淺談中學(xué)物理教師應(yīng)具備的實驗技能畢業(yè)論文

1、淺談中學(xué)物理教師應(yīng)具備的實驗技能 摘要 物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,從本質(zhì)上說是一門實驗科學(xué)。物理學(xué)中許多重要的定律,概念和理論都是通過實驗進行分析、歸納、比較和綜合后總結(jié)出來的?，F(xiàn)階段根據(jù)新課程制定的教學(xué)大綱,中學(xué)物理的實驗大約有三百多個(包括演示實驗),隨著物理實驗的增多對于中學(xué)物理教師來說了解物理學(xué)的研究方法,培養(yǎng)嚴格的實事求是的態(tài)度,具備更多更高的實驗技能是非常必要的,也是物理教師教學(xué)成功的一個基礎(chǔ);因此,本文著重論述了中學(xué)物理教師應(yīng)具備的實驗技能。關(guān)鍵詞 實驗技能 中學(xué)物理 物理教師Experiment of middle school physics teachers should

2、 possess skills Abstract: Physics is based on the experimental subjects, is essentially an experimental science. Physics in the many important of law, concept and theory are is by experimental for analysis, and summarized, and comparison and integrated Hou summary out of. at this stage under new cou

3、rses developed of syllabus, middle school physical of experimental about has more than 300 multiple (including demo experimental), as physical experimental of increased for middle school physical teachers, understanding physics of research method, training strictly of seeking truth from facts of att

4、itude, has more more high of experimental skills is very necessary of, is physical teachers teaching success of a foundation; so, This paper discusses the experimental skills of high school physics teachers should possess.Keywords：experimental physics; middle school physical; physical teacher引言 在新課程

5、理念中,科學(xué)探究已成為物理課程的教學(xué)目標和內(nèi)容。因而物理實驗課也就自然成為中學(xué)生的一項重要課程了。在物理實驗教學(xué)中,很多物理教師為提高學(xué)生的實驗技能水平增加了實驗數(shù)量,但效果卻不是很理想。很多學(xué)生在考前把以前做過的實驗淡忘了,甚至連一些基本的實驗裝置都忘了。究其原因是:在實驗的過程中學(xué)生都是按部就班,學(xué)生沒有自己動腦,都依照老師講的做,因此印象不深,實驗后收獲不大。所以,在實驗的過程中教師要注重培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能,這就要求教師要不斷深化自己的實驗技能,從而提高自己的實驗教學(xué)素質(zhì)。一、物理實驗技能和實驗教學(xué)素質(zhì)的含義物理實驗技能是順利進行物理實驗并完成實驗?zāi)康牡膫€性心理特征。這是一種綜合能力,是

6、各種基本技能在實驗活動中的綜合體現(xiàn),在總體上包括思維和操作兩部分。在實驗?zāi)芰χ兴季S是一種綜合性思維,是各種思維的綜合運用。中學(xué)物理教師應(yīng)具備一定的實驗教學(xué)素質(zhì)和實驗技能，才能更好培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能，提高學(xué)生的實驗操作水平。其實驗教學(xué)素質(zhì)包括：物理實驗技能的素質(zhì)和實驗教學(xué)方法的素質(zhì)，兩者缺一不可?？梢娋邆渲袑W(xué)物理實驗技能的重要性。 二、教師應(yīng)具備的實驗技能1 使用基本儀器的技能物理實驗的基本儀器主要有：刻度尺、量筒、秒表、天平、溫度計、測力計、電壓表、電流表，滑動變阻器等。對于這些儀器我們不僅要了解它們的構(gòu)造、原理和用途，還要掌握它們的量程、使用方法和規(guī)則。抓住各種基本測量儀器的共性，這樣我們才

7、能更好地培養(yǎng)自身使用基本儀器的技能。1.1 實驗儀器的量程物理實驗當(dāng)中各種基本儀器都有一定的量程，在使用各種基本儀器之前必須要搞清楚儀器的量程并且能估計被測對象的一些基本情況。然后選用適當(dāng)量程的儀器，避免超過量程而損壞儀器。如:在測量物體的長度時要先估計物體的長度，然后再根據(jù)估計值來選擇刻度尺的量程，這樣既避免了測量錯誤，同時也使得刻度尺少受磨損。1.2 測量儀器的零點調(diào)節(jié)或校正使用儀器之前要將測量儀器進行調(diào)零或校正。在中學(xué)物理實驗中通常進行的是調(diào)零，這一步驟是必須要做的，否則我們所測得的實驗數(shù)據(jù)將是不正確的。還要懂得零點是相對的，使自己養(yǎng)成使用基本測量儀器前調(diào)零或校正零誤差的習(xí)慣。如：對天平

8、、刻度尺，螺旋測微器等儀器要學(xué)會零誤差修正。1.3 會正確讀數(shù)實驗中要掌握讀數(shù)的一般方法，關(guān)鍵是讀出儀器的最小刻度值，會從最小刻度值之間估計出一位有效數(shù)字（實驗之前要弄清有效數(shù)字的含義）。同時還要注意讀數(shù)的正確姿勢。如：從天平的標尺上讀數(shù)時，視線要與標尺上的游碼相平，不能俯視或仰視。從量筒上讀數(shù)時，視線應(yīng)與凹（凸）液面的最低（高）處保持相平，不能俯視或仰視。如右圖乙所示。1.4 根據(jù)測量儀器的構(gòu)造原理，掌握它的使用方法和使用規(guī)則使用基本儀器的技能必須要注意把握儀器的使用方法與理解儀器原理結(jié)合起來，這樣既有利于鞏固基礎(chǔ)知識，又能理解為什么這樣使用儀器，只有理解了儀器原理，使用起來才會更加應(yīng)用自如

9、。 如：天平是根據(jù)杠桿的平衡原理制成的，因此，使用前和稱量時要保證橫梁處于平衡狀態(tài)，同時必須嚴格保護刀口，要理解保護刀口的重要性，從而自覺遵守使用方法和規(guī)則。2 科學(xué)規(guī)范操作實驗的技能2.1 掌握實驗的一般原理、進行實驗設(shè)計和選擇實驗方法第一步，要弄懂科學(xué)探究的要素即：提出問題、猜想與假設(shè)、制定計劃與設(shè)計實驗、進行試驗和收集數(shù)據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作。第二步，根據(jù)第一步的七個基本要素明確各種實驗的目的，原理，根據(jù)實驗的原理進行設(shè)計。要清楚的知道實驗所需的理論、物理定律、公式，電學(xué)實驗用什么電路圖。同時還要搞清哪些是已知量，哪些是被測量。然后根據(jù)實驗室的條件選擇實驗儀器，進而設(shè)計好實驗步

10、驟，畫好數(shù)據(jù)記錄表格。第三步，要正確的安裝和調(diào)整儀器，正確連接電路。如：力學(xué)實驗中的支架滑輪的安裝，斜面的架設(shè)等，有時要對一些儀器做機械調(diào)整或電氣調(diào)整。在電學(xué)實驗當(dāng)中，按照電路圖連接線路時，要分清主回路和支路，從電源的一端開始沿主回路按順序進行，將主回路連接完后，再連接支路。連接時主回路中的開關(guān)應(yīng)該處于斷開狀態(tài)，最好將主回路和支路用不同顏色的導(dǎo)線連接，這樣的目的是為了分清主回路和支路，便于觀察和分析。線路連接好后，要進行檢查，沒有錯誤后才能通電。2.2 正確記錄實驗數(shù)據(jù)的技能(1) 數(shù)據(jù)的記錄是實驗的關(guān)鍵部分,數(shù)據(jù)記錄正確與否對后面實驗結(jié)論的分析是否正確有很大的聯(lián)系,如果我們記錄的數(shù)據(jù)是錯誤的

11、,那么我們最后得到的結(jié)論將與理論不同.在記錄數(shù)據(jù)這個過程中要集中精神,按照實驗步驟順序進行和讀取實驗數(shù)據(jù)(在讀數(shù)時一定要注意單位和實驗要求的有效數(shù)字位數(shù)).(2) 有效數(shù)字帶有一位不可靠數(shù)字的近似數(shù)字叫有效數(shù)字.有效數(shù)字的最后一位是測量者估讀出來的(在此要求學(xué)生要清楚的知道哪些實驗儀器有估讀數(shù),哪一些沒有,例如:游標卡尺就沒有估讀),因為這一位數(shù)字是不可靠的,也是誤差所在位.（3）有效數(shù)字位數(shù)的確定方法a.一切不為零的數(shù)字都是有效數(shù)字。如：12.43cm、2.345m、4.325kg都是有效數(shù)字，均為四位有效數(shù)字。b.在非零數(shù)字之間或在非零數(shù)字之后的零都是有效數(shù)字。如：1.005m、12.40

12、cm、6.000kg均為四位有效數(shù)字。c.在非零數(shù)字之前的零不是有效數(shù)字。如：0.012cm、0.45mm、0.0056kg均是兩位有效數(shù)字，而“1”、“4”、“5”前面的零均不是有效數(shù)字。以上三種情況可概括為：從左往右數(shù)，從第一個不為零的數(shù)字起，數(shù)到右邊最末一位估讀數(shù)字為此，包括末位的零都是有效數(shù)字。d.有效數(shù)字的尾數(shù)與小數(shù)點的位置無關(guān).如：21.56cm、216.5mm、0.2156m均為四位有效數(shù)字。e.乘方不算有效數(shù)字。如：3.6103kg,不是五位有效數(shù)字而是兩位有效數(shù)字。5400m與5.4103m所表示的有效數(shù)字位數(shù)是不同的，前者為四位有效數(shù)字，而后者為兩位有效數(shù)字，所表示的意義也

13、毫不相同，前者末位的“0”是估讀的，后者“4”是估讀的。前者所用的測量工具的最小單位為10m，后者所用的測量工具的最小單位是1000m。f.作為有效數(shù)字“0”，無論是在數(shù)字之間，還是在數(shù)字的末尾，均不能隨意省略。例如：1.0cm和1.00cm的意義是不同的，1.0cm為兩位有效數(shù)字，1.00cm為三位有效數(shù)字。兩者的誤差不同，前者厘米為準確位，毫米為估讀位；后者毫米為準確位，0.1mm為估讀位，因此其準確度不同。在實驗中。測量時要按照有效數(shù)字的規(guī)則來讀數(shù)。在處理實驗數(shù)據(jù)進行加減乘除運算時，本來也應(yīng)該按照有效數(shù)字的規(guī)則來運算，但由于這些規(guī)則比較復(fù)雜，中學(xué)階段不作要求，運算結(jié)果一般取兩位或者三位有

14、效數(shù)字就可以了。3 完成實驗報告的技能物理實驗除了使教師自己受到系統(tǒng)的科學(xué)實驗方法和實驗技能的訓(xùn)練外，通過書寫實驗報告，還可以培養(yǎng)教師從事科學(xué)研究和工程技術(shù)開發(fā)的論文書寫基礎(chǔ)。因此，實驗報告是實驗課學(xué)習(xí)的重要組成部分。在寫實驗設(shè)計，實驗原理等過程中運用合作探究性學(xué)習(xí)，能夠在整個撰寫過程中熟悉研究過程，通過思考與探討,寫出來的實驗設(shè)計與實驗原理是進行實驗之前的一個基礎(chǔ)，這些過程使教師在實驗教學(xué)中的主體作用得到了充分發(fā)揮，同時，在教師和學(xué)生的討論研究過程中也加強了相互間的合作意識，同時也能讓學(xué)生體驗到做實驗的樂趣。在中學(xué)階段雖然很少要求學(xué)生寫實驗報告,但是作為一名物理教師寫實驗報告是教學(xué)的一項基本

15、內(nèi)容，這也是必須具備的。在實驗報告中要包括以下幾個內(nèi)容:實驗名稱、實驗?zāi)康摹嶒炂鞑?、實驗原理、方法和步驟、實驗數(shù)據(jù)的記錄、處理和分析，實驗總結(jié)(實驗成功或失敗的原因,在實驗中體會到了什么)。書寫時層次要清楚，字跡要工整，作圖要清晰，語言要流暢能夠清楚的從實驗報告中展現(xiàn)出自己的實踐成果。簡單介紹實驗報告包括的幾個內(nèi)容:3.1 實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康模杭词潜敬螌嶒炈筮_到的目標或目的是什么。使實驗在明確的目的下進行，可避免無目的地忙碌。不同的實驗有不同的訓(xùn)練目的，通常教材給予明確闡述。但在具體實驗過程中，有些內(nèi)容并不進行或?qū)嶒瀮?nèi)容作了改變。因此不能完全按照書本上照抄，應(yīng)按課堂要求并結(jié)合自己的實際情況

16、來寫。3.2 實驗原理實驗原理是科學(xué)實驗的基本依據(jù)。實驗設(shè)計是否合理，實驗作為依據(jù)的測量公式是否嚴密可靠，實驗采用什么規(guī)格的儀器，要求精度如何？應(yīng)在原理中交待清楚。寫實驗原理時必須有簡明扼要的語言文字敘述。通常教材可能過于詳細，目的在于方便閱讀和理解。書寫實驗原理時不應(yīng)完全照抄書本，應(yīng)該用自己的語言進行歸納闡述。3.3 實驗儀器設(shè)備在實驗中，儀器設(shè)備是根據(jù)實驗原理的要求來配置的，寫實驗報告時應(yīng)該如實記錄儀器的名稱、型號、規(guī)格和數(shù)量（根據(jù)實驗室實際情況如實記錄，沒有用的不寫，更不能照抄教材），因為這些要素都能直接影響到實驗結(jié)果。此項書寫可以促使我們?nèi)ニ伎純x器的用法和用途，從而有助于理解實驗的原理

17、和特點 。3.4 實驗總結(jié)完成每一個實驗之后教師對自己實驗過程的回顧、反思、總結(jié)和拓展知識的過程，也是實驗的升華，教師應(yīng)給予足夠的重視?？梢試@以下幾個問題進行思考：1） 你對本次實驗的結(jié)果是否滿意，為什么？如果不滿意，你認為是什么原因造成的？如何改進？2） 為達到實驗?zāi)康?，實驗的設(shè)計可以如何改進？這樣改進的優(yōu)點是什么？3） 你認為本次實驗的關(guān)鍵是什么？4） 你對這類實驗有什么更好的建議？5） 本實驗對你們的動手操作能力或理論知識的學(xué)習(xí)有沒有幫助？這些既能反映教師掌握知識的情況，分析和解決問題的能力，同時也能反映出教師設(shè)計實驗時存在的問題，然后再對自己設(shè)計的實驗進行改進,更重要的是培養(yǎng)了教師們

18、敢于思考，敢于創(chuàng)新的勇氣和能力。關(guān)于實驗報告中數(shù)據(jù)的處理與分析將在下一個大點中作重要介紹。4 處理實驗數(shù)據(jù)的技能實驗數(shù)據(jù)的處理是實驗報告中的一個重要內(nèi)容,同時也是實驗是否成功的一個關(guān)鍵。下面主要介紹處理實驗數(shù)據(jù)的一些方法4.1 直接比較法有些實驗只需通過定性的確定物理量之間的關(guān)系,或?qū)嶒灲Y(jié)果與標準值相比較,就可以得出結(jié)論,可應(yīng)用直接比較法進行數(shù)據(jù)處理。4.2 逐差法測定勻變速直線運動的加速度采用了逐差法.它是用打點計時器打出的紙帶計算加速度的常用方法,這種方法充分利用了測量數(shù)據(jù),具有較好的取平均值的效果。4.3 圖像法選取適當(dāng)?shù)淖宰兞?。通過作圖可以找到或反映出物理量之間的變化關(guān)系,并能找出其

19、中的規(guī)律,確定對應(yīng)量的函數(shù)關(guān)系。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)選取合適的坐標和坐標紙，通常用的有直角坐標和極坐標紙。為了描繪圖線準確，測量值應(yīng)盡可能多。選取適當(dāng)坐標比例，使圖線清楚為原則（圖線不要過大或過小），位置適中。對于直線使其傾斜度在40-60之間為最佳，并且作到在坐標軸上可靠數(shù)據(jù)是準確的，可疑數(shù)據(jù)是估計的,在坐標軸上標明軸的名稱、單位和整數(shù)的標度。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)確定原點的數(shù)值（不一定從零開始），以免浪費圖紙，使圖偏置一邊。在坐標軸上實驗數(shù)據(jù)用“”“”“”等任意一種符號表示，其叉點或心點是實驗點的準確位置，用鉛筆標出。同一條線上的實驗點要用同一種符號標出。如果圖上同時有幾條線需用不同的符號表示，加以區(qū)別。在

20、圖線空白處注明各圖線代表的內(nèi)容。各點標出后，用平滑的曲線將各點連接起來。為了減少誤差，偏離曲線較遠的點可以略去。4.4 列表法處理數(shù)據(jù)時,將所測得的實驗數(shù)據(jù)列成表格,可以簡明的表示出有關(guān)物理量之間的關(guān)系,便于檢查測量結(jié)果和運算是否合理,有助于發(fā)現(xiàn)和分析問題.列表常與圖像法一起應(yīng)用,且列表法常常是圖像法的基礎(chǔ)。為了發(fā)揮列表在數(shù)據(jù)處理中的作用，在設(shè)計表格時，要簡單明了，能夠容易看出有關(guān)物理量之間的關(guān)系，表格中各符號所代表的物理量的意義要清楚，并寫明單位。單位一般寫在標題欄，不重復(fù)的記錄在各數(shù)據(jù)上，表中數(shù)據(jù)要正確的使用測量結(jié)果的有效數(shù)字，以反映測量精度。在表中不能說明的問題可在表下加以說明。4.5

21、平均值法通常在同樣的測量條件下,對于某一物理量進行多次測量的結(jié)果是不完全一樣的,用多次測量所得到的平均值作為測量結(jié)果,看做近真值。4.6 描跡法描跡可形象直觀的直接反映實驗結(jié)果。如“研究平拋物體的運動”實驗就采用了描跡法。4.7 誤差分析物理實驗時要對一些物理量進行測量,各被測量在實驗當(dāng)時條件下均有不以人的意志為轉(zhuǎn)移的真實大小,此值稱為被測量的真值。測量的理想結(jié)果是真實值,但它是不能確知的。因為受到測量儀器和實驗環(huán)境條件的影響,并且觀察者操作和讀數(shù)不能十分精確.理論也有近似性,所以測量值和真實值總是不一樣的,這就是誤差。誤差存在于一切測量之中，而且貫穿測量過程的始終。在實驗中，每使用一種儀器，

22、進行一次測量都會引進誤差。測量一個待測量用的儀器越多，連續(xù)測量的次數(shù)越多，所經(jīng)歷的時間越長，引起誤差的機會可能就越多。誤差很可能湮滅測量值，即誤差大于或接近測量值。因此，討論誤差的來源及如何消除或減少誤差是提高測量精度，使測量結(jié)果更為準確的關(guān)鍵。對于誤差的來源可以概括為五個方面:理論、儀器實驗裝置、實驗條件，觀察者和監(jiān)視器。測量值的誤差均同時包含系統(tǒng)誤差和偶然誤差。研究誤差的主要目的在于:盡量減小測量值中的誤差和對殘存的誤差的大小給出某種估計值。(1)系統(tǒng)誤差各測量值的差異在重復(fù)測量時依然不變,這表明其測量誤差的符號和大小是恒定的此類誤差稱為系統(tǒng)誤差。對實驗進行系統(tǒng)分析或?qū)Ρ戎?可以得知其系

23、統(tǒng)誤差的來源,并可采取一定的措施去消減誤差。工廠生產(chǎn)儀器要經(jīng)過設(shè)計、選材、加工、組裝和校驗一系列過程，在此生產(chǎn)過程中產(chǎn)品將或多或少偏離設(shè)計值，這是儀器的基本誤差。國家規(guī)定工廠生產(chǎn)某一準確度等級的某種儀器，儀器的基本誤差必須小于相應(yīng)等級的允許誤差。但是任何精密的儀器都是有誤差的。系統(tǒng)誤差主要來源于儀器誤差、理論誤差、環(huán)境誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法是：校準測量儀器，改進實驗方法。對系統(tǒng)誤差的研究主要目的在于：探索系統(tǒng)誤差的來源，設(shè)計實驗方案消除或消減該項誤差；估計殘存系統(tǒng)誤差的可能范圍。(2)偶然誤差 在相同條件下的重復(fù)測量中，其測量值一般不盡相同，這表示每次測量的誤差不同，并且在測量以前不可預(yù)知測

24、量值是偏大還是偏小，這一類誤差稱為偶然誤差。偶然誤差主要來源于各種偶然因素、對實驗者、測量儀器、被測物理量的影響而產(chǎn)生。減小偶然誤差的主要方法是：多次測量取平均值。5.自制教學(xué)用具的實驗技能 新課程標準要求從生活走向物理，從物理走向社會。因此，教師充分利用我們身邊的資源自制教學(xué)用具將更具意義，有利于教師的自身發(fā)展，同時也能使物理實驗更形象，消除學(xué)生的神秘感，使學(xué)生的印象更深刻。比如我們在學(xué)習(xí)光的折射、全反射時可帶上碗、筷、硬幣、硬紙片、剪刀、桶、豆?jié){或牛奶、手電筒或紅外線光源等，指導(dǎo)學(xué)生自己動手操作，給學(xué)生在實驗中發(fā)現(xiàn)光的折射規(guī)律和全反射的條件等等，只要我們留心生活，就能從生活用品中提練物理教

25、育的素材。在自制教學(xué)用具中要做到以下幾點：(1)經(jīng)濟性自制的教具應(yīng)該是少花錢或不花錢，這樣教具成本低，只要能達到演示效果就行。所以，提倡“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實驗”。(2)可靠性自制的教具能堅固耐用、不易損壞；安全可靠、工作穩(wěn)定、具有重復(fù)性能好的特點。(3)可觀性教具是演示物理現(xiàn)象給全班同學(xué)觀察的，不是一個人拿在手里的袖珍玩具。所以自制教具尺寸應(yīng)該盡可能大一點。力爭做到“尺寸夠大，簡單明了”。(4)啟發(fā)性制作的教具應(yīng)該有豐富的物理學(xué)思想，有啟迪學(xué)生的思維，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。我們提倡讓學(xué)生能看懂它所需要演示的物理道理。(5)環(huán)保性在人們的環(huán)保意識越來越來強的今天，我們更要加強對學(xué)生進行環(huán)保教育，因此在制作教具的過程中必須要求無污染、節(jié)能。(6)安全性任何工作必須以安全為前提，為了保證安全，不宜直接使用帶有微量放射線的熒光材料，水銀、火藥、含鉛量多的粘土、農(nóng)藥、發(fā)霉變質(zhì)的東西、不健康的圖片、沒有進行磨邊處理的玻璃片等等也不宜使用，不要直接處理會引起過敏的植物、有毒的物品，自制教具的電壓都應(yīng)控制在安全電壓范圍之內(nèi)?？偨Y(jié)：實驗對于物理這一門自然學(xué)科來說是一項重要的內(nèi)容，中學(xué)物理實驗的目的是通過實驗，重現(xiàn)前人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的物理現(xiàn)象，讓