摘 要：
针对传统的高中物理实验教学存在的问题, 结合高考关于实验考查的要求, 提出在高中物理实验学习中, 建立设计性实验的教学模式, 开展设计性实验的教学, 以提高学生的实验能力。
关键词：
高中物理; 设计性实验; 教学模式;
2012年江苏省普通高中学业水平测试说明 (选修科目) 中明确指出能运用已学过的物理理论、实验方法和所给的实验仪器去解决问题, 包括设计性实验。这就要求高中物理的实验教学应从传统的实验教学模式转向更高层次的设计性实验教学模式, 并研究其教学的有效性。
一、设计性实验考查的特点
设计性实验是由考生根据实验目的, 运用已掌握的物理规律、实验方法、选择熟悉的仪器、器材、自行独立设计的新的实验构想或方案。一般情况下, 不会考查全部环节, 而是只考查其中的几个环节, 有的给出实验装置图、电路图, 要求领会实验原理, 确定需要测的物理量及计算公式, 有的给出条件和实验器材, 要求阐述实验原理;有的则要求考生根据操作步骤及测定的物理量判断出实验原理及误差分析;有的给出几种不同的方案, 要求进行选择;有的要求对实验数据进行分析评价。因此教师应重视实验教学, 尤其是设计性实验的教学, 以提高学生的自主学习能力、探究能力和创新能力。
二、设计性物理实验教学模式的研究
设计性实验不同于一般的实验, 要完成这一层次的教学, 须建立适合设计性实验教学的教学模式。
1. 建立设计性物理实验教学模式的原则。
(1) 重视学生的主动性和中心地位。设计性实验教学应以学生为主体、为中心, 突出和重视能力培养, 在教学中强调个性发展, 发挥学生个人主观能动性, 以提高学生的自主学习能力、探究能力和创新能力。切忌实验目的、实验原理、方法、内容、步骤、仪器调整、数据记录处理均由教师一人讲解、演示、指导, 使学生处于被动接受的位置, 这样学生学习的主动性会受到遏制。 (2) 重视实验的基本素质, 重视课本实验的教学。课本实验, 包括演示实验、学生分组实验和课后小实验, 是高中物理设计性实验的基础。在实验教学时, 首先必须着眼于掌握基本仪器的使用和基本方法的运用, 重视对实验现象的观察和实验过程的体验, 培养实验的基本素质。 (3) 重视物理实验的实质和内在联系。设计性实验教学时, 要将物理实验置于整个学科发展的整体之中, 深入挖掘实验的物理思想和实质, 加深学生对物理实验的理解, 培养学生的创新能力和知识迁移能力。勿将物理实验一个个孤立地进行教学, 忽视各个实验之间的联系。 (4) 重视培养学生的实际操作能力。许多学生对于实验的具体操作过程总是模模糊糊, 原因是在物理实验的新课教学时, 由于知识的局限性, 对实验操作过程一知半解、糊里糊涂。设计性实验要实验环境开放, 尤其是实验室仪器的开放, 学生的学习不再局限于课堂的实验操作, 而是让学生在课堂之余, 可以根据自身的掌握情况选择适当的实验器材进行操作的熟悉和探索。 (5) 重视设计性实验的设计原则、方法和实验数据处理的指导。传统的实验教学往往只重视某个具体的实验设计方案, 而对设计的原则、方法以及实验数据处理方法的选择很少提及, 以至于学生对实验设计的结果“知其然而不知其所以然”, 因此在设计性实验中独立设计能力差。而设计性实验则要求加强设计原则、方法和数据处理方法的选择指导, 使学生真正掌握实验设计的原则。所谓设计性实验的设计原则包括:实验的目的性、科学性、安全性、精确性、简便性等;而设计性实验的设计方法包括:模拟法、转换法、放大法、比较法、替代法等;实验数据处理方法则包括平均值法、图像法、比较法等。
2. 设计性物理实验的教学环节。
(1) 物理设计性实验的选题。高考物理中的设计性实验的考题往往源于物理课本, 适当地迁移, 注重与实际情况结合, 变验证型实验为测量型实验, 因此在设计性实验问题的选择上要本着源于教材、高于教材的原则, 选择既切实能考查了学生对基本实验、基本方法与实验技能技巧的掌握和领会, 同时又能考查学生综合素质和利用原则、方法进行创新以及灵活应用的能力的问题。 (2) 物理实验问题情境的引入。在选择好主题后, 教师应十分重视问题情境的创设, 将静态的知识转化为动态的问题探究, 使学生进入探索者的角色。教师可以通过以下方式创设问题情境:1) 创设的问题情境要新、奇、趣;2) 创设的问题情境要有悬念;3) 创设问题情境应发挥教师自身的优势;4) 创设的问题情境要与生活实际相结合。 (3) 给出不同角度的设计方案。学生自行选择自己所感兴趣的角度, 要求独立设计出实验方案 (包括实验的设计原理、所要选择的器材和实验操作步骤以及误差预测分析) , 这是一个对学生实验能力的综合考查。 (4) 对不同的设计方案进行评价。学生浏览不同的设计方案和实验结果, 并且对自己和他人的实验方案进行讨论和评价, 教师引导学生将讨论的重点集中在以下几个方面:评估各种不同的方案的可行性;实验数据将作怎样较为科学地处理, 包括图像法、化曲为直等数学方法的讨论;分析实验误差的来源等。 (5) 实验探究阶段。学生根据自己的设计方案, 以小组合作的形式, 在开放性实验室里自行选择器材, 完成实验操作, 记录实验数据, 并用合理的方式对数据进行处理。通过上述这样的方式, 有利于学生进一步提高实验操作能力和对实验原理的进一步理解。 (6) 对实验结果进行讨论与评价。教师引导学生对自己和别人的任务解决方案做出总结, 主要探讨这些不同的方案为什么能够导致相同的结果, 即所有情境的内在联系, 引导学生得出最后的结论。 (7) 布置课后作业。要求学生规范撰写实验报告, 包括实验原理、实验器材、实验步骤以及误差分析, 并且记录下讨论和修改意见。
三、设计性实验教学模式的意义与展望
随着江苏省物理新课程改革的进一步深入和高考改革, 设计性实验的考查日益重要, 高中物理教师要广泛而深入地进行教学实践, 探索、发展并完善设计性物理实验的教学模式, 促进设计性物理实验教学, 培养学生的创新能力和综合素质。