的研究性实验课题。这一切都说明先进的TI技术已经在部分学生的心中自觉成为探究身边物理规律的有效工具。五、学生自制教具体现了学习过程和能力的整合我们要求每个高一学生能根据所学物理知识,每学期独立设计、制作一个能反映所学物理原理的小制作,并能操作和解释实验现象所包含的物理定律和规律。有十几个学生设计的小制作成为我们老师实际教学中的演示教具,由同学们自己制作的、由同学名字命名的实验教具在课堂讲台上的演示过程,不但具有很好的教学功能,而且呈现出巨大的教育功能,它有效的激发起同学们的创造性思维。物理实验教具的创造和制作已经不再仅仅是老师的工作,物理课上学生已经不再仅仅只是充当听众和观众的角色,每一个学生都有可能在课堂上展示自己的聪明和能力,学生是物理教学主体的理念已经逐渐被任课老师和同学们所认可。六、走廊实验是培养学生兴趣、拓展学生思维的场地两年多来在校领导的支持下,物理实验室的老师和物理教研室的老师共同努力,使物理实验走廊逐步建立起来,现在已有近三十多种实验仪器展示在物理实验室的走廊中,供同学们课余时间在玩中观察物理现象,在惊奇中培养学习兴趣,在探索中感悟物理规律,在困惑中激发求知欲望。实验走廊的建立和发展的过程,不断展现出它特有的优势:1、实验装置不受课程标准的约束,完全摆脱了”应试”的阴影。在实验走廊中有几何光学的实验装置,有进动试验装置,有声波聚焦传播实验装置,有双线摆试验装置,还有框架稳定性实验装置、有齿轮、齿条传动装置,还有齿轮箱和助动车实物等。2、做实验变成了”玩”实验在走廊中做实验没有老师注视的眼光,也没有规范的实验操作步骤,同学们能够三五成群,也能够独立操作;能够自创实验步骤,观察实验现象,探究其中奥秘。也能够拆卸和组装部分实验器材,观察内部结构。创新思维和肢体协调能力都得到了有效的发展。七、物理实验是老师们教研活动的经常性内容建立以实验为基础的物理教学体系是我们教研室和实验室老师们的共同追求目标,也是我们脚踏实地、为之奋斗的动力。我们教研室的老师们形成了一种共识,不论哪位老师开设各级各类教学公开课,都要设计一个,甚至多个新实验,而且还十分重视在平时的教学中创设、改进演示实验和学生实验。我们觉得:实验的创设、制作、改进和完善,不但涉及各种物理原理和物理定律,而且还与工程技术、制造工艺紧密相关,是理想化物理模型与实际物理实验的整合载体,每一项实验装置的创设和改进都渗透着实验室老师和授课老师们的心血,同时也提高了老师们的实验能力,为教研活动注入了实际的研究对象,因此创设和改进实验成为我们教研室老师们教研活动的经常性内容,我们还为全区高一物理教师演示了全套DIS实验操作过程,并讲解操作技术要点。在教研室内年长资深老师的丰富实验经验成为实验教研的优质资源,青年教师娴熟的计算机操作技能同样成为数字化实验