高中物理教学论文数字化物理实验教学对学生自主学习主动探索

1数字化物理实验教学对学生自主学习、主动探索1．1题目陈述所谓“数字化实验”，指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。1．2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。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教学时间物理学习原基础学生性别同一教材（人教版）相同课时（4课时/周）实验前物理成绩相当男女生比例相同2教师选择同一物理教师三实施步骤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，计算机和传感器等数字手段的介入，可以更快更准地得到实验数据。从而节省宝贵的教学时间，把更多的时间用于讨论物理问题之中。在数据分析环节上，利用计算机的强大数据处理能力，可将学生从简单、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。3.传感器接入后，“DataStudio”软件自动启动。数据采集：将力传感器清零，点击“启动”，逐渐用力拉动重物，使重物匀速运动一段后，停止采集数据。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。２向心加速度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3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前后前后⑴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%⑵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、经常能提出问题33%60%33%35%⑶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%⑷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%⑸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%⑹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%⑺你能注意周围的一些司空见惯的现象，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%⑻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%⑼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%⑽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%⑾对老师提出的问题，你是A、认真思考有把握后才回答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，35%10%33%31%4基本不回答⑿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%⒀在实在不能独立解决所遇到的问题时，你是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%⒁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%⒂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%⒃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47%40%48%47%C、从不31%15%31%30%⒄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%⒅生活学习中，你能动手修理家中或学校中的一些简单用品。A、经常15%18%16%16%B、偶尔59%61%55%57%C、从不26%21%29%23%⒆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%⒇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与同学一起动手做实验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)实验失败时，如果重做将花较多的时间，A、将书上的实验结果写入实验报告55%34%53%51%5你的做法是：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)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1、2、3、4、5、7、11、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。(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6、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，它不仅仅改变了实验手段，还改变了实验教育的理念。总之，在数字化实验教学的研究与实践中，我们取得了一定的进展，基本上实现了与预期相同的实验效果，但仍存在不足之处，在以后的教学实践中，我们将继续努力，探索数字化实验教学的新途径、新方法和新思路，以达到更佳的教学效果。通过数字化实验教学，培养学生的信息素养能力和自主学习能力，培养具有21世纪素质的新人。参考文献：[1]张彬数字化实验系统在实验教学应用中的探讨《物理教师》2006年12期[２]钟启泉张华主编《世界课程改革趋势研究》北京师范大学出版社2001年10月[３]《普通高中物理课程标准》