基于的高中物理实验教学的策略研究

▶3.2　基于DIS的高中物理实验教学的策略研究

魏慧军

一、研究的概述

1.明确课题研究的目的和意义

基于DIS系统的高中物理实验教学倡导学生主动参与交流、合作、探究等多种学习活动，改进学习方式，使学生真正成为学习的主人；强调培养学生的创新精神、实践能力，搜集、处理、使用信息的能力；发现、分析和解决实际问题的能力，形成科学态度，学会科学方法；具有独立思考、自主探究的精神与求实创新的意识。笔者的研究将有助于提高课堂效率，优化教师的教学方式，优化学生的学习方式。

面对刚刚普及DIS实验教学的高中物理教师，有一份详细的实验教学策略作指导是当前教学中急切所需的。笔者希望能提高一线教师使用DIS的积极性，有利于培养学生的终身发展的兴趣和能力，所以笔者愿意为一线物理教师提供DIS实验教学过程中的指导。

笔者希望能与广大教师探讨研究实验教学中出现的问题，从而能有效地提升高中物理教师实验教学理念，有效地促进实验教学的发展，对培养学生的情感态度与价值观有一定的促进作用。

2.确定课题研究范畴

技术进步促进了教育理念、硬件建设和教学应用的进步，同时后者的进步也不断促进技术的进步。本文意图从技术的角度阐述教育理念的更新、DIS实验室的硬件建设的发展和基于DIS的高中物理实验教学中应用技术的成果，说明每一项技术的出现都在改造和改变教育。

3.对国内外研究现状的分析

研究面临的问题：面临教育信息化的问题即资源短缺、区域不平衡、低层次重复、校际个人信息化程度差距大等问题。

笔者对DIS以及我国近几年高中使用DIS的情况进行了初步研究，发现在物理教学方面，国外使用相关的产品已经有数年，成熟的美国教育产品PASCO也已经远销亚、非、欧等十几个国家，我国在这方面的研究还处于起步阶段。

4.研究的主要方法

研究的重要方法有文献法、访谈法、案例分析法、归纳法。

二、研究的主要内容

1.理论研究

（1）学习理论　建构主义学习理论认为“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”是学习环境中的四大要素或四大属性。基于DIS的高中物理实验教学中的学生实验一般采用小组实验方式，小组成员共同制订实验计划、搜集实验方案和协作完成实验操作，协作也能促使学生顺利地完成整个探究活动。教师在教学过程中帮助学生进行意义建构，就是要帮助学生对当前学习内容中所反映的事物的性质，以及该事物与其他事物之间的内在联系达到较深刻的理解。

（2）教学理论　教学过程最优化是教师有意识地、有科学依据地选择一种最适合于某一具体条件的课堂教学模式和整个教学过程模式，从而使教师完成对教学过程的控制，以保证教学过程在规定的时间内发挥从一定标准看来是最优的作用，获得可能的最大效果。教师在基于DIS的高中物理实验教学中，从教学设计到课堂的教学实施、对学生的学习评价等诸多方面遵循最优化理论。

（3）课程理论　DIS的建设能为学生的个性发展提供设施和环境。为适应基于DIS的高中物理实验教学要求，学校应逐步培养具有现代教育理念和高素质的教师队伍，从而使教师能更好地培养学生的科学素养和终身发展的能力。

2.行动研究

研究内容主要包括三个部分。

（1）把基于DIS的高中物理实验按演示实验、学生实验、拓展实验进行分类，研究各个实验目的、原理、器材、步骤、数据采集、实验规律总结，并进行课堂实验教学设计。

（2）通过本人上课及搜集教师案例开展DIS实验教学实践，分析课堂中各个教学环节及教学方法的有效性。

（3）编写基于DIS的高中物理实验教学策略，并编写实验报告样本供教师和学生参考，与高中物理教师进行讨论交流。从演示实验中归纳问题策略，从设计的问题出发启发学生观察、思考、归纳物理规律的策略；从学生实验中归纳教师指导学生活动、合作策略，从拓展实验中归纳设计实验策略和创新策略。

三、课题研究成果

1.基于DIS的上海高中物理实验教学需要多种支持因素（1）软、硬件支持；

（2）现代化信息技术的发展提供信息支持；

（3）“二期课改”提出新课程理论的支持；

（4）上海“高考”给予的支持。

2.从师生关系看基于DIS的上海高中物理实验教学策略

（1）通过培训促进现代教育理念支持下的新型教师队伍的发展；（2）实验教学中注重学生学习方式的转变。

对学生的调查结果，如图3-6所示。

图3-6

同一个问题，对教师的调查结果，如图3-7所示。

图3-7

从调查结果的对比中可以看出，在提高学生能力的某些方面的认识上，学生和教师的观点有所区别，但对DIS做物理实验能提高学生多方面能力这个观点都持肯定意见。笔者分析如下：

①对观察能力的培养　传统实验侧重于培养学生的细致、认真、耐心等观察品质，DIS物理实验则侧重于培养学生在观察中思考，从而提高探究能力。

②对动手能力的培养　提高了学生使用传统实验器材和计算机结合的操作技能，有利于学生利用现代化信息技术学习的能力，为终身学习创造条件。

③对数据分析能力的培养　DIS使学生很容易地得到各种图像，如作用力和反作用力的图像，声波的振动图像等，节省下来的时间是让学生对数据进行分析，对图像进行理解，从而培养学生的数形结合能力；实验中的各种函数拟合功能，有助于培养学生处理信息推测答案的能力，以及根据信息构建物理模型的能力。传统实验在这方面很难达到。

④对逻辑思维能力的培养　DIS做物理实验要求学生了解各种传感器的使用方法，会选择合适的传感器进行数据的采集，并且要考虑读数、精确度等的参数设置情况。并能对数据进行科学的分析，所以笔者认为逻辑思维能力是建立在观察能力和数据分析能力基础上的，反过来，逻辑思维能力又能体现在观察能力和数据分析能力中。例如，逻辑思维能力强的学生其观察现象敏锐，数据分析全面深入等。也可以说逻辑思维能力的培养是对学生高层次能力的培养，是一种综合能力基础上的能力培养。

⑤合作能力的培养　学生在设计实验、操作实验、实验现象的分析及物理规律的总结等多方面都要与同学合作、交流，这种形式的小组实验必然能培养学生的合作能力。

⑥其他能力培养　与传统实验比较，DIS物理实验更能拓展学生的想象空间，增强他们的联想和猜测能力，DIS物理实验侧重于培养学生对知识和规律的探究能力。

综上所述，DIS物理实验在教学中与传统实验结合会达到更好的效果。学生在物理实验过程中把传统实验和DIS实验相互融合，能更好地发挥DIS实验的优点，把实验中大量的繁杂数据处理时间节省下来，提高学习效率。

从超重与失重的教学案例中分析基于DIS的上海高中物理实验教学策略。

①突破难点的策略　在解决问题时，如果教师点拨不到位，学生无法理解或不知从何处入手分析；若引导过度，则等于教师把知识点送到学生的手里，学生的课堂主体性就无法体现。

②调动学生积极性的策略　安排了一个让学生自己提出问题的自主活动，围绕学生所提出的问题，由浅入深、由现象到本质逐一解决。

③变演示实验为学生设计实验的策略　课的结尾部分原先是教师的一些关于超重和失重现象的演示实验，让学生猜测实验现象，解释原因，现改为由教师提供实验器材，学生自主设计实验的活动，目的是能更大限度地发挥学生的创新精神和动手能力。当然，这部分内容的开放程度，还是要以学生的实际情况进行适当的调整。

④教师灵活处理实验器材的策略　基于实际教学条件，在没有相应的实验条件情况下，本节课可以作适当调整。

若没有定制的模拟升降机，则可以在力的传感器下直接挂上钩码，然后用手上提或下降，同样可以得到类似的力的图像，只是稳定性略差些，但不影响问题的分析。

若没有DIS实验系统，但是有实物投影仪的也可以做演示实验：让某位学生直接在数字式电子测力计上站起或下蹲。虽然电子测力计的示数是不连续的，也不如图像那么形象直观，但是示数的变化情况还是比较容易看清楚的。

若没有足够的磅秤让学生亲自体验，可以改用弹簧测力计做实验：在弹簧测力计上挂钩码，然后学生提着弹簧测力计向上或向下运动，仔细观察弹簧测力计的示数变化情况。

3.由DIS实验教学实践归纳教学策略

在物理实验教学中，应改变传统实验教学中过分强调基础知识的传承和基本技能的训练，在教学中要有意识地对学生进行科学素质的训练和培养，改革以书本为主，实验为辅的教学模式，创设设计性、综合性和实验性问题，把培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识渗透在实验教学活动中，教给学生科学的实验方法。

（1）问题策略

①恰当地选取DIS设备。

②正确认识DIS实验和传统实验的区别和联系　DIS实验有着传统实验设备和实验过程无法取代的优势。DIS实现了动态位移实时测量、受力状况实时测量、磁感应强度测量、声波测量、微小信号测量、多数据并行测量等，显著提高了实验精确度和质量，能够完成传统实验装置很难完成的实验，还可以设计出很多借助传统实验装置想做而做不好的实验⁽¹⁾例如：使用位移传感器测量自由落体的加速度，利用微电流传感器测量单根导线切割磁感线产生的感应电流等。DIS对实验数据的采集和处理进行了传统实验意义上的改进和优化，如“超重失重”的研究，“通电螺线管内部磁场”的研究，DIS实验和传统实验的融合、渗透，使实验手段和实验方法更加完美。因此，要DIS弃传统实验或要传统实验不接受DIS的做法都是错误的。

③确定科学、合理的实验教学评价标准　改革实验教学中以实验报告和形式上的实验操作测验为主的单一评价形式，建立一套科学合理的多元化的实验教学评价体系。既要有总结性评价，也要有形成性评价；既要有教师的评价，也应当有学生自身和学生之间的评价；既要注重实验目标和结果的评价，也要注重实验过程的评价；既要注重对实验基础知识与技能的评价，也要注重对学生的情感、能力、态度等要素的评价。使整个教学评价体系真正能促进学生认知、情感、动作技能等各方面的全面发展。建立明确的实验教学评价指标，注重其科学性和可操作性，增加教学评价的客观性和公正性。

④变教师演示实验为学生演示实验　经调查研究发现，学生喜欢看同学做演示实验胜于教师做演示实验，教师为何要减弱学生的积极性呢？所以教师要给学生提供演示的机会，当然教师必须做到心中有数，哪个学生能够做好演示实验。其次，学生一般都不能很好地表述实验步骤，所以教师应该把主要的实验步骤提供给学生。再次，教师应把要学生思考的问题投影到黑板上。根据教学经验，在学生演示过程中，教师需做到五不原则：a.学生能发现的，教师不暗示；b.学生能描述的，教师不叙述；c.学生能操作的，教师不演示；d.学生能提问的，教师不先问；e.学生能总结的，教师不总结。通过演示实验，充分调动学生思维积极性，主动提问，主动思考，主动解决物理问题。

（2）比较、归纳策略

（3）合作策略

①激发兴趣的实验教学策略；

②要提高合作学习的效果，应把握好分组的时机。

（4）设计实验和创新策略

①运用建构主义理论进行实验教学创新设计；

②正确引导，善于提问策略；

③学生实验活动单、实验报告的设计策略。

到目前为止，还没有教育行政部门统一印刷的学生实验报告单，这也意味着教师的实验教学过程具有随意性和灵活性。笔者查找资料后认为教师培养学生设计实验报告时应体现以下设计思想：

实验准备报告：

a.通过本实验你想发现什么。

b.你猜会发生什么现象？为什么？

c.要达到实验目的，你需要的条件是什么？如何实现这些条件？

d.你需要哪些仪器？画出实验示意图。

e.你设计的实验方案是什么？写出实验计划。

实验过程报告：

a.你的实验所依据的原理是什么？

b.记录实验过程及观察到的实验现象。

c.详细记录实验中出现的问题及你是如何解决问题的。

d.实验数据记录及处理。

e.实验结果及分析。

f.实验中，自己未预料的新发现是什么？如何解释？

g.本实验有需要改进的地方吗？

在这样的设计思想指导下，笔者设计了一节课：使用DIS研究气体等温变化规律，并设计了实验用的学生活动单，活动单中包含了学生准备实验报告和实验过程报告。学生的实验报告可以根据每节课的特点自行设计，可以参照学生实验报告样本，并在实验报告后面配上相应思考题。为了高中物理实验教学更加有针对性，笔者总结了高中物理基础型课程中的实验过程报告，提供教师参考。

4.基于DIS的高中物理实验教学策略遇到的瓶颈

（1）DIS配置数量上的限制。

（2）对基于DIS的高中物理实验教学功能的争论。

目前，教师对传统实验和DIS实验的取舍存在困难，为解决这个问题笔者认为应认清传统实验和DIS实验在教学中的地位。

（3）对基于DIS的高中物理实验教学理念的分歧。

①循序渐进与跳跃式发展的冲突；

②过程教学与结果教学的冲突；

③全面提高素质与全面提高升学率的冲突。

5.基于DIS的上海高中物理实验教学及教学策略展望

采用DIS实验具有更深远的意义，它创设了信息化的学习环境，体现了物理教学的时代特征。DIS已成为上海课程改革的重要特色和标志，对全国各套教材都有影响。学生实验中DIS实验占50%，演示实验中DIS实验占35%。随着“二期课改”的全面推广和深入发展，将会有更多的高中物理教师在实验中使用DIS，相信本文能够给一线高中物理教师一些指导，指导他们更顺利地运用DIS，少走弯路，提高他们使用DIS的积极性，从而更加有利于培养学生终身发展的兴趣和能力，推动物理实验教学的发展。

参考文献

［1］上海市中小学课程改革委员会.上海市中学物理课程标准解读［M］.上海：上海教育出版社，2006

［2］胡炳元.物理课程与教学论［M］.杭州：浙江教育出版社，2003

［3］陈向明.质的研究方法与社会科学研究［M］.北京：教育科学出版社，2003