高中物理教學(xué)論文數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)主動(dòng)探索

1、數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索11題目陳述所謂“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)”，指的是將現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字化技術(shù)融為一體的實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用，不但能替代許多傳統(tǒng)儀表，即使替代也不是簡單的功能重復(fù)，而是大大提高了測量范圍、精度、反應(yīng)時(shí)間。因此，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使中學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容發(fā)生了很多改變，許多原來不能做的實(shí)驗(yàn)可以做了，許多原來只能定性的實(shí)驗(yàn)可以定量分析了，許多“瞬時(shí)”的過程(如碰撞)我們能通過高速掃描記錄下來仔細(xì)分析了，因此學(xué)生利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)手段可以探究的問題范圍和深度都大大拓展，這對(duì)提高學(xué)生的探究能力很有益處。計(jì)算機(jī)及配套軟件的使用使我們“數(shù)據(jù)挖掘”的本領(lǐng)大大增強(qiáng)，更容易、更深刻

2、地揭示客觀世界隱藏的各種規(guī)律。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的固有模式，使中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)具有高度的自主性、開放性和探索性，學(xué)生可以比較方便地根據(jù)不同的目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。另一方面，對(duì)于同一個(gè)實(shí)驗(yàn)，不同學(xué)生在學(xué)習(xí)目的上可以互不相同。實(shí)驗(yàn)既可以是探究性的，也可以是驗(yàn)證性的，由于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有便于使用的模塊，學(xué)生可以更自由地設(shè)計(jì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證他們的想法，為學(xué)生大膽創(chuàng)新提供平臺(tái)，以適應(yīng)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中“物理實(shí)驗(yàn)專題”選修模塊的需要。12新課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))，是在深化基礎(chǔ)教育改革，全面推進(jìn)素質(zhì)教育的背景下產(chǎn)生的，它以全新的課程理念出現(xiàn)在我們的面前。標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)

3、的描述，一并以“通過實(shí)驗(yàn)”“通過實(shí)驗(yàn)探究”“通過觀察和實(shí)驗(yàn)”等術(shù)語提出了要求。在教學(xué)建議方面，新課程強(qiáng)調(diào)教學(xué)要致力于教與學(xué)方式的改變，尤其要促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)合作、探究、自主地學(xué)習(xí)。課程標(biāo)準(zhǔn)理念為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新的思想理論，數(shù)字技術(shù)的普及則為物理教學(xué)提供了全新的技術(shù)手段和教學(xué)平臺(tái) .數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念的結(jié)合必將為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)乃至物理課程現(xiàn)代化產(chǎn)生重大影響。13問題及假設(shè)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的能力。 二  研究方法選擇了天津市實(shí)驗(yàn)中學(xué)2007年入學(xué)的高一、6班，高一、8班兩個(gè)班的學(xué)生作為研究對(duì)象。其中，高二、6班為對(duì)照班；高二、8班為實(shí)驗(yàn)班。每

4、班各取40人，男女生各20人。實(shí)驗(yàn)周期為一年。調(diào)查法、實(shí)驗(yàn)法、比較研究法相結(jié)合的研究方法。21自變量采用數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)班：采用數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法對(duì)照班：采用傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法22因變量教學(xué)效果 學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的能力23無關(guān)變量及控制方式表無關(guān)變量及控制方式無關(guān)變量控制方法教材內(nèi)容教學(xué)時(shí)間物理學(xué)習(xí)原基礎(chǔ)學(xué)生性別教師選擇同一教材（人教版）相同課時(shí)（4課時(shí)/周）實(shí)驗(yàn)前物理成績相當(dāng)男女生比例相同同一物理教師三實(shí)施步驟31增設(shè)使用數(shù)據(jù)采集器的小實(shí)驗(yàn)的幾種應(yīng)用方式1、在呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中探索物理規(guī)律的應(yīng)用2、在可見度小，顯示瞬間變化物理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用3、在某些不易直接觀察物理變化

5、規(guī)律實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用4、對(duì)于易出錯(cuò)的物理概念，可以通過實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)采集器去檢驗(yàn)5、運(yùn)用物理概念和規(guī)律到野外開展課外探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)6、用于有趣或有毒的物理實(shí)驗(yàn)32突出數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)中現(xiàn)代化設(shè)備的強(qiáng)大處理功能在觀察環(huán)節(jié)，數(shù)字化手段可以極大地?cái)U(kuò)展實(shí)驗(yàn)的可視性和可重復(fù)性，以往用肉眼觀察非常困難的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在可以借助數(shù)字視頻技術(shù)在時(shí)間和空間上的擴(kuò)展可以清楚地采集下來反復(fù)觀察。在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)上，計(jì)算機(jī)和傳感器等數(shù)字手段的介入，可以更快更準(zhǔn)地得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 。從而節(jié)省寶貴的教學(xué)時(shí)間，把更多的時(shí)間用于討論物理問題之中。在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)上，利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，可將學(xué)生從簡單、機(jī)械、繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程中解脫出來

6、，讓他們的時(shí)間和精力用在更有創(chuàng)造力的方面。33采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施課例在實(shí)驗(yàn)班使用數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，對(duì)照班使用傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。（如表1）表1數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施（舉例） 課題實(shí)驗(yàn)班采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)照班傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)1摩擦力1.將多通道數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)的USB接口相連。 2.將兩個(gè)力傳感器與多通道數(shù)據(jù)采集器連接。 3.傳感器接入后，“DataStudio”軟件自動(dòng)啟動(dòng)。 數(shù)據(jù)采集： 將力傳感器清零，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”，逐漸用力拉動(dòng)重物，使重物勻速運(yùn)動(dòng)一段后，停止采集數(shù)據(jù)。 教師（學(xué)生）用彈簧測力計(jì)拉動(dòng)物塊直至運(yùn)動(dòng)，感受由靜到動(dòng)時(shí)拉力的變化，粗略測量靜摩擦和滑動(dòng)

7、摩擦。向心加速度1.將多通道數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)的USB接口相連。 2.將光門端口與光門端頭連接，并將光門端口、力傳感器與多通道數(shù)據(jù)采集器連接。 3.傳感器接入后，“DataStudio”軟件自動(dòng)啟動(dòng)。 4.緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái),使“自由砝碼”保持靜止，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，3秒后使滑板轉(zhuǎn)速突然變大。 5.轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后，采集數(shù)據(jù)。 1.用質(zhì)量不同的鋼球和鋁球，使他們運(yùn)動(dòng)的半徑r和角速度相同觀察得到：向心力的大小與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大，向心力也越大。2.用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，保持運(yùn)動(dòng)半徑相同，觀察向心力與角速度之間的關(guān)系。3.仍用兩個(gè)質(zhì)量相同的小球，保持小球運(yùn)動(dòng)的角速度相同，觀察向心力的大小與運(yùn)動(dòng)半徑之間的關(guān)系。

8、 四數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果及評(píng)價(jià)41實(shí)驗(yàn)前后學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的能力的分析通過調(diào)查問卷，了解學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的能力。實(shí)驗(yàn)前后各測一次，并對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析。（如表2）表2實(shí)驗(yàn)前后學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的能力的分析調(diào)查問題選擇項(xiàng)實(shí)驗(yàn)班對(duì)照班前后前后學(xué)習(xí)生活中，你   向老師同學(xué)家長提出問題。A、經(jīng)常27%48%26%30%B、偶爾55%42%56%57%C、從不18%10%18%13%學(xué)習(xí)過程中，你常感到自己A、沒有什么問題10%5%9%8%B、有問題但提不出57%35%58%57%C、經(jīng)常能提出問題33%60%33%35%你干什么都想問個(gè)究竟嗎？A、經(jīng)常35%54

9、%36%38%B、偶爾37%32%35%37%C、從不27%14%29%25%你懷疑過老師或教材中的結(jié)論嗎？A、經(jīng)常8%18%8%8%B、偶爾57%61%58%57%C、從來沒有35%21%34%35%學(xué)習(xí)中，對(duì)老師的解釋，你有過不滿意嗎？A、經(jīng)常14%20%12%13%B、偶爾65%66%60%65%C、從來沒有21%14%28%22%在對(duì)物理問題的討論中，你能   發(fā)表自己的看法、觀點(diǎn)。A、主動(dòng)31%66%32%33%B、被動(dòng)49%25%48%49%C、從不20%9%20%18%你能   注意周圍的一些司空見慣的現(xiàn)象，并努力去探究它（如樹兒為什么向上

10、長等）。A、經(jīng)常20%38%19%18%B、偶爾51%45%52%51%C、從不29%15%29%31%你對(duì)老師提出的問題   _有與眾不同的解答。A、經(jīng)常10%18%8%9%B、偶爾41%54%42%42%C、從不49%28%50%49%遇到問題時(shí)，你  能想到一般人意想不到的辦法。A、經(jīng)常12%20%12%11%B、偶爾43%56%43%45%C、從不45%24%45%44%做習(xí)題或解決問題時(shí)，你   想到兩種或兩種以上的方法A、經(jīng)常22%50%21%25%B、偶爾51%42%52%51%C、從不27%8%27%24%對(duì)老師提出的問題，你是

11、A、認(rèn)真思考有把握后才回答51%60%52%55%B、不管對(duì)錯(cuò)都要發(fā)表見解14%30%15%14%C、考慮了，但害怕錯(cuò)，基本不回答35%10%33%31%學(xué)習(xí)物理概念時(shí)，你  對(duì)其來龍去脈追根究底。A、喜歡27%56%26%27%B、偶爾喜歡55%32%55%55%C、不喜歡18%12%19%18%在實(shí)在不能獨(dú)立解決所遇到的問題時(shí)，你是A、放在一邊，過后就忘了27%9%26%20%B、查找資料，以期啟發(fā)18%26%20%16%C、和同學(xué)討論39%49%38%40%D、請(qǐng)教老師以獲得指導(dǎo)、16%16%16%24%學(xué)習(xí)物理知識(shí)時(shí)，你   將它與生活中、生產(chǎn)中某一現(xiàn)象相

12、聯(lián)系，并試圖用其解釋之。A、經(jīng)常29%49%30%31%B、偶爾51%40%48%51%C、從不20%11%22%20%你  試著去弄清諸如鐘表等物品的原理，并試圖去改進(jìn)它。A、經(jīng)常24%30%25%24%B、偶爾33%36%31%35%C、從不43%34%44%41%你在對(duì)某一問題拿不準(zhǔn)時(shí)，是否想到動(dòng)手做做看。A、經(jīng)常22%45%21%23%B、偶爾47%40%48%47%C、從不31%15%31%30%你  將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中去。A、經(jīng)常17%27%15%18%B、偶爾47%44%48%47%C、從不46%29%47%45%生活學(xué)習(xí)中，你  能動(dòng)手修理家

13、中或?qū)W校中的一些簡單用品。A、經(jīng)常15%18%16%16%B、偶爾59%61%55%57%C、從不26%21%29%23%你平時(shí)  閱讀各類雜志和課外書籍，擴(kuò)大知識(shí)面。A、經(jīng)常29%41%28%30%B、偶爾55%51%57%55%C、從不16%8%15%15%物理學(xué)習(xí)中，你覺得學(xué)習(xí)  最得要。A、研究問題的方法43%60%40%43%B、物理知識(shí)51%37%55%55%C、不知道6%3%5%2%(21)分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，你經(jīng)常是A、親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)29%44%28%30%B與同學(xué)一起動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)47%50%44%49%C、看同伴做實(shí)驗(yàn)16%5%17%16%D、不做也不看8%1%11

14、%5%(22)實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)，如果重做將花較多的時(shí)間，你的做法是：A、將書上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告55%34%53%51%B、把失敗的實(shí)驗(yàn)結(jié)果寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告20%21%21%22%C、重復(fù)實(shí)驗(yàn)，尋找失敗的原因25%45%26%27%以上各項(xiàng)調(diào)查雖有學(xué)生主觀的影響，但統(tǒng)計(jì)結(jié)果與教學(xué)觀察基本一致。明顯顯示，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生深受傳統(tǒng)教育思想的左右，明顯表現(xiàn)出唯師是從，知識(shí)狹窄，能力低下，創(chuàng)見貧乏，與知識(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)對(duì)人的創(chuàng)新素質(zhì)與能力的要求相距甚遠(yuǎn)。具體表現(xiàn)在以下幾方面：(1)問題意識(shí)。發(fā)現(xiàn)問題比解決問題更重要，沒有對(duì)問題的發(fā)現(xiàn)、提出，就不可能有問題的解決和創(chuàng)新。調(diào)查的第1、2、3、4、5、7、11、12題顯示學(xué)生

15、是否善于提問，善于在沒有問題處提出問題，敢不敢懷疑權(quán)威和書本，敢不敢發(fā)表自己的見解和觀點(diǎn)。(2)求異思維。創(chuàng)新品質(zhì)中求異思維最重要，沒有對(duì)問題的多角度、多方位的思考，循規(guī)蹈矩，就不可能有新的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新，第6、7、8、9、10、20題顯示我們的學(xué)生是否具有求異思維品質(zhì)、創(chuàng)新意識(shí)，善于獨(dú)辟蹊徑，另選方法。(3)學(xué)生的主體意識(shí)。第6、11、19題反映學(xué)生學(xué)習(xí)地位，主體的參與意識(shí)和參與能力。第7、12、13、22題反映學(xué)生知識(shí)面，自主探究問題的精神和能力，。(4)實(shí)踐意識(shí)和能力。第14、15、16、 17、18、21、22題反映學(xué)生實(shí)踐意識(shí)，是否將實(shí)驗(yàn)看作是探究能力和實(shí)踐能力的訓(xùn)練。具不具有實(shí)事求是的

16、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)探究精神。通過實(shí)驗(yàn)，對(duì)調(diào)查問卷進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生自主學(xué)習(xí)、主動(dòng)探索的能力明顯提高。五課題研究結(jié)論及今后設(shè)想  數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，符合學(xué)生自身發(fā)展的需要，受到學(xué)生的歡迎。在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、自學(xué)能力，發(fā)展創(chuàng)造性思維和能力，培養(yǎng)學(xué)生不斷探索、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度以及培養(yǎng)合作精神與能力等方面，較之傳統(tǒng)的講授法有顯著的優(yōu)勢。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的引入，必將改變傳統(tǒng)物理課堂教學(xué)的模式，為教師和學(xué)生的發(fā)展帶來新的理念和領(lǐng)域。實(shí)驗(yàn)不僅僅是動(dòng)手，還要?jiǎng)幽X。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的引進(jìn)，表面上看減少了動(dòng)手操作，但實(shí)際上大大增加了智慧操作的程度。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)最重要的特點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和現(xiàn)代化，有利于學(xué)生理解現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的思想和方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和能力。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了創(chuàng)新精神，它不僅僅改變了實(shí)驗(yàn)手段，還改變了實(shí)驗(yàn)教育的理念?？傊?，在數(shù)字化