高中物理实验教学的现状与改革对策

2019-08-20 15:10

摘自:《咸阳市永寿高中》

[摘要]:物理教学必须以实验为基础,实验在物理教学中占有举足轻重的地位。而在现今高中物理教学中,由于受“应试教育”及其它因素的影响,实验始终是一个薄弱环节。本文在分析高中物理实验教学现状的基础上,阐述了促进物理实验教学改革的几个配套措施。

[关键词]:高中物理、实验教学、现状、改革对策

物理学是一门以实验为基础的自然科学,回顾物理学产生和发展的过程,可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位[1]。无论是经典物理学的建立和发展,还是现代物理学的进展都与物理实验息息相关。可以预言,未来物理学的发展一定离不开物理实验。在高中的各门基础课程中,物理课在提高学生的科学素质方面起着无可替代的作用,实验在物理教学中更是占有着举足轻重的地位。加强实验教学,提高物理教学效果和开发学生创造能力,在加强素质教育的今天,显得更加突出,尤为重要。

一、实验在物理教学中的地位和作用

在新的高中物理教材中,已明确体现出:观察现象、进行演示和学生实验,能够使学生对物理事实获得具体的、明确的认识,这是理解概念和规律的必要的基础。观察和实验对培养学生的观察和实验能力,培养实事求是的科学态度,引起学生兴趣,具有不可代替的重要作用[2],可见没有物理实验,很难达到物理教学目的。

回顾物理学产生和发展的过程,可以看出物理实验自始至终都占有极其重要的地位。所有的物理知识,都是在实验的基础上建立起来的。物理实验作为物理教学的基本手段,有其特殊的教学功能。

1、通过实验可以使物理教学理论联系实际,引起学生学习兴趣,引导学生发掘问题,激发其求知欲望[3],从而调动他们学好物理的主动性和积极性,引导他们热爱科学。

2、通过加强实验,不仅可以使学生具备一定的感性认识,更重要的是使学生进一步理解物理概念和定律是怎样在实验基础上建立起来的,从而有效地帮助学生形成概念,导出规律,掌握理论,正确而深刻地领会物理知识。

3、通过实验培养学生的观察能力、思维能力、自学能力以及发现问题、分析问题和解决问题的能力;培养学生良好的实验方法以及基本的实验能力和动手能力,并且在此基础上进一步培养他们的独立工作能力和创新能力。

4、通过实验培养学生从事科学研究应当具备的严格的科学态度,科学的思维方法,严谨的科学作风,逐步学会物理研究中基本的科学方法。

鉴于实验教学的地位和作用,我们不仅应该重视实验,而且应该在理论教学中认真贯彻以实验为基础的原则。

二、高中物理实验教学的现状

随着素质教育的进一步深化,我们国家不少专家学者和广大物理教师对高中物理实验的重要性的认识和感受逐步加深,物理实验教学改革也正在密锣紧鼓地进行着。但是应看到,到现在为止,物理实验教学的现状在我们国家还是不容乐观的。

1、高中物理实验教学的基本情况。据抽样调查,现在有些高中对专业课的实验要求普遍较高,投入的资金也很足,而作为基础课的物理实验却普遍重视不够。不少学校的物理实验数目达不到教学大纲的要求,甚至有相当一部分学校基本上一个学生实验都不做。即使有的学校按要求完成了,但是实验教学的效果往往不理想。

2、学校和教师受传统教育的影响,普遍存在着重理论轻实验的思想。教学方法普遍采用讲授法。有的老师甚至认为学生不会动手做实验不要紧,只要会动笔考实验就行。由此而引发了"做实验不如讲实验","讲实验不如背实验"的荒谬作法。加之科技的飞速发展,多媒体进入课堂,使得部分教师过分追求,迷恋多媒体的模拟实验,让学生看看了事,不重视让学生看实物,实际操作.总而言之,目前相当数量的教师不做或少做实验,放弃了运用实验的直观教学方法,这一现象严重妨碍了培养具有创新能力的人才.这样教出来的学生一遇到实物就束手无策,不知道如何动手。

3、由于认识上的不足,教师在实验教学的组织上、在教学过程中、在物理成绩的考核上都存在着问题。例如:由于教师不愿在实验教学方案的设计上下工夫、花时间,导致实验教学方法形式单一、陈旧;单纯为了完成教学任务而安排实验,对学生实验能力的培养显得没有计划、没有目的、缺乏系统性。同时对[4]引导学生积极、主动地学习,培养学生独立思考的能力和习惯的指导思想不够明确,教师在实验教学中一手包办现象严重,学生最多只是机械模仿,缺少动手和动脑的机会,能力得不到相应的提高。

4、实验教学模式僵化,物理实验教学的基本原则没有得到充分的体现,教学方式呆板.从教学内容到教学方式没有给学生留出足够的发展空间.就分组实验来说,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.然而每次实验课教师还要花相当长的时间根据教材讲实验目的、原理……,然后学生照着现成的实验步骤或跟着教师动几下,取几个数据,实验就算完成了.这样做实验,收获不大.再说,现阶段往往是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,这样就有可能导致部分学生看别人怎么做,自己就怎么做,特别是两人合做时,有极少数学生只看不动手,也不留心实验观察,不记录有关数据,更谈不上去思考.这种教学模式不利于提高学生发现问题和解决问题的能力,不利于引导学生突破思维定势这个思维障碍,不利于学生创新思维方法的形成,不利于学生智能的发展。5、现在正在使用的新教材中,物理实验虽然在形式、编排和内容的设计都明显优于传统的老教材,但是在学生实验方面,在实验的方式、方法和设计思想上仍然保持传统的格局,没有质的改变。我国幅员辽阔,各地区经济发展不平衡,落后地区学校的实验器材缺乏,实验课时少,实验课得不到应有的重视;出学高中物理者,由于对实验的思想缺乏了解,对实验器材不熟悉,也很难根据实验目的独立设计实验方法和选择仪器。

以上实验教学的现状,极大地影响着物理教学质量,与物理教学目的、教育改革的要求和物理实验教学重要地位很不相称,与时代发展对人才的要求很不适应。

三、促进实验教学改革的几个配套措施

我们应当看到当前高中物理实验教学薄弱,是有很多方面的原因。在分析问题、解决问题的时候也应从这些方面进行,应针对高中物理实验教学现状,从素质教育的高度,从这些制约因素出发,进行高中物理实验教学改革,使实验教学能充分发挥其在素质教育中的特殊作用。那么要加快实验教学改革的步伐,首先要抓好几个配套措施:

1、转变观念

高中学校上至领导,下到学生,对基础课普遍不够重视,认为可有可无。高中物理实验教学的现状在很大程度上与观念有关,要促进实验教学改革,转变观念是关键问题。

教育是培养人的一种社会大行动,应该从家庭、学校、社会来统一考虑。我们不能把物理实验教学的现状单单的归咎于物理教师,其实不少教师是深知物理实验的重要性,而且也曾经设想或尝试采用较好的教学方法,但迫于各方面的压力,教学课时上的限制,最后不得不放弃。因此要转变观念,就要转变整个社会的观念。要让学校和教师,特别是社会上的人们认识到教育不能追求暂时的表面的效果,不能急于求成,而要着眼于未来,特别要着眼于学生在未来社会的作用与价值。教育不能带有功利性,而要为社会培养真正的人才。

学校领导树立了新观念,观念端正了,才能在课程设置、经费投入、师资调配和其他相关方面充分考虑到物理实验教学的实际需要,并在一定程度上对实验教学改革给予保证。同时也只有让学生、家长知道素质教育的重要性,使他们从以前单单追求短期学生成绩和升学率的片面认识中转变过来。这样才能给广大物理教师一个广阔的发挥才干的空间,使他们能自由地投身于物理实验教学改革中去,充分发挥主观能动性,在教学中大胆采用创新[5]教学方法。只有这样得到各方面的大力支持,物理实验教学的改革才能大步向前迈,才能改进现状。在物理实验教学上,以教师为中心的教育观,把物理实验教学作为教师传授知识、学生巩固和理解知识的辅助教学手段。于是,有的时候会出现忽视实验教学,或出现认为可有可无的情况。以学生发展为中心的教学观,则把物理实验教学作为整个物理教学过程的一个重要环节,启发学生主动地获取知识,培养和发展学生的能力。因此,改变传统的教育观,树立新的教育观念,实施素质教育,就要不断提高对实验教学基础地位的认识,从提高实验教学的效果,激发学生学习兴趣,提高学生的能力出发,认真改进、大力加强实验教学,把实验教学真正移到以实验为基础上来。高中物理教师树立了这个教育观后,教师就会千方百计地重视实验教学,努力做好实验。

2、提高教师自身素质。

战斗在教育第一线上的教师是实施教育的直接参与者,要真正运用好物理实验,使之对提高教学质量发挥出独特的作用,需要教师具备的实验教学的素质,既要有物理学理论和实验知识,又要有教育学、心理学和教学法的知识,还必须脚踏实地亲手实践。

科学在发展,教育也要发展,没有一成不变的。作为一名物理教师要通过不断的学习使自己的实验教学能力和知识水平提高,使自身具备良好的实验能力和实验技能;要有钻研和创新精神,例如对物理中的疑难实验进行专题学习和研究、改进一些实验等;也应接受新的教育理论、新的教育思想,指导自己的教学实践。同时各地区教育部门应组织力量定期对在职教师进行培训或组织在职教师进修。其他教育教学方面的培训在有些地区已经开展,但针对物理实验方面的相对较少。可以进行针对物理教师在物理实验中对实验的设计,实验测量的操作技巧,设计、改进实验以及排除故障的创造性能力等方面的培训[6],此外通过举行各级研讨会,提供物理教师间交流与探讨的机会,从而相互促进。

3、探索改革实验教学模式,发挥主导、主体功能。

学生实验,有培养学生阅读能力和自学能力,提高实验技能,掌握科学思维方法等功能。3.1学生实验必须放手让学生自己动手去做,而且应该尽量体现探究性,突出学生的主体地位。传统的实验教学往往是在实验课上教师惟恐学生实验不会做,故用大量时间讲解的原理、步骤、仪器的选取等所有的细节,最后只让学生按照教师的讲解进行一个机械的操作,其结果是学生成了一个动手操作机器。基于物理学科高中生的思维特点,高中物理实验应让学生根据已有知识,根据研究问题的需要自己[7]设计实验方案、根据需要自己选取实验仪器的教学设计,真正体现以学生为主体的教学思想。3.2教学过程要通过灵活的设问和适当的分析归纳培养学生的发散性思维和集中性思维。在教学以发散性问题方式提问。在学生根据自己提出研究方案进行实验时,允许学生选择不同的器材,采用不同的实验方案。在对实验数据的分析和处理过程中,允许学生根据自己设计的实验研究方案来处理。当然要适当地指出不同实验方案的差异。同时,鼓励学生提出[8]实验中发现的问题,并且组织学生进行讨论,特别是与教材、教师不同的观点,让他们的创新意识反作用于教师,以次来完成“教学相长”的过程。学生只对学习活动主持主动态度,才能使自己的思维活动处于积极、活跃的状态,思维也才能具有创造性,强列的求知欲是学生创造性学习不可缺少的内部动力。这样,整个教学过程中既有发散思维又有集中思维,有利于培养学生的创造性思维。3.3对于高中学生,经过几年的物理学习,不仅对物理学研究问题的方法、手段已经比较了解,而且对常见实验器材的作用和性能也日趋熟悉。可以说,这个阶段的学生一经具备了通过实验来研究物理现象,探究物理规律的潜质。应抓住时机,促使学生把教材中学到的知识和思维方法通过自己动手实验,在实际的探究过程中予以巩固、提高,逐步养成认真负责,严谨细心,既敢想赶做,又事实求是的态度,锻炼动手能力,提高科学素养。在提倡素质教育的今天,应注重学生个性化的发展。在规定学生完成一定的实验计划的前提下,可以鼓励、引导学生不拘泥于教材中的做法,可以进行一些创新改进[9],或自己另外设计不同的方案或者自己提出实验研究课题,设计实验方案,独立或与同学合作进行。

现以新教材高中物理必修第二册的实验“把电流表改装为伏特表”为例,介绍对本节实验教学的改进,可以不按照新教材的规定先介绍“半偏法”测电流表内阻,再把电流表改装为伏特表,最后进行校对的顺序教学。可以在简介“半偏法”测电流表内阻以后,要求同学们大胆的猜想,还有什么原理和方法也可以测量电流表的内阻,并且把这个猜想课题提前布置给学生,要求学生提出测量电流表内阻的其他方法,然后由学生依据自己对伏安法测电阻原理的理解程度而发散地思考,自主选择测量Rg的方法,再该将其改装为电流表并予以校对。将选择相同的测量Rg方法的学生合为同一大组,不同的组由于选择Rg的方法不同而得到的测量结果也不同,适时地引导学生将这些结果予以比较,看谁最合理、最终、最佳的测量方法由学生判定选择。

教学过程:

(一)“半偏法”测电流表内阻的原理(由老师介绍,此处省略)

师:除了“半偏法”测电阻以外,同学们还能想出其他测电流表内阻的方法吗?

(同学们边思考边讨论,讨论内容已经提前几天通知学生,教师根据学生的设想予以总结并板书如下)

(二)设想其他测量方法

1、用欧姆表测电流表内阻

有些同学提出用欧姆表直接测量电流的内阻。测量中,只要选择R*10档就可以了。(此方法是否合理,等实验结束后予以评价)

2、伏安法测电流表内阻

1、有些同学认为可以用伏安法测电流表内阻。选择量程较大的滑线变阻器,按右图连接电路,使电路中的电流降至电流表的量程之内,并由电流表示数Ix表示流过表G的电流,再选用量程很小的伏特表测出G的端电压Ux,由公式R=Ux/Ix即可得电流表的内阻。

3、计算法测电流表的内阻

同学们提出了很多测量电流表内阻的方法,虽然选用的器材和电路各异,但归纳起来不外乎是利用串联、并联电路知识通过计算的方法测出Rg,统称为用计算法测量电流表内阻,并予以下一例为代表。如图所示,闭合K后经调节R2和R1,使得流过G和Made电流分别为Ix和I,此时电阻箱R1的阻值为Rx,故Rg=(I-Ix)Rx/Ix.

(三)具体操作

1、分组

将全班学生分为A、B、C、D四个大组,每组选择以上四种方法之一测量电流表内阻,分组次序是:

A组:选用“半偏法”测电流表的内阻;

B组:选用欧姆表测电流表的内阻;

C组:选用伏安法测电流表的内阻;

D组:选用计算法测电流表的内阻。

2、选择器材

每组根据自己选定测量方法的特点选择器材并设计测量电路。被测电流表统一为实验室中常见的J0409型灵敏电流计,满偏电流Ig=300uA,电压降ug=30mv,内阻约Rg=100欧姆。

比较结果

3、A组汇报:Rg=99欧姆,(由A组组长汇报本组中各小组测量的平均值,下同)从测量原理来看,测量值小于真实值,由此改装成的伏特表的内阻Rv=nRg小于相应标准伏特表的内阻,电流表测量值偏大。

B组汇报:Rg在98欧姆--99欧姆之内,操作方便快捷,组员的感觉很轻松。

C组汇报:组长反映电路按下图接好后,在读伏特表的示数时发现伏特表的指针偏转角度很小,几乎没有办法读出G电压,就在他们准备要放弃此测量方法时,有同学偶然发现多功能电表的直流电压档的最小量程是0.25V,完全可以册出G的端电压,着一发现使他们兴奋不已,各小组的测量平均值Rg=100欧姆,这一测量结果于J0409型电流计的说明书提供的内阻完全相同。(汇报中,该组学生特别得意)

D组:Rg=98欧姆,同时组长还提出一个另他们困惑的问题,他们从测量与那里上看D组于C组相同,同时求G的端电压,C组直接用伏特表测出,D组是(I-Ix=)*Rx算出,那么为何C组结果准确而D组的结果(Rg=98欧姆)与说明书提供的数值差别教大呢?

要求D组的同学暂时把寻找误差的原因放一放,和全班同学一道讨论什么方式测量电流计的内阻最好,最终结果认为C组的测量方法最切合实际。

师:请同学们迅速算出将此电流表改装为电压表应串联的电阻,并将此改装表用标准电压表校对。

(四)总结

师:通过比较同学们判断测电流表内阻的最佳方法是C阻的伏安法,和教材提出的“半偏法”相比,该方法的原理及电路连接更简单,测量结果更准确。

本节课也有没有解决的问题,如D组的测量方法为什么会出现较大的误差,C组测量方法的主要误差来源是什么等等。以上这些留给同学们在课后可以继续讨论,必要时老师可以参与。

4、开展丰富多彩的第二课堂活动

4.1把课外活动纳入实验教学的范围是实验教学改革的重要环节,为了从多方面培养学生做物理实验的兴趣,在学生掌握了一些基本实验技能后,应按统一计划,组织好课外活动,配合课堂实验教学,具体措施,一是根据教材实验特点和青少年的心理要求,精心设计课外活动的内容。做到既注意内容和形式的统一,又注意活动的趣味性。保证两课的内在联系。二是抓好落实,一学期的实验内容要事先确定,建立活动小组,安排好辅导老师,以保证课外活动经常化、制度化。把课内和课外内容衔接好,课内课外就能相互补充。此外,利用课外活动这块阵地,我们还举行了许多别开生面的专题讲座、专题答辩会、科技信息讲座、小制作、小发明等,对促进实验教学起到了很好的作用。

4.2举办综合性实验竞赛,将知识性、趣味性、科学性和群众性融为一体。为了巩固实验教学的质量,使课外活动具有更大的吸引力,每学期定时举办规模较大的实验竞赛活动。

4.3引导学生日制学具、教具,参加"小发明、小制作"活动,培养创造型人才引导学生进行发明创造,参加自制学具、教具的活动,一方面可以巩固课内实验所学的知识和初步掌握的基本实验技能,更重要的是培养了学生的创造能力。在这个活动中,学生们大胆设想认真设计,精心操作,这是传统的教学过程无法达到的。引导他们自做学具、教具,鼓励他们创新。在这一活动中,应始终坚持真(原理科学)、新(设计新颖,采用新技术)、美(设计简单合理,主次分明),在整个活动中自然形成以学生为主体,并由一批骨干队伍带动,发展到全班学生纷纷动手,大大提高了学生的实验技能和理论水平,丰富了学生的课外活动的内容。5高中物理实验教学改革,还有赖于一个教育系统目标、各方面的政策、经费投入等的保证。经常性地对学生开放实验室,提供第二课堂阵地,鼓励学生根据学习的需要或教材中的"小制作"等自行设计一些验证性或探索性实验。国家要设立专门经费来支持特别是经济落后地区学校的实验室建设,支持实验教学。在不少地方学校由于实验仪器、设备问题,基本实验还做不全,却拨大量资金用于大兴土木、用于购买电教设备,去提高表面的教育设施[10]。学校应把有限的经费用在最基本的教学需要上为好,给实验教学的顺利开展提供一定的保证,少一些形式上的东西。

可以相信,只要切实地抓好制约物理实验教学改革的几个配套措施,通过广大物理教师、教育研究工作者的共同努力,职业高中物理实验教学改革的步伐将进一步加快,实验教学的现状将得以改变。

[参考文献]:

1、陶洪.物理实验论.广西教育出版社

2.安忠、刘炳升.中学物理实验教学研究.高等教育出版社

3、胡炳元.物理课程与教学论.浙江教育出版社

4.张民生.中学物理教育学上.陶洪.物理实验论广西教育出版社

5徐旭清.注重实验方法培养创新能力.中学物理2004,3,5

6、丁玉祥.推课改实验区各种版本物理实验教科书的策略研究.物理教学探讨2004,03

7.康良溪.学生自主实验能力的培养.物理教师2000,12(12)

8、郭昭全、何胜红.高中物理学生实验课改革的实践与思考.物理教学探讨2000,8

9、谢宏.新教材学生探索物理教学探讨2004,01

10.卢惠林.改革中学物理实验教学的新构想.中学物理教学参考2000,10