摘要-天津教研网

1、数字化物理实验教学对学生自主学习、主动探索的能力的研究与实践天津市实验中学12物理组立伟居智勇数字化物理实验教学对学生自主学习、主动探索的能力的研究与实践内容提要 本文所研究的主要内容是数字化物理实验教学对学生学习物理 自主学习、 主动探索的能力的调查。 在实验班使用数字化物理实验教 学方法；对照班使用传统物理实验教学方法。实验步骤为：增设使用 数据采集器的小实验的几种应用方式； 将传统的演示实验改为学生参 与的探究式实验， 把学生由被动接受者变为主动参与者； 突出数字化 物理实验中现代化设备的强大处理功能。关键词： 数字化实验教学 自主学习 主动探索引言11 题目陈述所谓“数字化实验” ，指

2、的是将现代实验技术和以计算机为核心 的数字化技术融为一体的实验。 数字化实验的应用， 不但能替代许多 传统仪表， 即使替代也不是简单的功能重复， 而是大大提高了测量范 围、精度、反应时间。因此，数字化实验使中学物理的教学内容发生 了很多改变， 许多原来不能做的实验可以做了， 许多原来只能定性的 实验可以定量分析了，许多“瞬时”的过程 （如碰撞） 我们能通过高速 扫描记录下来仔细分析了， 因此学生利用数字化实验手段可以探究的 问题范围和深度都大大拓展， 这对提高学生的探究能力很有益处。 计 算机及配套软件的使用使我们 “数据挖掘”的本领大大增强， 更容易、 更深刻地揭示客观世界隐藏的各种规律。数

3、字化实验系统将打破传统实验教学的固有模式， 使中学物理实 验具有高度的自主性、 开放性和探索性， 学生可以比较方便地根据不 同的目的设计实验。另一方面，对于同一个实验，不同学生在学习目 的上可以互不相同。实验既可以是探究性的，也可以是验证性的，由 于数字化实验具有便于使用的模块， 学生可以更自由地设计某个实验 来验证他们的想法， 为学生大胆创新提供平台， 以适应高中物理课程 标准中“物理实验专题”选修模块的需要。12 新课程标准对中学物理实验教学的要求普通高中物理课程标准 （ 实验） ，是在深化基础教育改革，全 面推进素质教育的背景下产生的， 它以全新的课程理念出现在我们的 面前。标准中关于物

4、理实验的描述，一并以“通过实验” “通过实 验探究”“通过观察和实验”等术语提出了要求。在教学建议方面， 新课程强调教学要致力于教与学方式的改变，尤其要促进学生学会合 作、探究、自主地学习。课程标准理念为物理实验教学改革提供了新 的思想理论，数字技术的普及则为物理教学提供了全新的技术手段和 教学平台.数字文化与课程标准理念的结合必将为物理实验教学乃 至物理课程现代化产生重大影响。1. 3问题及假设数字化实验教学有利于培养学生自主学习、主动探索的能力。二研究方法选择了天津市实验中学2007年入学的高一、6班，高一、8班两 个班的学生作为研究对象。其中，高二、 6班为对照班；高二、8班 为实验班。

5、每班各取40人，男女生各20人。实验周期为一年。调查法、实验法、比较研究法相结合的研究方法。2. 1自变量 采用数字化物理实验的教学方法实验班：采用数字化物理实验的教学方法 对照班：采用传统的物理实验教学方法2. 2因变量教学效果学生自主学习、主动探索的能力2. 3无关变量及控制方式表1 无关变量及控制方式无关变量控制方法教材内容同一教材（人教版）教学时间相同课时（4课时/周）物理学习原基础实验前物理成绩相当学生性别男女生比例相同教师选择同一物理教师实施步骤3. 1增设使用数据采集器的小实验的几种应用方式1、在呈现实验过程中探索物理规律的应用2、在可见度小，显示瞬间变化物理实验中的运用3、在某

6、些不易直接观察物理变化规律实验中的运用4、对于易出错的物理概念，可以通过实验用数据采集器去检验5、运用物理概念和规律到野外开展课外探究性学习活动6、用于有趣或有毒的物理实验3. 2突出数字化物理实验中现代化设备的强大处理功能在观察环节，数字化手段可以极大地扩展实验的可视性和可重复 性，以往用肉眼观察非常困难的物理现象， 现在可以借助数字视频技 术在时间和空间上的扩展可以清楚地采集下来反复观察。在数据采集环节上， 快更准地得到实验数据 用于讨论物理问题之中。计算机和传感器等数字手段的介入， 可以更 。从而节省宝贵的教学时间，把更多的时间利用计算机的强大数据处理能力，可将学生在数据分析环节上，从简

7、单、机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来，让他们的时间和精 力用在更有创造力的方面 。3. 3采用数字化实验教学实施课例在实验班使用数字化物理实验教学方法，对照班使用传统物理实 验教学方法。（如表1）表1数字化实验教学与传统实验教学的实施（举例）课 题实验班采用数字化实验教 学对照班传统实验教学1摩 擦 力1. 将多通道数据采集器与 计算机的USB接 口相连。2. 将两个力传感器与多通 道数据采集器连接。教师（学生）用弹簧测力计拉 动物块直至运动，感受由静到 动时拉力的变化，粗略测量静 摩擦和滑动摩擦。向心加速度3.传感器接入后，“ DataStudio ”软件自动 启动。数据采集：将力传感器清

8、 零，点击“启动”，逐渐 用力拉动重物，使重物匀 速运动一段后，停止米集 数据。1. 将多通道数据采集器与 计算机的USB接 口相连。2. 将光门端口与光门端头 连接，并将光门端口、力 传感器与多通道数据采集 器连接。3. 传感器接入后，“ DataStudio ”软件自动 启动。4. 缓慢转动平台，使“自 由砝码”保持静止，点击“启动”按钮，3秒后使滑 板转速突然变大。5. 转动稳定后，采集数据。1. 用质量不同的钢球和铝球， 使他们运动的半径r和角速 度相同观察得到：向心力的大 小与质量有关，质量越大，向 心力也越大。2. 用两个质量相同的小球，保 持运动半径相同，观察向心力 与角速度之间

9、的关系。3. 仍用两个质量相同的小球， 保持小球运动的角速度相同， 观察向心力的大小与运动半 径之间的关系。四数据统计结果及评价4. 1实验前后学生自主学习、主动探索的能力的分析通过调查问卷，了解学生自主学习、主动探索的能力。实验前后 各测一次，并对调查结果进行分析。（如表2）表2实验前后学生自主学习、主动探索的能力的分析调查问题选择项实验班对照班刖后刖后学习生活中， 你向老师同学家长提出问 题。A经常27%48%26%30%B、偶尔55%42%56%57%C从不18%10%18%13%学习过程中， 你常感到自己A、没有什么问题10%5%9%8%B、有问题但提 不出57%35%58%57%C、

10、经常能提出 问题33%60%33%35%你干什么都 想问个究竟 吗？A经常35%54%36%38%B、偶尔37%32%35%37%C从不27%14%29%25%你怀疑过老 师或教材中的 结论吗？A经常8%18%8%8%B、偶尔57%61%58%57%C从来没有35%21%34%35%学习中，对老 师的解释，你有 过不满意吗？A经常14%20%12%13%B、偶尔65%66%60%65%C从来没有21%14%28%22%在对物理问 题的讨论中，你 能 发表自己 的看法、观点。A、主动31%66%32%33%B、被动49%25%48%49%C从不20%9%20%18%你能注意周围的一些司 空见惯的

11、现象， 并努力去探究 它（如树儿为什 么向上长等）。A经常20%38%19%18%B、偶尔51%45%52%51%C从不29%15%29%31%你对老师提 出的问题 有与众不同的 解答。A经常10%18%8%9%B、偶尔41%54%42%42%C从不49%28%50%49%遇到问题时， 你能想到一 般人意想不到 的办法。A经常12%20%12%11%B、偶尔43%56%43%45%C从不45%24%45%44%做习题或解 决问题时，你 想到两种或两 种以上的方法A经常22%50%21%25%B、偶尔51%42%52%51%C从不27%8%27%24%(11)对老师提出 的问题，你是A、认真思考

12、有 把握后才回答51%60%52%55%B、不管对错都 要发表见解14%30%15%14%C、考虑了，但 害怕错，基本不 回答35%10%33%31%(12)学习物理概 念时，你对其 来龙去脉追根 究底。A喜欢27%56%26%27%B、偶尔喜欢55%32%55%55%C不喜欢18%12%19%18%(13)在实在不能 独立解决所遇 到的问题时，你疋A、放在一边， 过后就忘了27%9%26%20%B、查找资料， 以期启发18%26%20%16%C和同学讨论39%49%38%40%D、请教老师以 获得指导、16%16%16%24%圍学习物理知 识时，你将它与生活中、生 产中某一现象 相联系，并试

13、图 用其解释之。A经常29%49%30%31%B、偶尔51%40%48%51%C从不20%11%22%20%(15)你试着去弄清诸如钟表 等物品的原理， 并试图去改进 它。A经常24%30%25%24%B、偶尔33%36%31%35%C从不43%34%44%41%(16)你在对某一 问题拿不准时， 是否想到动手 做做看。A经常22%45%21%23%B、偶尔1 47%40%48%47%C从不31%15%31%30%(17)你 将学到 的知识应用到 实践中去。A经常17%27%15%18%B、偶尔47%44%48%47%C从不46%29%47%45%(18)生活学习中， 你能动手修 理家中或学校

14、 中的一些简单 用品。A经常15%18%16%16%B、偶尔59%61%55%57%C从不26%21%29%23%(19)你平时 阅 读各类杂志和 课外书籍，扩大 知识面。A经常29%41%28%30%B、偶尔55%51%57%55%C从不16%8%15%15%(20)物理学习中， 你觉得学习 最得要。A研究问题的 方法43%60%40%43%B、物理知识51%37%55%55%C不知道6%3%5%2%(21)分组实验时，你经常是A、亲自动手做 实验29%44%28%30%B与冋学起动 手做实验47%50%44%49%C、看同伴做实 验16%5%17%16%D不做也不看8%1%11%5%(22

15、)实验失败 时，如果重做将 花较多的时间， 你的做法是：A将书上的实 验结果写入实 验报告55%34%53%51%B、把失败的实 验结果写入实 验报告20%21%21%22%C、重复实验， 寻找失败的原 因25%45%26%27%以上各项调查虽有学生主观的影响，但统计结果与教学观察基本 一致。明显显示，实验前学生深受传统教育思想的左右，明显表现出 唯师是从，知识狭窄，能力低下，创见贫乏，与知识经济社会对人的 创新素质与能力的要求相距甚远。具体表现在以下几方面：1、2、3、4、5、7、(1) 问题意识。发现问题比解决问题更重要，没有对问题的发现、 提出，就不可能有问题的解决和创新。调查的第11、

16、12题显示学生是否善于提问，善于在没有问题处提出问题，敢不敢怀疑权威和书本，敢不敢发表自己的见解和观点。6、(2) 求异思维。创新品质中求异思维最重要，没有对问题的多角 度、多方位的思考，循规蹈矩，就不可能有新的发现和创新，第 7、8、9、10、20 题显示我们的学生是否具有求异思维品质、创新意 识，善于独辟蹊径，另选方法。(3) 学生的主体意识。第 6、11、19 题反映学生学习地位，主体 的参与意识和参与能力。第 7、12、13、22 题反映学生知识面，自主 探究问题的精神和能力， 。(4) 实践意识和能力。第 14、15、16、 17 、18、21、22 题反映 学生实践意识， 是否将实

17、验看作是探究能力和实践能力的训练。 具不 具有实事求是的科学态度和科学探究精神。通过实验，对调查问卷进行数据分析，实验班学生自主学习、主 动探索的能力明显提高。五 课题研究结论及今后设想数字化实验教学符合学生的认知规律，符合学生自身发展的需 要，受到学生的欢迎。在培养学生的学习兴趣、自学能力，发展创造 性思维和能力，培养学生不断探索、勇于创新的科学精神、实事求是 的科学态度以及培养合作精神与能力等方面， 较之传统的讲授法有显 著的优势。数字化实验系统的引入， 必将改变传统物理课堂教学的模式， 为 教师和学生的发展带来新的理念和领域。 实验不仅仅是动手， 还要动 脑。数字化实验系统的引进，表面上看减少了动手操作，但实际上大 大增加了智慧操作的程度。 数字化实验最重要的特点是实验的真实性 和现代化， 有利于学生理解现代实验技术的思想和方法， 培养创新意 识和能力。数字化实验体现了创新精神，它不仅仅改变