创新演示实验在初中物理课堂教学中的应用研究课题成果概述

编号1403031河北省教育科学规划“十二五”科研规划课题《创新演示实验在初中物理教学中的应用研究》成果概述课题类别：立项课题学科分类：基础教育课题负责人：莫宝松负责人所在单位：吴桥县教体局教研室撰稿日期：2017年5月25日课题《创新演示实验在初中物理教学中应用研究》研究成果概述——吴桥教体局教研室祝海峰一、课题的基本情况1、课题批准立项时间：2014年8月2、课题立项级别：省级3、课题类别：立项课题4、学科分类：基础教育二、课题研究及成果汇报（一）问题的提出1、课题的提出背景物理学是一门以实验为基础的学科。在中学物理教学中，演示实验是学生对教学内容获得直观感性认识的重要手段，也是帮助学生建立概念和规律、理解和掌握物理知识有效途径。实验的成功演示，不仅有利于激发学生学习的兴趣和求知欲望，而且还有利于加深对书本知识的理解和掌握、有利于学生创新思维的培养。初中阶段是学生抽象思维能力迅速发展的阶段。虽然抽象思维已经开始占据主导地位，但是抽象思维水平仍然较低，处于从直接经验思维向逻辑思维的过渡阶段。因此初中生对概念的理解、判断、推理在很大程度上仍然离不开直观形象的支撑。而演示实验是初中生获取直接经验的最有效的途径。在初中物理的教学中要充分调动学生的主动性是物理教学中重中之重。通过观察实验来学习物理是一条十分有效的学习途径，可以起到事半功倍的效果。国际物理教育界正在流行这样一种趋势，即衡量一堂物理课的好坏，很大程度上取决于这堂课中演示实验的数量和质量。随着中学物理新课程改革的实施，物理实验教学得到了越来越多的关注和重视。但相关调查表明：物理课堂演示实验的现状却不是很令人满意，从主观上来看，旧的实验教学理念跟不上新课程的要求，存在一定误区。首先是对物理实验是物理教学的基础及其重要性认识不够，把物理实验仅仅当成可有可无的教学内容；其次，由于考试压力等多方面的原因，很多老师认为“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”，加之多媒体技术的应用，许多老师过分迷恋、追求运用多媒体的虚拟实验，以至于学生很少看到真实的物理情景。还有，部分教师只把演示实验当成调节课堂气氛的一种手段，忽略了演示对于培养学生科学态度和价值观的重要作用。从客观角度看，实验内容设置缺乏生活性、趣味性，对学生思维的启发作用很有限；演示实验数量有待增加，往往一个问题只设置一个演示实验，教师开展的自由度受到很大限制；演示实验的呈现形式单一，学生接受有一定难度。在这种情况之下，如何让演示实验教学迅速跟上新课程的要求，就势必对其进行改革和创新，更大发挥演示实验应有的作用；惟有创新，才能激发学生个体的创造力，才是他全面发展的最好显现；惟有创新性教学才能适应目前新教育模式的考验，才更有利于青年发展，培养具有创造力的人才，才能适应这瞬息万变的社会对人的要求；唯独创新演示实验才真正对教材演示实验起到补充作用，发挥创新演示实验的生活性、趣味性，对学生的物理思维起到积极的启发作用。《创新演示实验在初中物理教学中的应用研究》就是在这种情况下提出来的新的研究课题。本课题主要从中学物理演示实验的原则、要求为出发点，以有利于提高学生综合素质和便于教师开展教学为目的开展研究，在教学一线挖掘演示实验改革创新的灵感，获得改进演示实验教学的一手资料，为物理教师课堂教学提供参考和借鉴。2、课题研究的实践意义与价值创新是新课程标准的一项重要指标，培养学生的创新精神和创新意识是新课程标准的基本理念；实验是物理教学的基础，物理知识的根源于实验。对教材实验进行创新研究实践就抓住了物理实验教学与新课程标准实施的结合点，必将推动新课程标准在物理教学中的落实。通过对初中实验创新研究有助于教师加深对教材内容的领悟和把握，有利于提高教师的教育素养和教学水平；通过创新实验在实际教学实践，有利于学生学习物理知识，提高学习成绩，同时也有利于培养学生的创新精神和创新能力；通过对创新实验应用的系统研究为创建物理高效课堂提供教学成功经验、范例，同时也为物理实验教学创新实验设计和自制教具。（二）课题研究的目标、主要内容、创新点研究目标：1、通过对初中物理教材中所涉及的实验在实验内容、实验形式、实验方法、实验器材等方面进行改进和创新，形成一套实用的初中物理创新实验方案及自制器材。2、通过科学设计和课堂教学实践，形成一套科学的、实用的创新演示实验教学设计。3、通过课堂教学实践探索创新演示实验在实际教学中应用的原则、策略，以达到培养学生学习物理兴趣，提高教学效果，培养学生创新能力的目的。课题研究内容1、借鉴与整理。（1）收集他人关于初中物理实验创新的成果。（2）对收集的实验创新成果进行系统整理。2、改进与创新。（1）在研究他人创新实验成果的基础上，对其成果进行改进和自主创新，使其更符合实际教学。（2）对自主创新和收集的实验进行整理和归纳，形成实验方案并制作相关仪器，着手教学实践。3、实践与应用。（1）通过个人备课和集体备课等形式，将创新实验融入物理备课中。（2）实验教师利用有创新实验内容的备课，进行实验教学。（3）通过对典型课例和不同课型的课例研讨，对创新实验在实际教学中的应用进行研究并形成科学实用的运用策略。4、反思与总结。在课题研究的每个阶段和环节，均进行及时反思和总结，不断修正研究过程中的错误，总结研究收获，并形成成果。（三）课题研究的基本方法或方法论体系课题的理论依据主要来自布鲁诺“发现法”的教育思想、冯.格拉斯菲尔德建构主义认识论、教育心理学、《义务教育物理课程标准》及有关创新实验在教学中应用的研究成果。1、布鲁诺“发现法”的教育思想“发现法”认为发现不限于寻求人类尚未知道的事物，确切地说它包括用头脑亲自获取知识的一切形式。他主张在教学的过程中，学生在教师的指导下围绕一定的问题根据教师和教材提供的材料，通过积极的思维活动，亲自探索和主动研究，使自己成为“发现者”。他要求教师培养学生的直觉思维，强调学生大胆猜测，要用直觉思维去感知问题的情景，从而“顿悟”解决问题。2、建构主义认识论美国著名学者冯.格拉斯菲尔德建构主义认识论：（1）知识不是被动接受的，而是认知主体的主动构建；（2）认识的功能在于适应，使学习者能够对经验建构可行的解释；（3）个体对新的现象和观念必须建构自已的意义，而建构意义的过程总在一定的社会情境中进行。3、教育心理学关于初中学生学习的思维的特点和能力层次的界定初中阶段学生具体的形象思维还占据一定的地位，逻辑思维仅具有一定的经验性，思维品质处于矛盾交错的发展时期。尤其是独立性、批判性的发展显著，但看问题只顾部分而忽略本质，容易片面化和表面化。而探究性实验活动从形象思维出发，通过学生独立活动和思考从而发展学生认识问题本质的能力。4、《义务教育物理课程标准》《义务教育物理课程标准》中明确提出：为了适应时代发展的需要，义务教育物理课程应体现物理学的本质，反映物理学对社会发展的影响；应注重学生的全面发展，关注学生应对未来社会挑战的需求；应发挥在培养学生科学素养方面的重要作用。物理学不仅含有探索大自然的知识成果，而且含有探索者的科学思想、科学方法、科学态度和科学精神等。不仅应注重科学知识的传授和技能的训练，而且应注重对学生学习兴趣、探究能力和创新意识以及科学态度、科学精神方面的培养。让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题和解决问题的能力。针对实验教学，《标准》要求学生经历观察物理现象的过程，能简单描述所观察物理现象的主要特征，能在观察和学习中发现问题，具有初步的观察能力及提出问题的能力。通过参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案，有控制实验条件的意识，能通过实验收集数据，会利用多种渠道收集信息，有初步的信息收集能力。关于演示实验，必须使学生经历科学探究过程，具有初步的科学探究能力，乐于参加与科学技术有关的活动，有运用研究方法的意识。保持探索科学的兴趣与热情，在认识自然的过程中获得成就感，能独立思考、敢于质疑、尊重事实、勇于创新。经历观察物理现象的过程，能简单描述所观察物理现象的主要特征，能在观察和学习中发现问题，具有初步的观察能力及提出问题的能力。学生通过参与科学探究活动，学习拟订简单的科学探究计划和实验方案，有控制实验条件的意识，能通过实验收集数据，会利用多种渠道收集信息，有初步的信息收集能力。关于创新，《标准》中提到：在教学中，根据教学目标、教学内容及教学对象灵活采用教学方式，提倡教学方式多样化。注重采用探究式的教学方法，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养其创新精神和实践能力。实验教学的创新，应通过各种途径开发实验课程资源。教师可用已有的实验器材进行实验教学，也可用效果更明显、实验误差更小的新实验器材进行实验教学，还可让学生了解一些新的实验技术。同时，应大力提倡用身边的物品做实验，例如使用饮料瓶等日常用品进行物理实验，这样既可以拉近物理学与生活的距离，让学生深切地感受到科学的真实性，又补充实验课程资源，有利于增强学生的创新意识。（四）课题研究的结论、提出的主要观点课题研究三年来，全体课题组成员通过学习实践，大胆探索，认真实践，不断积累成功经验，总结失败教训。全体课题组成员有如下共同认识：1、创新演示实验教学实践，能够极大激发学生学习兴趣，提高提高物理教学成绩。（1）“神奇有趣”的创新演示实验，能够激发起学生的好奇心，进而激发学生探究“神奇”背后的物理知识的欲望。伟大的科学家爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”这就是说一个人一旦对某事物有了浓厚的兴趣，就会主动去求知、去探索、去实践，并在求知、探索、实践中产生愉快的情绪和体验，所以古今中外的教育家无不重视兴趣在教育教学中的作用。进入初二后，随着知识、经验、技能的不断丰富，学生已不同程度地产生了表达自己对周围世界的认识和情感的要求，正是利用物理学科特点激发学习兴趣的重要时机。创新演示实验恰好起到引起学生学习物理兴趣作用，进而激发学生学习物理的欲望。如：“橡皮泥影响电阻大小因素”这个实验，学生看到老师用手不断揉搓橡皮泥，改变其形状，电路中的电流表的指针就不断摇摆，这使学生产生了探究“橡皮泥形状改变，电路中的电流就改变”这一“神奇”现象背后原因的学习欲望。（2）“化难为易”的创新演示实验，能够帮助学生加深对知识的理解，突破知识难点。蒙特梭利说过“我听过了，我就忘了；我看见了，我就记得了；我做过了，我就理解了。”在物理教学中，有很多物理现象和知识，仅凭老师讲解是不能让学生真正理解和掌握的，但如果能够用教师制作的创新教具，重现物理现象和演示物理知识由来，能够使学生真正理解和掌握。如：讲解近视眼和远视眼成因及矫正这一知识时，学生虽然通过课本的图画和凸透镜成像的原理从道理上能够理解，但在做对应练习题时还是有大多数学生出现错误，究其原因就是没有真正理解该知识点。而“人眼成像仪”就很好解决了这一难点，通过对模拟眼球晶状体注水和吸水，改变晶状体的形状，来模拟近视眼和远视眼成像，并配上相对应的眼镜，让像再次清晰成在视网膜上。学生通过自己观察再结合课本知识就真正理解这一难点，通过课堂测试，发现学生掌握情况较对比班满分率高出了近20%（见表一），足以看出创新演示实验应用的良好教学效果。（表一）人眼成像仪教学效果评估情况统计表项目实验班（48人）对比班（47人）满分率25.1%5.8%优秀率48.6%37.2%及格率91.7%82.4%（3）“丰富多彩”的创新演示实验，极大营造了实验班学习物理氛围，在提高教学质量同时，还培养了学生的创新精神。三年的课题研究实践，让所有参与课题研究的教师尝到甜头，创新演示实验极大调动了学生学习物理的热情，学习物理不再是枯燥乏味的讲解，实验教师不失时机的创新小实验，调动了学生学习兴趣，加之老师的引导，使学生普遍爱思考、善思考物理问题，物理成绩明显优于对比班（见表二）。实验班在提高成绩的同时，学生的创新意识和能力也得到不同程度的提升，在2016年县初中科技创新作品展评中，实验班学生创作的科技小发明和小制作得奖占到参赛学生总数的80%。（表二）第一初级中学初二期中测试物理成绩对比项目实验班（52人）对比班（53人）平均分85