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文档简介
.中学教学中物理实验开展情况问卷调查及问题和完善对策研究TOC\o"1-3"\h\u318341.绪论 .绪论1.1研究背景物理是一门始终坚持在基础理论与实践实验相有机结合的基础学科。实验演示教学能够让学生产生有更加具体、清晰地知识认知,这本身就是他们能够了解和熟练掌握现代物理的一些基本概念及其物理运动传递方式和物理反应力等物理科学法则的必须构成条件。[1]学生通过在物理课堂上动手实验产生物理学科的兴趣及对物理学术探究精神。具有演示实验的物理课堂更有助于教师的授课,有助于教师更加顺畅的进行物理课程教学,使学生易于理解与接受。同时物理是一门对思维能力要求非常高的学科,一般不容易理解。因为这个原因,很多学生惧怕甚至是有点讨厌物理这个学科。运用实验的途径能够让知识更加容易被理解,在实验的合作过程中,学生互帮互助,创造良好的课堂氛围。[2]1.2研究意义中学物理在《课程标准》中明确要求了要培养学生的科学探究意识,使学生能在观察和实验中发现问题、提出合理猜想与假设、设计实验与制订方案、获取和处理信息、基于证据得出结论并作出解释,以及对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力;[3]除此之外,实验还可以培养学生的科学态度和精神。教师应培养学生认真对待实验的态度,培养学生尊重实验结果与事实,杜绝编造和修改所得的实验数据,这样可以使学生把实事求是的作风带到平时的学习和生活中去。实验的具体方式和要求,应该根据性质和任务而有所不同,或以验证物理规律为主,或以技能性实验操作为主,或以开放性科学探究为主,有效体现物理实验的育人功能,所以教师应注重物理实验教学,这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有十分重要的地位。[4]同样的仪器,同样的课时,不同的实验教学方法、教学模式会产生截然不同的教学效果。在新课改中,最重要的是要确立实验教学在培养创新型人才中的主体性地位,选择适合学生发展的实验教学,有利于激发学生的学习热情和探索真理的欲望,使学生真正成为学习的主人,培养学生的创新思维、创新能力和科学实践能力。因此,本文选题不仅能够提升学生对具体规律概念的全面认识,也能够使学生在探索实践中推进理论与实践知识的有效统一,对学生核心素养的培育与发展具有重要的促进作用。[5]1.3研究内容本文对物理实验在中学教学中的运用进行了研究。本文共分为六部分:第一部分阐述了选题背景和选题意义;第二部分分析了物理实验在中学教学中的重要性;第三部分以东楼中学为例进行了问卷调查设计;第四部分基于问卷调查结果分析了物理实验在中学教学运用中存在的问题;第五部分根据上述问题提出了完善物理实验在中学教学运用的策略;第六部分对全文进行了归纳总结。1.4国内外研究现状国内对于物理实验教学应用于中学物理教学的研究比较多,张作卿(2020)认为物理学术中所得出的每一条定律都必须经过实验验证。实验教学作为物理课堂教学的基本方法和手段能为学生提供直观性的研究效果及对实验的感受,帮助学生更加直接地理解物理规律。[6]李琴(2021)认为实验教学也是可以提高学生的教育实验知识和技能及其动手操作能力,是培养和激发学生的学术兴趣,提高课堂效率的重要举措。[7]林堂满(2020)的研究表明,开展了中学物理课程的实验性教学改革,培养学生学术探究能力的研究大致经历了三个阶段:中学物理实验教学研究,培养学生学术探究能力的起步阶段;中学物理实验教学研究,培养学生学术探究能力的快速发展阶段以及中学物理实验教学研究,培养学生学术探究能力的层次化、专业化研究阶段。[8]国外物理实验教育起步较早,并得以快速发展。在目前美国的专业学科实验教育课程建设的理论与实践中,美国非常重视对于学生的创新、创意、创造能力、独立自主实践技能等综合素质培养,它突出地体现了作为一种培养学生适应能力的教育方式,以其实践技术水平为教育基础,以提高学生的创新、创意、创造技术水平为教育根本,以个人发展为目标等多个方面。[9]综合分析上述理论,基于学科素养下的中学物理实验设计的要求,开展中学物理实验教学改革,培养学生学术研究能力的研究已经取得了系列丰富研究成果。但在理论研究、实验设计过程的优化以及实验教学设计等方面还需更加广泛深入的研究和探讨,对其实施结果的合理评估等方面也同样有待更进一步完善。2.物理实验在中学教学中的重要性2.1有利于创造更为和谐的教学氛围随着我国新课改标准的不断发展,对于不同的科目的要求已经有了很大的改进。就物理这一门综合性比较强的学科来说,新课改内容就要求学生们在进行学习的时候可以把所学到的相关知识进行转换。对于目前的物理知识课堂来说,老师在进行讲解时,还是占据了大部分,虽然物理知识比较抽象,但是老师们还是应该把时间交给学生们,让学生们通过彼此之间的交流进行不断的调整,从而使得他们的思维可以得到有效开发。因此,目前中学的物理教学应该进行很大程度的整改,老师们应该改变传统的教学思想和教学模式,通过设计问题情境的方法来帮助学生们提高自己的思维能力,从而创造出一个具有和谐氛围的教学课堂,以此提高学生们的解题能力。[10]在设立物理情境的基础下,相关的教学氛围可以得到进一步的改善,并且学生们在上课的时候,也可以在一定程度上开发自己的创新精神,使得学生们通过自己的不断努力来获得理想的成绩。这种教学方法对于学生们各个能力的开发都有着一定促进作用。同时在我国目前应试教育背景下的教育制度,现在的课堂重心更加关注于学生主体性的发挥,也在一定程度上对现代教育信息技术的运用有了一些关注度,教师只靠一支粉笔、一张嘴、一本教材就能完成一堂课的教学,这种现象已不多见,随着科技的进步及人类文化水平的提高,对于教育更高标准的追求,多媒体教学,信息技术教学已经无疑很好的融入到了学科教学之中,而这也在很大程度上提高了学生对于课堂内容的兴趣,这给有丰富经验的老教师无疑也是带来了全新的挑战,有教育经验多的老教师已经习惯了传统的教育教学方法,并没有很好的利用多媒体等信息技术的使用,这跟新生代年轻教师的上课方式形成了鲜明的对比,有了对比,学生就会产生选择,无论选择如何,都会对一方的教学产生一定程度的影响。无论是一位新生代的青年教师或者经验丰富的老教师都迫切地需要进一步更新自己的教育理念、增强自己的知识和技能,通过相应的教学设计实现各种新理论、新手段的有效融合和合理应用。由此可见,学习并充分运用了教学设计的基本原理与技术,可以推动教学工作的合理化,科学化,人性化,也为对新生代及旧时期老教师的专业和师资团队的建立与培养提供了一条极其有效的进步途径,可以在一定程度上调动和提高广大学生上课的积极性,学生上课的积极性一旦被调动激发了出来,那么整个课堂的气氛无疑会十分活跃,教学效率将会大大提升。[11]2.2有助于学生学习兴趣的培养和解题思路的扩展在教学的过程中,解题能力的提高离不开培养学生们对物理的学习兴趣,兴趣是学生们学习过程中最好的老师,要想提高学生们的解题能力,就得从基本的教学兴趣入手,在一定程度上培养学生们的解题能力,同时对于学生们解题思路的扩展也是十分重要的。对于现在的学生而言,对于物理题目的解题主要分为从题意中提取和记忆储存两个基本步骤。要想使得这两个基本步骤得到延伸并且使得这两个步骤可以有效的结合。最重要的就是在基础概念上融入相关的物理思想,从而保证学生们在学习过程中的学习兴趣能够得到提高。另外,老师在教学的时候应该根据学生们的学习特点,设计一个合理的教学方案。从根本上满足于学生们兴趣的培养,为教学课堂提供一个融洽和谐的教学氛围。[12]3.中学教学中物理实验开展情况调查3.1问卷调查设计此次问卷调查主要研究在初中阶段开展物理实验的情况,目的在于通过对部分学生的调查来全面地了解国内初中物理实验教学开展情况,通过数据了解分析原因。本次问卷调查的对象为东楼中学八九年级的学生,从东楼中学随机抽取学生,对年龄、性别、年级、物理学习成绩情况等均不做要求。本次调查工具主要以《义务教育课程标准(2011年版)》制成的,调查问卷中的3、4、5、12、14题均是根据课程标准中第二条课程理念制成的,主要要求学生能够从物理走向生活,增强学生的动手能力,培养学生对物理的兴趣。(问卷内容见附录)3.2问卷调查实施此次问卷调查均在东楼中学学生放学后组织进行并采取匿名作答,当场收回。本次研究总共派出300份问卷,收回问卷291份,其中有286份是有效问卷,问卷的回收率达到了97%。3.3问卷调查结果图3.SEQ图\*ARABIC1学生对于物理的喜欢程度图3.SEQ图\*ARABIC2学生对于物理实验的喜欢程度图3.SEQ图\*ARABIC3物理实验教学方式图3.1展示的是学生对于物理学科喜欢的程度。通过图片数据可以直观看到,有90%的中学生对于物理学科都持喜欢的程度,这说明中学物理在学生中的学科地位比较高,学生也乐于接受中学物理的学科知识。图3.2展示的是学生对于物理实验的喜欢程度。从图片数据可以看出,高达95%的中学生对于中学物理实验都持喜欢的态度,超过一半的学生对物理实验持“非常喜欢”的态度,这源于中学物理实验教学的直观性、科学性和趣味性。图3.3展示的是中学物理教学中物理实验的教学方式。通过图片可以看出,当前中学物理实验教学方式主要分为演示实验、观看视频实验和分组实验三种,大多数中学物理教师会选择观看视频实验作为物理实验教学方式。调查结果显示,非常喜欢物理的学生占四分之一,大部分学生都属于比较喜欢物理,但对于物理实验来说,非常喜欢物理实验的学生占一多半,从这个调查结果来看,部分学生虽然对物理没有那么热爱,但是对物理实验都非常有兴趣,物理实验是物理教学中必不可少的一个环节。对于现在的初中物理实验教学,演示实验和分组实验各占比少部分,观看视频实验占比最大,而且实验时大部分学生都没有采取分组实验的方式进行实验,这是教师实验观念的落后。绝大多数的学生在课后都不会动手制作小实验,建立了家庭实验室的学生少之又少,学生的实验能力、科学思维素养方面还需要加强。4.物理实验在中学教学运用中存在的问题4.1教师实验观念层面在初中教师的实验观念方面还是有很大的问题的,部分教师观念落后,认为在“应试”教育背景下,应该主要讲解物理理论知识,忽略了物理实验带来的优点。学生临近初中毕业时才做物理实验,为了通过物理实验考试,学校将两周的物理课改成了物理实验课,那是学生第一次进入物理实验室,一切都很陌生,所做的实验都是老师所指定的,实验步骤完全用实验清单列出来,学生对于实验只是依葫芦画瓢,并没有理解实验,也没有兴趣去了解实验。[14]学校对教师发布了教学任务,为了完成升学指标,部分教师就会舍去物理实验教学时间去抓学生的书面知识,这是一种认知错误,作为一名教师,应当以学生的发展为主,以前我们是给学生鱼,后来我们说不如授之以渔,但在现在的教学中更应该给学生一个鱼塘,让学生去创造去发现,学会发现问题、思考然后找到解决的办法,在物理实验中就是要让学生思考实验的方式,学生是否能够自己去设计实验以及解释实验原理等。这是现在部分初中物理教师所缺少的,要打破陈旧的物理实验观念。4.2实验设备层面依照目前大部分初中学校的水平,实验器材只能满足部分简单实验的正常操作。实验器材缺乏和不及时检修更加导致实验教学一直不能够正常进行,在重点学校这种现象稍微有所缓解,但是在偏远地区实验教学完全没条件进行,甚至教师没有一套可以进行演示实验的实验器材。学校没有物理实验器材,久而久之教师习惯了用语言去描述物理实验,另一方面是学校的实验室并不常常打开,学校仅仅是修建了物理实验室,但对物理实验不重视,因此实验设备年代久远,满足不了中学物理实验教学的目标。4.3学生实验能力方面从目前初中物理实验教学的现状来看,大多数的教学形式是由教师进行提前讲解,学生将具体的实验步骤、实验内容以笔记的形式进行记录学习,实际的操作时间较为有限,动手操作的机会十分稀少。尤其在当前多媒体技术在教育教学领域得到广泛应用的背景下,许多教师在进行初中物理实验教学时,采用多媒体课件的形式进行内容播放,虽然提升了学生观看的投入度,但是学生实际动手操作的机会仍然较少。这也使得学生对于物理实验的兴趣和主动性不强,影响了学生探索能力、创新能力的发挥。4.4学生实验操作水平从目前初中物理实验教学的现状来看,学生了解知识的方式也不仅仅是老师,在许多平台上都能够学到物理知识,但是由于部分学校不重视物理实验,开展次数相当的少甚至是不开展,学生对于物理的兴趣慢慢降低,学生的动手操作的意识不强,次数过少,相应的学生的实验操作水平也低,而操作水平低下又会让学生不能够及时获得学习效益,反复循环,学生的实验操作能力会越来越低。学生动手次数少,自然对于实验器材的使用也不太熟悉,其实对于一些简单物理实验器材学生在生活中也可以获取,例如:刻度尺,可以让学生自己观察刻度尺,了解刻度尺的量程、分度值等等,还可以同学之间互相交流,学习刻度尺的放置、读数等,这便是一个简单的物理实验,让学生多去接触实验,才能提升学生的实验操作水平。相比国外初中学生,国内的大部分初中学生都需要提高物理实验操作水平。5.完善物理实验在中学教学运用的策略5.1转变初中物理教师实验教学观念教师在一堂课中应该占主导地位,教师的物理实验教学观念直接影响了物理实验教学的实施效果。在日常生活中的一些物理小实验中,教师可以自行制作简单易得的实验器材或者学生自行制作实验器材进行实验,让学生亲身体验、感受实验过程,例如在探究流体压强与流速的关系时,就可以让学生自行设计实验。[15]教师引出问题,学生进行猜想,可能压强与流速成正比,可能与之成反比等等,然后再引导学生自行设计实验去探究,这个时候相当于给了学生一片鱼塘,学生可以自行思考、设计、验证、得出结论等等,这样对于学生的思维就是没有固定化的,学生有许多奇思妙想都可以进行验证,比如在教学“在流体中运动”这一节时,教学片段如下:教师:猜想一下如何使乒乓球在玻璃漏斗中不掉下来呢?学生:把漏斗放置成细管向下的样式,乒乓球不掉下来。教师:教师展示学生所描述的实验并提问,如何解释这一现象呢?学生:对于这个乒乓球来说,在竖直方向上受到重力与支持力,这两个力是一对平衡力,使小球保持静止而不掉下来。
教师:如果将玻璃漏斗反过来放置时,如何使乒乓球不掉下来呢?
学生甲:向漏斗里面吸气
教师:请同学甲上来展示一下,如何吸气使乒乓球不掉下来。
学生甲:学生甲展示实验,发现乒乓球未掉下来。
教师:这又如何解释呢?
学生:由于吸气,乒乓球上方的空气被“吸出”,于是上方空气减少,气体压强变小,乒乓球下方的空气压强不变,因此乒乓球不会掉下来。
教师:非常正确。那如果老师想对乒乓球吹气,乒乓球会不会掉下来呢?
学生乙:会
学生丙:不会
教师:那为了验证同学们的猜想,请同学们上来完成实验。
学生:多次吹气,均发现乒乓球没掉下来。
教师:这是为什么没掉下来呢?从现象如何分析呢?学生:乒乓球保持静止状态且乒乓球受到竖直向下的重力,必然有一竖直向上的力与重力平衡,而乒乓球只与空气接触,这个力只能是空气提供的,所以上方空气的压力小于下方空气对乒乓球的压力,故而可以得到上方空气压强小,下方空气压强大的结论,而由于吹气,上方空气的流速会变大。教师:那我们可以得到什么结论?
学生:空气流速越大,压强越小;空气流速越小,压强越大。
教师:对的,这就是我们今天要学习的伯努利原理,同学们学会了吗?
学生:学会了。让所有学生都学会发现问题并通过实验去解决实际问题,培养学生“实践是检验真理的唯一标准”的价值观,让学生喜欢上动手实验。这是课堂中的关键,对于日常生活的实验,还可以在课外进行实验以及建立家庭实验室,关于课外实验的进行有许多方式,例如举行折纸行空比赛,让学生们自行查阅资料,了解飞机飞行的原理,设计一架自己的纸飞机,探究如何在不使用动力系统的情况下将飞机飞得更远,当然在此次活动中,教师需要具备大量的相关知识,在活动中为学生介绍飞机的历史,让学生了解飞机模型的发展过程,展示不断创造创新的过程。在过程中,老师要教会学生如何去发现实验并且自行查阅资料,到最后能够给老师和其他同学们分享实验过程,不仅仅提高了学生的实验操作能力,还培养了学生的创新精神以及表达能力,对学生的成长与发展有着重要的作用。教师在进行物理实验教学中一定不能“怕麻烦”,要改变保守的物理实验教育观念,在教学中不断地将物理实验渗透其中。5.2完善实验设备,为实验提供支持物理实验教学中必不可少的是高质量且充足的物理实验器械,针对很多学校设备的不完善,由于经济原因导致的要通过申请政府加大对此的投入,添置好学生学习过程中必须的器材。同时,学校也要根据我国新课程教学体制改革对于实验室的特点和要求,对学校目前物理实验室设施进行一些改善,合理的添加不同类型的物理实验室,保证安全性和纪律性的同时提高实验探究的可行性和效率。物理教学因为课时计划有局限,经常出现“演示为主,分组为辅”的教学局面。为了培养学生的思维能力,提高学生的动手能力,老师可以将一部分演示性的实验转变成分组实验,让学生自己动手操作。而这样会导致出现实验仪器和设备不足的情况,因此教师应该因地制宜,因材施教,充分利用现有实验教学资源的基础上,仿制简单可行的实验器具,尽可能的让所有学生都能参与实验操作。[16]例如,在“物体浮沉条件的应用”教学时,可以让学生准备一支钢笔,将吸墨水的橡胶胆露出,准备好一杯清水,将钢笔竖直放入水杯中,慢慢地增减橡胶胆中的水量,让它上浮、悬浮和下沉,这样学生可以更加直观地观察和理解物体的浮沉条件。像这种简单易操作的物理实验应多多在教学中实践,实验设备不够并不是最大的困难,只要老师们肯钻研,提高实验教学资源的优化能力,就能让实验教学的条件得到改善。这也是物理实验教学中一个小小的创新。5.3引导学生积极参与实验提高学生学习物理实验的自主性,这是最重要的方面。个体的主观能动性在学生的身心发展中起主导作用,这是人的一种内在需要和动力,那么提高学生做物理实验的兴趣,让学生积极参与到实验中就显得尤为重要。在带领学生探究实验的过程中,教师应该精心设计好实验,引入问题,引发学生猜想与假设,让学生设计实验,并自行验证实验,记录数据并得出结论,最后进行评估与反思。就八年级上册第二章第三节《测量物体运动的速度》为例,以下为相关教学案例片段:【创设实验情境、提出问题】把小车放在斜面的顶端,挡板放在斜面的底端,静止释放小车,再把小车放在斜面中点静止释放小车,让学生观察两次小车运动情况,思考两次小车的平均速度大小关系。【猜想与假设】教师:这两次运动小车的速度大小有什么关系呢?从顶端开始下滑的后半段速度与从中点开始下滑的速度一样吗?学生甲:速度可能相等。学生乙:小车的速度可能越来越快。从顶端开始下滑的后半段速度与从中点开始下滑的速度不相等。【设计实验】图5.1小车测量平均速度示意图在学生学习过实验探究的环节、时间与长度的测量以及物理的运动速度公式之后,思考并设计相关的实验方案,由于学生是第一次接触实验,此次实验目的主要在于提升学生的实验操作能力以及培养学生的科学思维素养。教师需要提供实验所需仪器和设备,学生通过讨论汇报自己的实验步骤。【进行实验与收集数据】处理实验数据可以采用表格法。实验步骤:使斜面保持一定的坡度,把小车放在斜面顶端,挡板放在斜面的底端,用刻度尺测出小车将要通过的路程s,记录在表格中。用秒表或停表测量出小车从斜面顶端滑下到撞击挡板的时间t,填入表中。根据测得的s和t利用速度公式算出小车通过斜面全程的平均速度v,填入表中。将挡板移至中点,测出小车从斜面顶点滑过斜面上半段路程s1和所用的时间t1,算出小车通过上半段路程的平均速度v1,并记录在表格中。测量出小车的下半段路程s2,时间t2,计算出平均速度大小v2,记录在表格中。测量出小车从中点出发的时间t3,计算相关平均速度v3,记录相关数据。表5.1实验数据记录表格路程(m)时间(s)平均速度(m/s)s=t=v=s1=t1=v1=s2=t2=v2=t3=v3=注意事项:1.小车运动距离为车头到车头的距离;2.小车静止释放;3.测量过程中不改变斜面的坡度;4.多次测量路程与时间,减小实验误差。【分析并得出结论】分析:为什么实验中的v1和v2速度大小不一样?小车越走越快,因此下半段速度大于上半段速度,两速度大小不一样。测量同一段距离的速度,为什么v2和v3大小不一样?由于小车速度是越来越快的,速度v3就会小于v2,速度v3是从中间开始静止释放的,与v1的情况类似。实验误差主要来自哪些方面?实验测量工具的精密度;实验者的反应速度以及读速误差;装置光滑度不均匀导致的误差。减小误差应该注意些什么?(1)安装时斜面倾斜程度不要过小和过大。(2)测量时间开始与小车释放同步。(3)测量工具使用规范。结论:实验中小车沿斜面下滑运动越来越快。实验中从顶端静止释放的后半段平均速度与从中间释放的速度大小不一样。【交流与评估】教师:大家在此次实验中学到了什么呢?有没有什么新的发现?我们得出的结论是否可靠?鼓励学生进行大胆地质疑,培养学生的科学思维素养,要充分地利用资源,不断提高学生的科研创新精神。[17]多鼓励学生去亲自动手参与到实验中去,减小实验中的性别差异,让每位学生都能快乐学习,充分调动和发散他们的思维,不断思考,不断总结,不断创新。5.4开展多样化实验教学中学物理在教学的时候,要以培养学生们学习能力作为主要的教学目标,通过挖掘教材资源和设计科学活动的方法来带动学生们的学习积极性,现在的物理教学目标还要求要把所设立的问题情境更加的偏向于生活化,通过这样的教学方式,让同学们灵活的掌握相关的物理实验内容。让同学们可以在学习中提高上课的积极性,有利于促进他们的解题能力。因此,如何能更有效的提高现在中学物理的教学质量是当今物理学科最需要解决的问题之一,想要解决好此类问题。中学物理老师就得从日常的生活情境出发。通过问题情境的创立,来帮助学生们进一步的深化所学的物理基础知识。同时,老师们还要设计一系列的物理实验,给予学生们越来越多的实验机会,培养学生们动手操作的能力。[18]通过这样的解决方案,来帮助学生们提高自身的解题能力。通过实验的展开提高学生们对物理这一门学科的认识,从而丰富课堂教学,深化整个物理课堂的基本结构。例如,中学物理科目中有一篇是自由落体运动的讲解,对于这一内容的讲解,老师们可以先对这一模块的基本知识设定相关的教学实验情境,通过此类情境的建立,让学生们拥有一种实验学习欲望。6.结束语物理教学目标是培养全体学习物理知识学生的物理科研综合素养,不能以在课堂上传授所需要的知识与技能为主要教育目的,应该注重激发和培养广大学生对于物理的兴趣和自主探究精神,养成他们对待物理科学严肃的态度。物理实验教学应用于中学物理教学中是教学模式的更新,也是学生物理核心素养培养的重要手段,能够有效提升物理教学质量的同时培养学生实验能力和实验探究精神,本文对物理实验在中学教学中的运用进行了研究,分析了实验教学应用于中学物理教学重要性,进行了问卷调查设计,基于问卷调查结果分析了物理实验在中学教学运用中存在的问题,并提出了完善物理实验在中学教学运用的策略,希望能够为中学物理教学提供一些参考建议。
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