物理实验教学模式的研究论文
物理学是以实验为基础的科学，物理教学中怎样体现这一学科特性是课程标准理念下中学物理改革的重要内容。数字技术正在改变人们的工作方式、思维方式和教育方式，如何发挥数字技术在课程改革中的作用，也是当前课程改革研究的一个重要问题。笔者就这两个基本问题及两者联系谈谈看法。
1、物理实验教学的历史回顾
长期以来人们往往把物理实验分成两种基本形式，一种是演示性实验，一种是学生分组实验。前者定位于培养观察能力，后者着眼于培养操作技能和验证物理原理。这种基本思想和教学目标决定了实验的性质和基本教学方式。在演示实验中，教师做、学生看，教师讲、学生听，体现了以教师为中心的传统物理教学模式。学生分组实验虽然是学生动手，但实验目的、仪器准备、操作步骤、实验报告全部由教师预先设计好，学生仅仅是熟悉仪器，进行连接，然后按步骤进行操作、观察，记录和分析实验数据，得到结果。在这种实验中，学生是完全按教师设计好的方案进行，与工人在车间中“照图施工”非常相似，缺乏学生自主的独立思考和创造性活动。因此，学生做完实验印象不深，兴趣也不太大，久而久之对实验也就不太重视。
造成传统物理实验教学这种局面的原因是多方面的，首先，过去的物理教学大纲没有很好的体现以“实验为基础”的学科特征，只是对有限的十几个学生分组实验作了规定。那个时代，对物理实验的教育功能缺乏根本性的认识，只认为知识是根本的，仅仅把实验看作是一种技能训练，没能认识到实验在知识、能力、方法、情感态度价值观等综合科学素质教育中的重要作用，没认识到物理实验在培养科学素质方面具有无可替代的独特功能。另一方面是考试指挥棒的影响，长期以来笔试占绝对统治地位，实验教学在升学考试内容中一直缺乏应有的地位，所以评价方式也是导致人们对实验缺乏足够重视的重要原因。
改革开放后，随着教育改革的逐步深入，人们对物理实验的重要性、教学目的、结构和内容逐渐有了新的认识，逐步突破了传统框架。首先从课程结构上突破了演示实验、学生分组实验的界线，在两者之间派生出一个“边讲边实验”，或“随堂实验”。一方面，把一些演示实验变成全体学生参与的随堂实验；另一方面，把常规学生分组实验变成课堂中的边讲边实验。除此之外，还形成丰富多彩的身边小实验也称小实验、小制作。这样在物理教学中就形成了四个实验层次即：演示性实验、随堂实验、学生分组实验和小实验。从上世纪80年代开始，物理通报社编写九年义务教育教材，在序言中就明确提出了这四种实验，并将这四种物理实验层次纳入物理通报版九年义务教育物理教科书之中，受到广大师生的普遍欢迎，对我国物理教学改革起到了积极的推动作用。
2、课程标准理念下的中学物理实验教学
世纪之交，我国启动的基础教育课程改革，是一场划时代的深刻改革，就物理学科而言，几乎所有的改革理念都紧紧地联系着物理实验。在这场课程改革中，最基本的理念是提倡“以学生为本”，面向全体学生科学素质提高，旨在培养全体学生终生发展的兴趣和能力。因此，怎样改革实验教学，培养学生自主学习能力，培养科学探究的兴趣和能力成为课程改革的重点，在这样的理念下自然就要求人们去全面地、深刻地研究揭露物理学的学科特性和教育功能。课程标准理念深刻地改变了物理实验教学的目标、性质和模式，从单纯为了学习知识验证理论，学习操作技能，转变为以全面地培养科学素质为目标的课程，提出了“知识与技能，过程与方法，情感态度价值观”三维教学目标。这样的物理教学目标决定了物理实验教学的性质、内容和模式。
课程标准并没有排斥更没有否定在改革开放后形成的演示性实验、随堂实验、学生分组实验和小实验这样一种基本结构。相反，在课程标准理念下，更有利于发挥多层次物理实验教学结构的教育功能。在课程标准理念下，演示实验仍是不可缺少的重要形式，只是应在演示实验中重视学生的参与；在学生分组实验中，要尽量采用探究式的实验方式，应改变一切由教师准备好、设计好，广播操式的程式化实验；至于“随堂实验”则更要注入较多的探究式内容，包括让学生经历设计方案，选择仪器、制订步骤、设计表格、收集信息、处理数据、得出结论并进行评价分析等过程，旨在让学生真正进入科学学习的状态和角色；在课程标准理念下的小实验或家庭实验，则有更大的自主性、开放性、创造性，更多地鼓励学生利用身边器材、家用电器和同学、家长共同开展多种形式的家庭实验。现在物质财富大大丰富，应鼓励同学们建立家庭实验室，废旧材料很多，很多东西都是科学实验的好材料。
当然，在物理教学中要求这样做肯定会有不少困难，不仅对学生要有一个培养过程，而且教师、学校和家长也都要有一个适应过程，可以逐步到位，逐步提高要求，但必须坚持这种科学教育的原则和方向。
课程标准理念下的物理实验教学，从根本上改革了物理实验教学目标和性质，因此，必须相应地改革实验教学的内容和形式。这样的改革使学校教学与社会活动、家庭生活结合起来，有利于促成全民关心教育、全民学习的'崭新文化。
3、数字文化与课程标准理念的结合将开创崭新的物理实验教学体系
文化是教育的基础，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。有人担心多媒体是否会削弱物理实验教学，其实这是一种偏见。在数字化的平台上，将使物理实验教学的现代特性得到进一步发挥，而且将会创造出一些全新的实验教学模式。下面将简要地讨论一下在这样一个平台上，物理实验教学的改革问题。
3。1计算机、多媒体、仿真实验扩大了物理实验的内涵，扩展了物理实验的教育功能
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。お
3。2数字化实验系统（DIS系统）对物理实验教学将产生的影响
从总体上讲，DIS系统是以计算机及传感器为核心器件的实验体系，而与传统或有计算机传感器参与的实验系统相区别。DIS系统结构将使实验教学的设计思想、学生的操作过程和实验中间环节发生很大变化。
模块化和功能封装是现代工业的特点之一，DIS具备了这些特点，也就是系统将在“黑箱”模式下提供我们需要的功能，不能也不必过份关心系统提供功能之外的事情。我们所要做的事情就是根据需要，选择想要的模块，要关心的事情就是该模块的功能是否能满足我们的需要。如测量类型、测量范围、测量精度是否合乎要求，软件支持的情况。在这种情况下，实验教学将使一些层面相对简化，而使另一些层面更深入。比如，在数据处理上，有明确的处理形式的机械性工作，可以交给计算机来自动完成，使处理数据层面上工作简单化；这样做的目的是否意味我们对数据的关注可以减少呢？答案是否定的。因为我们要求学生转而关注数据之间的物理关系和数据背后更深入层次上的物理分析，就是说可以引导学生把精力从简单层面上转移到较深入的地方。
面对DIS系统的功能全面增强，为物理实验教学在实验内容上调整带来机遇。比如，在传统中学物理实验中，没有设备能很方便地测量磁场强度，现在有了磁场强度测量模块。我们可以用它和电流传感器、电压传感器、压力传感器等模块组合使用，设计一系列较复杂的物理实验。由于传感器的应用，给测量带来方便，我们可以将力、热、声、光、电等模块组合使用，设计出跨章节甚至跨学年的综合性实验，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。
DIS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，如可以设计某个实验专门为了仔细深入地观察某一过程，研究一些物理量之间的关系等等。另一方面，对于同一个实验，不同学生之间在学习目的上可以互不相同。实验既可以探究性的，也可以是验证性的，由于DIS具有便于使用的模块，学生可以更自由设计某个实验来验证他们的想法，为学生大胆创造提供实验平台。
3。3虚拟实验对传统实验教学的影响
虚拟实验是从计算机领域中的虚拟现实技术与实验教学相结合的产物。它将实验仪器、实验环境、实验环节等全部由计算机仿真系统来完成，既可以仿真传统实验，也可以仿真传统教学实验无法涉及的条件要求很苛刻的实验，如高温、强电、强磁实验、高能粒子实验、空间实验等等。
权威人士断言，虚拟现实技术将是21世纪信息技术的代表。它的发展，不仅从根本上改变人们的工作方式和生活方式，同样它也将改变人们的思维方式，改变实验教学的格局。
首先，它可以极大地扩展教学实验的内容，涉及以前教学实验无法涉及的领域，给予学生更大的学习空间，激发他们的想象力、创造力。第二，它可以方便地对实验教学内容进行扩充，只用少量的资金去购买相关软件而不必用大量的资金去添置实际设备，从而给实验教学本身以更大的自由度。第三，它可以作为真实实验的事前准备，使学生在做真实实验之前就对实验设备和内容有深刻的了解，从而提高实验教学效果和减少不必要的设备损失。第四，它可以方便地作为实验教学评价手段，解决以往实验教学不方便考试的问题等。
有什么文化就会有什么样的教育，数字文化与课程标准理念相结合，必将使实验教学呈现出多姿多彩的新格局。在面向全体学生基本科学素质提高的大目标下，贯彻课标基本理念，转变观念，继承传统实验教学优秀成果，充分地利用数字文化的强大力量，展示物理教育的时代特点，将是我国物理实验教学改革的长期奋斗目标。
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