低成本物理实验教学研究开题报告

1高中低成本物理实验的教学研究一、研究的缘起物理学是一门以实验为基础的学科，物理教学也必须以实验为基础。物理实验是提高学生实践能力与创新能力不可缺少的途径，更是学生科学素养形成所不可或缺的环节。《高中物理课程标准(实验)》课程总目标要求学生学习科学探究方法，发展自主学习能力，养成良好的思维习惯，并能运用物理知识和科学探究方法解决一些问题。因此，中学物理教师要不仅具有较高的专业水平以及广博的知识面，实验设计能力和动手能力也是必不可少的。美国为了应对21世纪所面临的国际竞争，就是要培养具有创造能力的全面发展的人才。美国制定了一项改革科学技术教育的国家计划—2061计划。面对21世纪，我国目前仍以应试教育为主要特征的教育体系显然窘迫万分。“如果学生在学校里学习的结果，是使自己什么也不会创造，那他的一生将永远是模仿和抄袭,俄国著名学者列·托尔斯泰这句话不但强调了培养学生创造思维能力的重要性，而且也为我们的传统教育敲起了警钟。从我国教育发展情况看，实验教学从属于理论教学，把实验教学当做理论教学的补充，它仍然受行为主义理论模式的影响，成为“刺激一反应一强化”的单一模式，这种以教师为中心的实验教学模式就是实验中缺乏培养学生创造力的真正原因之所在!奥苏贝尔指出:实验室应“使学生得以领略到科学方法和科学精神，增进问题解决能力、分析和概括能力，理解科学的本质。”并且由于长久以来受高考体制的影响，我国物理实验教学一直处于尴尬境地，存在着“做实验不如讲实验，讲实验不如背实验”的困境。究其原因，一方面从应试效果而言，采用背诵实验与演示实验这两种手段，测验效果并无显著差距，另一方面个别教师在演示实验时，只是单纯为提炼出物理原理，却无法调动起学生对学科的积极性和创造力，未能让物理这一科学真正绽放出自身的独特魅力。另一方面，我国边远贫困地区的农村中学实验资源严重短缺，影响其教学工作的开展。加强低成本物理实验的开发有利于改善贫困地区农村中学物理实验的条件。教师一可运用随手容得的废旧器材、小玩具、日常生活用品等自制仪器，因地制宜、多渠道、多层次地充分挖掘和利用现有资源。用低成本进行实验室专用仪器的替代，以此解决学校经费不足和设备缺乏，满足实验教学需要。在大力提高创新精神和实践能力的素质教育的今天，研究开发低成本物理2实验的概念界定、开发原则和方法，并搜集整理一系列的低成本实验已经成为我们高中物理教师的一项重要工作，并且正在逐步从被动进行发展为主动进行，低成本物理实验的开展己经有了质的转变，并且刻不容缓。二、研究的目的与意义（一）目的首先低成本物理实验可广泛运用到各学段中，国内外物理教育工作者都极力倡导利用随手可得的材料开发低成本实验，有着大量的实践智慧。但在中国国内，缺乏专门针对性的整理工作，物理教师只有通过漫长的经验积累过程方能在课堂教学中充分展示这些实验。本研究将对中学阶段的低成本物理实验进行界定，提出开发的思路，对低成本实验进行归纳。具体的目标包括:理论上界定低成本实验;研究低成本实验开发的原则;研究低成本实验开发的方法和过程；开发、整理、创新系列低成本实验。低成本实验密切联系生活，开发管道多样，形式丰富。本研究努力践行实践，旨在促进物理教师对物理低成本课程资源多元化的开发。通过本研究帮助一些学生乐学、教师乐教。其一整理归纳丰富的实践经验，本研究最终将搜集、整理大量国内外低成本实验，并将它们按力学、热学、电磁学、光学、原子物理学的体系进行归类。同时开发并制作低成本物理实验，创新一些新、奇、怪、显特色的低成本实验。（二）意义1.新课程改革的需要基础教育的目的不仅只是要求学生知道一些物理知识或者会做一些简单的物理实验，更重要的是关注学生能力的培养，关注学生科学态度、科学精神以及正确价值观的养成。而新课改的实施正努力在学生的知识、能力、情感、态度和技能等方面取得进展，使学生在这些方面得到更为有效的发展，课程注重密切联系学生的生活和经验，注重培养学生的独立性和自主性，注重引导学生质疑、调查、探究，在实践中学习，使学习成为教师指导下的主动的，富有个性的过程。2001年秋季，国家教育部颁发了《全国制义务教育物理课程标准(实验稿)》(以下简称《标准》，《标准》中提出，要“突出物理学科特点，发挥实验在物理教学中的重要作用……”倡导利用日常器具做实验—实验室的课程资源不仅限于实验室的现有设备，学生身边的物品和器具也是重要的实验资源。利用日常器具做实验，不但具有简便、直观等优点。而且有利于学生动手展学生的实验技能，培养3学生的创新意识。因此，倡导用日常器具做实验，是提高学生科学素养的有利途径。《标准》中再三强调利用日常器具来做物理实验，从而有利于更好地开设物理实验，降低实验成本，提高实验质量，增加学生对物理课的亲切感，促进培养学生的科学素养。因此，研究开发和利用物理低成本实验是物理教育改革的一个重要方向。低成本、高智慧的物理实验特别适合我国一些老、少、边、山、穷地区的农村中学。应鼓励教师进行设计和开发高智慧、高教育价值的低成本物理实验。2.资金紧张、器材医乏的农村中学实验教学的需要“普九”达标后农村中学实验教学条件有了很大改善，为完成义务教育物理课程标准规定的实验提供了一定的保证。但是部分农村中学物理实验仪器、实验设备仍感不足:一是原配仪器未及时更新，与新教材不配套。二是无论演示实验还是学生分组实验仪器由于未得到及时补充，数量极其有限。三是有些实验教学仪器设备功能不理想，以致实验现象不明显，可见度低。不能满足开展新课程物理实验的需要。若能在农村中学推广普及低成本物理实验，无疑是解决仪器不足和适应新课程实验教学需要的一条有效途径。3.提高初中物理教师的实验技能，满足新课程教育工作的需要低成本物理实验的开发和利用是提高中学教师实验能力的有效方法。新课程标准的实验教学，内容丰富，弹性很大，涉及器材用品广泛，教师再也不能“等、靠、要”了。教师应更多地立足于学校实际，师生合作，勤动手开发和利用实验资源。这对如何培养学生实验方法、实验思维、实验能力及实验情感的研究，积极创造了实验条件。探索开发和利用低成本物理实验，做到推陈出新，破旧立新，推进实验的生活化和乡土化，增强实验的适用性，解决实验教学重难点问题，提高教师对实验的举一反三能力，有效地提高实验能力。厂家提供的器材己经不能满足教师或学生的需求或适合本地实际，这就为教师充分挖掘本土资源和校本资源，选取具有个性化的教学素材提供了巨大的发挥空间，也是实验教学的重要补充和有效措施，更是教师创新能力的标志。4.培养学生实践能力和创新能力的需要素质教育重在培养动手能力和创新能力。要求激发学生独立思考和创新意识，让学生感受理解知识和发展的过程，培养学生科学精神和创新思维习惯，鼓励学生参加形式多样的实践活动，培养动手能力〔幻。低成本物理实验立足生活实际，体现科学原理，许多高科技产品随着生产力提高，成本下降，也可采用成4本较低的器材来研究其科技原理，随着高科技产品的普及和广泛应用，低成本物理实验对学生进行创新教育的前景将更为广阔。低成本物理实验探索的过程是联系实际独立思考动手实践激发创新的过程，是科学素质教育的重要途径。三、概念的界定（一）低成本成本，是经济学中的用语，低，则和高互为反义词，是一个相对性的表述。在企业的运营过程中，低成本运营是一种得到广泛认可的经济运营模式，可见，低成本这个概念本身属于经济学的范畴。教育经济学家舒尔茨曾创造性的结合了经济与教育，提出人力资本理论，使人们重视起教育投资对于经济发展的价值。在理科教学中，引入低成本实验这一概念同样地有助于教学的发展，现将对国内外物理教育研究者们在低成本实验概念界定方面所做的工作进行概述。（二）国内外学者对低成本物理实验的界定廖伯琴等人的界定，低成本、简易实验是指用日常生活中容易得到的、便宜的甚至是废旧的材料，自己加工而成的结构比较简单的实验器材、教具和科技作品①。它具有取材方便、制作简便、启发思维和培养能力等特点，例如低成本实验在农村中学的开发和利用。德国西泽斯劳滕大学研究者提出低成本实验指的现象明显并接近现实生活的实验。日本学者三井武友、衫本范宏等人认为，低成本实验指简易的、有趣的的基础性的实验，以条文的形式说明：a.无时无处不在的物理学；b.有益于学生掌握科学认知的意义；c.易于表现主观能动性和创造性；d.实验不受情景、条件或场所的限制；e.突出现象的本质。黄英奇在其《新课程理念下低成本实验的研讨》指出低成本实验(low-costexperiment)按其字面意义指出:一种是实验材料价格低廉的实验;另一种是实验费用低的实验②。早在1987年开罗大学举行的一次国际低成本物理教学实验会议上，与会代表们就有了对低成本实验的讨论，最后的初步共识是将低成本作为一个相对性概念③。目前，国际对低成本实验的共识为，“低成本物理实验”(Low-costPhysicsExperiments)是国际物理教育界所倡导的一种物理教学工作行为。其宗旨是，一方面通过利用生活中的廉价材料开展物理实验教学以解决或缓解实验器材短缺问题，满足经济落后国家或地区中学开展物理实验教学的需要；另一方面通过利用生活材料、物品或器具做物理实验，以提高学生对物理的学习兴趣、培养学生①张伟、郭玉英、刘炳升·“非常规”物理实验：有待深入开发的重要物理课程资源[J]物理教师，2005(9):123-125.②联合国教科文组织.新编理科教学实验手册[M]·北京：中国对外翻译出版公司，1983:136-138.③尚世铱·国际低成本物理教学实验会议介绍和联想[J]教学仪器与实验，1987(6):38-40.5动手能力和实践能力。国内郭玉英、张伟等学者认同低成本实验属于“非常规实验”，且是物理教学实验的重要分支。从学科教学角度，低成本教具的开发为教具开发的重要组成部分，属于课程资源的开发。按其来源分类:日常生活用品，包括常用的生活用品，价值低廉易得的器材、废旧器材甚至废弃物品、简易玩具等；民间传统的工艺及制作，包括民俗用品、传统技艺、民间制作等；艺术作品中的制作，包括艺术器材、艺术技巧等。按其学科分类:依据物理学的学科体系，可分为力学、热学、光学、电学、原子物理学等。针对物理课堂教学的低成本物理教学实验应该有更明晰的界定。我国对实验的提法很多，有许多相关的概念，如小实验、边学边做实验、非常规实验、简易实验、趣味实验、低成本实验、自制教具。经研究认为，低成本是个相对性的概念，并不能清晰地判断哪些属于低成本实验，实施开发必然受到阻碍。物理实验本身的开发原则包括科学性、创造性、安全性、直观性、简易性。简易性是低成本实验特有的原则，需要演示时间适度，满足制作成本低廉、结构、制作简易。更好的完成实验教学要求。综上所述，本研究对国内外低成本物理实验概念的的界定进行了整理，目的在于得出低成本物理实验的评价方式，进而方便整理一些低成本物理实验。（三）低成本物理实验开发现状对低成本物理实验开发的方式主要方式有以下几类。按物理教学活动开发主体:物理教育工作者、各级学校、政府、企业、社会活动。按学段开发可分学前教育物理实验、初等教育物理实验、中等教育物理实验、高等教育物理实验；按教学过程可有突破教学难点、展示物理情景、促进习题理解、实现知识拓展、探究新领域(研究性学习)；提出按照器材的来源可以是把玩具妙用为科学实验、利用简易物品巧制实验、借用电器引出科学实验、运用新型材料挖掘实验、让高新产品移植实验，如赵力红《低成本高智慧深探究》系列的开发成果；依据按物理学科的知识开发:力学实验开发、热学实验开发、光学实验开发、电学实验开发、原子物理实验开发，如朱正元曾写过《物理演示实验与自制仪器(力学部分)》。①国内对低成本实验开发主要作为课程资源开发的一个分支，体现在自制教具开发中。自制教具本身的特点就是取材容易，易于推广，低成本实验作为其中重要的成分，不断受到重视。国家教育部相关部门于1986年、1988年、1991年、1995①朱正元.物理演示实验与自制教具[M].江苏:人民出版社，1978:65-68.6年、2000年、2006年、2009年己展开了七届全国自制