高中物理实验的改进和创新课题结题报告.doc
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高中物理实验的改进和创新课题结题报告.doc
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吉安市教育科研课题结题申请书
(课题完成时填写、一式一份)
成果摘要:
(研究的主要方法和结论、重要过程和依据及主要成效)
本课题对在新课程标准下的高中物理实验教学的理论进行了系统化的探讨,并对一些教师演示实验、学生分组实验、小实验进行了改进和创新,具体工作有:
(1)准确理解和落实课程标准对实验的要求
(2)研究怎样提高实验教学的有效性(3)演示实验设计思想的改进;(4)演示实验装置的改进和创新;(5)演示实验的开发,包括常用物品类实验、玩具类趣味实验、家用电器类实验、新材料类实验的开发;(6)学生实验教学的改进;(7)课外小实验的开发;(8)搜集生动形象的视频剪辑来补充物理实验。
通过以上工作,教师可以用新实验来说明一些抽象的物理规律,增强了实验的趣味性,密切联系现实生活。
学生亲手参与一些演示实验和课外小实验,提高了动手能力,激发了学习物理的积极性。
利用“黄岩中学物理组”网站实现了课题成果的共享,受到全国各地物理教师的好评。
成果清单
主成果:
(1)准确理解和落实课程标准对实验的要求
(2)研究怎样提高实验教学的有效性
其他成果:
1.演示实验的改进与创新
2.学生实验教学的改进
3.课外小实验的开发
4.搜集生动形象的视频剪辑来补充物理实验
参加研究的其他成员及贡献(限列5位)
姓名
职称
单位
分工及主要贡献
李红英
主管护师
井冈山大学附属医院
简单医疗器械在物理小实验上的妙用
李金凤
中学高级
吉安一中
学生实验的改进与创新
刘林
中学一级
吉安一中
地理教学中的物理实验启发
罗飞兰
中学一级
吉安一中
物理实验数据的统计拟和
廖行忠
中学高级
吉安一中
物理竞赛中的实验归纳与指导
彭涌
中学高级
吉安一中
演示实验的改进与创新
李继绵
中学高级
吉安县立中学
课外小实验的制作与评估
林春明
中学高级
吉安一中
电学演示实验操作说明
刘令道
中学高级
吉安一中
演示实验的开发
负责人单位意见
领导签名:
学校盖章年月日
《新课程标准下高中物理教学》
之高中物理实验的改进和创新
课题结题报告
胡林安
(江西省吉安市一中,343000)
2008年9月
目录
一.主成果
1、如何理解和落实课程标准对实验的要求…………………………1
2、怎样提高实验教学的有效性………………………………………12
二.附件
1.演示实验的改进与创新…………………………………………14
2.学生实验教学的改进……………………………………………20
3.课外小实验的开发………………………………………………20
4.搜集生动形象的视频剪辑来补充物理实验……………………21
《新课程标准下高中物理教学》
之高中物理实验的改进和创新
胡林安
(江西省吉安市一中,34300)
【摘要】本课题对在新课程标准下的高中物理实验教学的理论进行了系统化的探讨,并对一些教师演示实验、学生分组实验、小实验进行了改进和创新,具体工作有:
(1)准确理解和落实课程标准对实验的要求
(2)研究怎样提高实验教学的有效性(3)演示实验设计思想的改进;(4)演示实验装置的改进和创新;(5)演示实验的开发,包括常用物品类实验、玩具类趣味实验、家用电器类实验、新材料类实验的开发;(6)学生实验教学的改进;(7)课外小实验的开发;(8)搜集生动形象的视频剪辑来补充物理实验。
【关键词】新课程标准物理实验开发改进创新
前言
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。
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。
教育部于2003年制订的《普通高中物理课程标准(实验)》指出,物理实验可以激发学生实验探究的兴趣,增强学生的创新意识,发展学生的实践能力。
加强实验教学,提高物理教学效果和开发学生的创造能力,在加强素质教育的今天,显得更加突出,尤为重要。
当前的高中物理实验教学中,存在以下几个问题:
(1)无法准确理解新课程标准对物理实验教学的要求
(2)演示实验的设计思想不合理。
(3)实验装置制作粗糙,趣味性差,导致学生对实验的兴趣下降。
(4)物理实验与生活脱节。
(5)教师自行开发的实验较少。
(6)可供学生参与的课外小实验较少。
(7)实验教学用的视频剪辑贫乏。
本课题的研究目的是改进高中物理中的不合适实验,开发出优秀的演示实验、学生实验和课外小实验,搜集生动形象的视频剪辑来补充物理实验,总结实验教学的优秀成果,提高学生的实验能力,使实验教学思想与时俱进。
一、如何理解和落实课程标准对实验的要求
(一)如何理解课程标准对物理实验教学的要求
1.课程标准对物理实验课教学要求
请先听一听一些教师对课程标准中关于物理实验教学要求的看法。
问:
在高中物理新课程的实验教学中,你是否明确哪些实验是必做,哪些实验可以选做?
答:
不太明确。
以前的《教学大纲》有明确的罗列出,哪些是必做学生实验和演示实验,对选做的都有用打星号的形式标注出来。
而现在的《课程标准》就没有明确的规定。
所以我认为,高中现在的新课程的实验教学不太容易把握。
我们认为,在课程标准的“内容标准条目”中,所罗列的实验应当是必做的;而在“范例”和“活动建议”中所罗列的实验是可以选做。
必做
内容标准条目
经历匀变速直线运动的实验研究过程
通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律
通过实验了解物体的弹性
通过实验,理解力的合成与分解
通过实验,探究加速度与质量、受力的关系。
通过实验认识超重和失重现象。
选做
范例
用打点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动。
制作一个简易弹簧秤
研究两个大小相等的共点力在不同夹角时的合力大小。
通过实验测量加速度、力、质量
活动建议
通过实验研究质量相同、大小不同的物体在空气中下落的情况
通过各种活动,例如乘坐电梯、到游乐场乘坐过山车等,了解和体验失重与超重。
本表是《课程标准》中《物理1》对实验的要求。
内容标准条目的第一项明确要求:
让学生“经历匀变速直线运动的实验研究过程”,但并未明确要求应经历怎样的实验研究过程,而是在范例中提供,“用打点计时器、频闪照相或其他实验方法研究匀变速直线运动”的选择。
再如,内容标准条目第三条明确要求,必需让学生“通过实验了解物体的弹性”,范例中给出了“制作一个简易弹簧秤”的实验。
但在教学中我们可以让学生做这个实验,也可以不做而改为其它的实验。
在活动建议中提供的内容,也是可以根据实际情况选做的。
这样将理科倾向的学生所学习的《物理1》、《物理2》以及《选修3系列》的实验要求进行统计,可以得到下面的数据:
模块
内容标准
范例
活动建议
合计
物理1
6
4
2
12
物理2
2
2
1
5
物理3-1
7
8
6
21
物理3-2
6
6
1
13
物理3-3
2
4
3
9
物理3-4
12
7
3
22
物理3-5
4
2
1
7
合计
39
33
17
89
而过去的《教学大纲》中所罗列的学生实验,必做的有19项,选做的有3项,共22项。
虽然上表中“范例”与“内容标准”所罗列的实验有的部分是重复,但是从学生实验的总数量看,课标中的要求比以前的大纲更多。
在必做实验的39项中,比较容易让学生动手做的大约有21项,在选做实验的50项中,比较容易让学生动手做的大约有13项,再加上像游标卡尺、螺旋测微器、多用电表这样常规测量仪器的使用等等,比较容易实现的学生分组实验大约有40项。
这充分说明了高中物理新课程比以往更加注重物理实验的教学。
2、《课程标准》与《教学大纲》对实验的要求究有何不同?
现在大家对必做和选做实验有了比较具体的区分,那《课程标准》与《教学大纲》对实验要求的差别又在哪里呢?
下面我们先听听一线老师的意见。
问:
《课程标准》与以前的《教学大纲》相比,对实验的要求有什么不同?
答:
过去的实验教学,我们更注重于应试,现在则侧重于学生的参与过程,使学生真正明确实验的意义,学会做物理实验。
我与其他学校的老师交流时发现,由于课标的要求不太明确,加上不同学校的生源和条件不同,导致各学校的老师对实验要求的把握也就有比较大的差异,甚至有的教师还认为《课标》对实验要求是弱化了。
课程标准与教学大纲相比,对实验要求的呈现方式上有所不同。
对于必做、选做的演示和分组实验,在《教学大纲》中有明确的规定,而《课程标准》则是以不同的行为动词对实验给出了明确的要求。
比如:
用“测量、测定、操作、会、能、制作、设计”等行为动词表示对独立操作的不同层次要求。
用“观察、实验、探究”等行为动词表示对实验经历的不同层次要求。
在《教学大纲》中,选做实验是指那些选学内容中的相关实验;而《课程标准》则是在必学的内容中设置许多选做的实验。
《课程标准》所罗列的必做实验,是国家对高中教学的保底要求,是实验教学要求的下限。
实际教学中应尽量往高要求靠,即在完成必做实验基础上,尽量多做些选做实验。
对于《课程标准》中未明确规定是学生分组还是演示实验的,应尽量安排学生分组实验。
《课程标准》对实验的弹性要求,更有利于不同地区根据各地的实际条件灵活把握。
《课程标准》对实验过程的要求更加明确,总体要求并不比《教学大纲》低,反而对某些能力的要求还更高一些,比如:
对“物理实验结果进行预测”、“尝试选择实验方法及所需要的装置与器材”,还有收集与处理数据等方面都比以前的要求更高了。
3、《课程标准》对实验器材不作统一要求的意图
新教材中的实验比以前多了,但在每一个实验的呈现上,却与以前有所不同,它没有指明具体用什么器材来完成某个实验,这是基于什么考虑呢?
我们先听听老师们的看法。
问:
你知道《课程标准》中对许多实验并没有规定用什么样仪器来完成的原因吗?
答:
以前的教材是用统一的器材完成同一个实验,现在则不作统一的规定,我认为《课标》的意图是给学校和老师的实验教学带来更大的自主性,但这也给仪器的购置带来一定的麻烦,各学校的器材差异也会越来越大。
对于同一个实验,《教学大纲》下的教材是给出统一的器材,并有明确的操作步骤,而《课程标准》下的教材并未规定一定用什么器材来完成,更谈不上具体的操作步骤。
这是为了适应各个地区的不同条件,有条件的地区可以用高级的器材做实验,比如用DIS数据采集系统进行定量研究,没有条件的地区可以想办法用低成本的自制仪器同样也可以完成实验,这也给了教师更大的对教材再创造空间。
同时体现了新课程背景下,教师应该要用教材教而不是教教材。
(二)如何落实“培养学生的操作技能”的教学目标
《高中物理课程标准》对实验有三个维度的要求,在知识与技能方面主要是:
掌握物理实验的一些基本技能,会使用基本的实验仪器。
在物理实验的教学中,应如何培养学生的操作技能呢?
如何让学生学会使用基本仪器呢?
关于这个问题,我们也先来听听老师们的观点。
问:
请问如何落实“培养学生的操作技能”的教学目标呢?
答:
培养学生的操作技能的目标是靠一定量的学生分组实验来保证,同时教师的示范性起着重要的作用。
问:
在教学中如何落实“会使用基本的实验仪器”的教学目标呢?
答:
要掌握基本仪器的使用,就要多操作,多体验。
教师可引入竞争和激励机制,使学生人人都能掌握基本仪器的使用方法。
我们认为,学生的实验技能应当包含两个方面,一是基本仪器的使用技能,二是实验的操作技能。
要培养学生的实验操作技能,首先就应当让学生掌握基本仪器的使用方法,学会规范操作。
一般来说,技能的培养,一要靠文本的学习;二要靠模仿体验;三要靠创新使用。
以测量工具为例,掌握测量仪器的使用常规,应使学生知道,不同的测量工具和仪器,由于测量对象不同,仪器构造原理不同,相应使用方法和保护措施也不同,但是必须掌握对任何测量工具或仪器的使用常规,并通过这个技能的训练以提高独立使用和掌握新仪器的能力。
如:
“游标卡尺”和“螺旋测微器”的使用。
大家都知道,对于这两种测量工具的使用,在高考复习中大家几乎都把它当作考题来对待,让学生做了不少的读数练习,学生也都说会了,可就是每次考试的得分率都不高。
实际上,测量工具的使用就是技能问题,前面说了,技能的培养,一要靠文本的学习;比如游标卡尺,首先应让学生明白游标卡尺为什么可以提高测量的精度,二要让学生模仿教师的操作:
用单手操作,右手拿游标卡尺,拇指推动游标(如图所示)。
通过这样的模仿,学生也就学会如何手持游标卡尺了。
三要靠创新使用;游标卡尺的读数有一定的技巧,应通过不断的练习使用,逐步掌握读数的技巧。
对螺旋测微器来说也是如此,但这两种工具在高中阶段能让学生使用几次呢?
总共的两三次使用能掌握好吗?
即使后面通过大量的习题训练,其效果都是不如人意。
因此,平时应多创造机会让学生反复体验,不断感悟,才能使学生像工人那样熟练的使用它。
我建议,老师们在下班辅导时,常把这样的小器材随身携带,为学生提供更多的操作机会。
关于落实“培养学生的操作技能”的教学目标,还可以从引导学生学会使用基本仪器入手,将操作技能的培养渗透于平常的物理教学之中,并且在教学过程要重视关注学生的操作细节,发现问题及时给予点拔、纠正。
比如:
用弹簧测力计测量力的两个实验——测重力、力的合成实验。
从这录像中可以看到,学生在使用弹簧测力计测量力的过程中出现了两种错误的操作方法:
一是:
测竖直方向的力时,手持弹簧测力计的外壳;
二是:
测水平方向的力时,手拉弹簧测力计的拉环;
这两种错误的操作方法,都很容易造成挂钩卡壳,导致所测量的结果发生错误。
这是学生使用弹簧测力计时常出现的错误,我们教师应及时予以矫正,让学生明白:
测量竖直方向的力时,手拉拉环;
测量其它方向的力时,手拿外壳。
任何一种操作技能的训练,都需要一个从模仿到熟练的过程,才能达到手脑协调操作的目的。
因此,实验技能的训练必须保证足够的时间,有多次练习的机会。
同时,由于个体活动的差异,学生掌握技能的情况会有不同,这就需要我们教师因材施教。
在学生实验课上,必须充分考虑到这一特点,设计好必要的问题,放手让每一个学生在动脑的基础上去动手操作。
创设必要的条件,让每一个学生有多次重复练习的机会,包括在不同实验课中,重复同一技能的训练。
针对学生的差异,提出不同的实验问题和实验要求,使一般的学生能掌握基本的技能,较好学生的实验技能也能得到进一步的发展。
对学生操作技能的训练,必须以学生操作为主,在学生自主操作的过程中,实验能力才能得到培养与发展,操作技能主要是指熟练使用仪器的能力,包括组装、调节、故障排除、读数技巧等方面。
在实验课中,教师应当有计划、有目的让学生自己动手组装、调试器材,排除一些简单的故障,要防止实验时由教师或实验员全部组装调试好,而学生只是简单的模仿实验操作的现象。
对于测量仪器的使用,我们应让学生明白:
①使用测量仪器之前,应首先弄清测量范围、最小分度值与相应单位;②了解使用方法及保护措施;③使用前应检查零点,包括复零情况;④使用前应先弄清读数方法。
教师应引导学生按常规去掌握测量工具的使用,逐步达到学生能在教师指导下或按说明书,自己学习操作测量工具的水平。
而不是孤立地、就事论事地对测量工具进行讲解,提出许多具体要求,使学生不得要领。
(三)如何帮助学生掌握物理实验的常用方法
前面谈的是实验技能的培养问题,那么在实验教学中,还要培养学生掌握哪些方法呢?
如何加以落实呢?
这个问题,也先看看老师们的看法。
问:
物理实验有哪些常用方法要让学生掌握呢?
答:
物理实验方法很多,比如最常用的有控制变量法(如单摆、电阻定律等实验)、转换法(如焦耳定律、电容充放电、布朗运动等实验)、对比法(如自感现象等)。
问:
在具体的实验教学中,我们该如何落实物理实验方法的教学?
答:
可以通过师生共同设计实验的过程,使学生感受和体验物理实验的方法。
也可以组织学生自制仪器,并尝试用自制的仪器进行实验,这样有利于学生真正理解实验的方法。
物理实验所涉及的方法很多,比如:
控制变量法、类比法、转换法、放大法、记忆法、留迹法等等,在教学中应让学生逐步掌握这些常用的实验方法。
下面是一段《探究磁场对电流的作用》中运用控制变量法的实验教学。
案例一:
运用控制变量法的实验教学——探究磁场对电流的作用
运用“控制变量法”并不是简单的贴标签,而应在具体的实验中,让学生真正体验、感受并学会运用这种方法。
下面是一个运用对比法的《通电自感和断电自感》实验片段。
案例二:
运用对比法的实验教学——通电自感和断电自感实验
通电自感和断电自感的现象在通常条件下不太容易观察清楚,而通过两盏灯炮发光情况的对比,却能清楚地显示出自感现象来。
教学中,应重点让学生感悟这种方法的巧妙,今后遇到需要比较同一对象在不同条件下所发生的现象时,或者是需要比较不同对象在同一条件下所发生的现象时,都可以采用对比法进行实验。
再看《碰撞中的动量守恒实验》所运用转换法的实验教学
案例三:
运用转换法的实验教学——碰撞中的动量守恒实验
在“碰撞中的动量守恒实验”中,现有条件是无法直接测量碰撞前、后两小球的瞬时速度。
但是,可以利用平抛运动的规律,把难以测量的瞬时速度转换为容易测量的水平方向的位移。
这是非常巧妙的一种方法。
对于不易直接测量的物理量,根据某些物理原理转换为容易测量的物理量,这种方法能给学生曲径通幽的启发。
下面是运用放大法进行的《固体热胀冷缩》实验。
案例四:
运用放大法的实验教学——固体热胀冷缩实验
教学中应先引导学生想办法,让肉眼无法直接观察的膨胀现象变成可观察,而后再展示老师采用放大法解决该问题的演示实验,使学生惊奇放大法的奥妙,感悟物理学研究问题的方法,这样才能激发学生的创新思维,对培养学生的创新能力大有裨益。
下面是运用记忆法的《测量最大静摩擦力》实验。
案例五:
运用记忆法的实验教学——测量最大静摩擦力实验
教学中,应先安排学生亲自动手测量最大静摩擦力,让学生发现测力计的读数一瞬即逝,数据难以读取,进而引导学生设法在测力计上将最大读数记住,从而设计出记忆弹簧测力计,同时要注意,记忆装置应几乎不影响测力计显示所测力的大小,要保证纸与刻度盘之间的摩擦力要很小。
物理实验的方法很多,在此就不一一列举。
为了让学生掌握这些实验方法,在实验教学中一定要肯花时间,切莫一带而过。
多营造一些认知上的冲突,再引导学生想办法。
这样才能让学生对每一种方法有深刻的认识,不再是简单地记住实验方法的名称,在今后的实验探究中能自觉的运用它。
(四)如何培养学生处理信息得出结论的能力
那么,在运用上述介绍的实验方法进行实验,得到数据或相关信息之后,又该如何培养学生处理信息得出结论的能力呢?
首先应明确什么是“处理信息”?
它是指:
对记录的实验现象、数据,运用分析、归纳、推理等方法得出正确结论的过程。
其次是应明白处理信息的能力体现在哪?
主要应当是体现在:
能灵活地用不同的方法对现象、数据进行分析、归纳、推理得出正确的结论上。
同时,还能进一步分析得出一些拓展性的结论,如从误差分析中,找到原因,改进实验等。
再次是懂得怎样培养学生从实验现象和数据中找出规律性的东西,这就要通过平时的实验教学让学生掌握一些物理分析方法:
比如最常用的归纳法和图像法。
运用实验归纳法的前提,是恰当的实验记录表格的设计。
一个实验,如果记录表格设计不好,会影响归纳法的应用。
而记录表格设计得当,就能引导学生顺利、快捷地从实验数据中归纳出实验的结果。
因此,教学中应当指导学生设计好实验记录表。
例如:
在《楞次定律》的实验探究教学中,为了便于后面归纳出实验的结果,应引导学生设计好实验的项目、表格记录的形式,如下表所示:
N极插入
N极拔出
S极插入
S极拔出
示意图
方向(俯视)
逆时针
顺时针
顺时针
逆时针
1
方向
向上
向下
向下
向上
2
方向
向下
向下
向上
向上
3
变化
增
减
增
减
4
A
B
C
D
在得到实验记录表格后,多数情况下是用实验归纳法来总结出物理规律。
实验归纳法是在对物理现象和过程进行大量的观察和实验的基础上,对取得的大量信息进行分析、综合、概括和归纳,从中找出有关物理量之间的内在联系,得出结论或建立假说,再通过观察和实验进一步验证规律的过程。
例如,我们得到上述表格信息之后,应该引导学生先从A列分析得出:
当磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场反向;再分别从B、C、D各列中分析得出相应的结论。
最后引导学生从这四列结论中,综合分析得出总结论。
并给出便于记忆的、简洁的:
“增反、减同”的规律。
值得注意的是,对于《楞次定律》实验,有的老师设计的记录表格栏目太多,出现了一些不太必要的栏目,反而影响了信息的分析与归纳。
因此,引导学生从实验的项目、次数出发,设计实验记录表格栏目时必须进行筛选,使表格简洁。
同时要注意各栏目排列的顺序,以利于引导学生从表格信息中找出规律,提高实验教学的有效性。
前面谈了实验归纳法,而对于实验记录的信息是测量数据时,却常常要用图像法才更容易找到数据所蕴含的规律。
下面请看一个运用图象法的教学案例。
案例:
用图像法,找出“向心力与角速度关系”的数据处理过程
用一次函数关系拟合不成功
用二次函数关系拟合成功
可以看出图像法即形象、直观,又能很容易地将个别测量错误的数据加以排除,因此,它在精确研究上比归纳法更有优越性,所以也是物理学处理实验数据的重要方法之一。
在物理实验教学中,我们要培养学生运用图像法的能力,一是要让学生理解图像法的意义;二是要示范运用图像法的过程,为学生提供模仿的机会;三是多创造让学生独立运用图像法处理数据得出结论的机会。
在作图的过程中,应特别注意培养学生的科学精神和科学态度。
严防学生根据数据描点时不认真,以及根据所描的点作图线时过于草率的现象。
例如:
2003年高考理综全国卷的第23题,就很好地考查了学生运用图像法的能力。
请看这道题的部分内容:
23.(15分)用伏安法测量电阻阻值R,并求出电阻率ρ给定电压表(内阻约为50kΩ)、电流表(内阻约为40Ω),滑线变阻器、电源、电键、待测电阻(约为250Ω)及导线若干。
(1)画出测量R的电路图。
(2)图1中的6个点表示实验中测得的6组电流I、电压U的值,试写出根据此图求R值的步骤:
,求出的电阻值R=(保前3位有效数字)。
这道题是用伏安法测量电阻R的值,本题的第二步是在坐标图上给出有6个点,以表示实验中测得的6组电流、电压值,让学生回答根据图求R值的步骤。
这跟以往的考试方式不同,很符合新课程的理念,注重了过程性的考查。
从考生答卷看,许多学生画直线太随便,甚至不用尺子而徒手画。
教学中应让学生明白,如果在处理图像时不仔细认真,那么前面选用系统误差小的测量方法、选用精度高的测量仪器也就前功尽弃了。
答卷中还发现一些学生,他们的回答是:
先从6个点读出6组I、U值,再由6组I、U值算出6个R的值,最后取平均,其结果也在给分的范围内。
这样的答案算不算正确呢?
评卷时就有很大的争议,有的老师认为这
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