中学物理实验教学研究论文

牛顿第一定律的教学研究，在中学物理教学研究中早已不是一个新问题了．许多物理教育工作者对于这一定律的教学发表了自己颇有见地的教学见解，并且得到了满意的教学效果． 当我们在教学实践中运用这些教学策略时，我们发现，确实可以取得如同一些文献中所述的预期效果．然而，当我们设计一些新的情境让学生运用牛顿第一定律去解决问题时，令我们十分吃惊的是：学生对于牛顿第一定律的掌握程度却又非常之差．这使得我们困惑不解．为何对同一教学策略教学的结果的评价出现如此之大的偏差？是教师教的原因，还是学生学的原因，抑或两者兼而有之．这促使我们对牛顿第一定律的教学进行深层次的理性思考，进一步，我们从学生的认知心理上，对这一规律的教学进行了深入的研究． 1 通常牛顿第一定律的教学，一般是按教材编排顺序，先进行演示实验引出课题，然后通过讲解伽利略与亚里士多德的争论，消除“力是维持物体运动原因”的错误观念，进一步通过做斜面小车实验证明牛顿第一定律的正确性，最后让学生运用牛顿第一定律去解释日常生活中的现象，从而完成整个教学过程． 为了检验学生学习和掌握牛顿第一定律的情况，我们曾用这样一道题目来检测学生．题目如下．你坐在向前匀速直线运动的汽车里，将手中的钥匙竖直上抛，问当钥匙落下来时是落在手里，还是落在手后面．全班56名同学在试卷上皆答：落在手后面．问其原因，皆曰：汽车在走，而钥匙抛出后不再向前走了． 2 怎样更好地改进牛顿第一定律的教学效果，使牛顿第一定律的教学效果真正是实实在在意义上的令人满足．我们认为，囿于一般形式上的教学方法的改进已是隔靴搔痒，而必须深入到学生的认知结构中去考察学生产生错误认识的根源． 认知心理学的理论告诉我们，学生学习物理概念、规律时所形成的错误，常常是由于其头脑中的前科学概念的影响． 所谓前科学概念，是指儿童在学习物理课程以前的生活实际中，对各种物理现象和过程在头脑中反复建构所形成的系统的但并非科学的观念．比如牛顿第一定律就是如此．在物理教学中，那种认为只需要“正面”传授知识，学生就能接受，如果他们仍不理解，可以多讲几遍就能达到目的的想法，实践证明是过于天真了．因为在有些学生的经验中，早已有了与亚里士多德“力是维持物体运动原因“的理论类似的观念．这样，当他们学习了牛顿第一定律之后，就可能把定律纳入到自己原有的认知结构中，牛顿第一定律实际上成了“力是维持物体运动原因”的代名词．让他们解释用手推车、用脚踢球等一些不易暴露错误观念的生活实例时，他们也能解释得头头是道．但当解释用手抛钥匙、飞机扔炸弹的例子时，他们却又运用亚里士多德的理论去解释，其错误观念暴露无遗．这正是牛顿第一定律教学效果不佳的症结之所在． 3 研究和改进牛顿第一定律的教学，应当了解学生头脑中前科学概念的特点． 第一，学生头脑中的前科学概念是自发形成的． 过去，我们在教学中，常常误认为学生在学习物理之前其头脑如同一张“白纸”，教师可以在上面任意涂画，事实并非如此．学生在长期的生活实践当中，逐渐形成了自己对客观世界物质运动规律的看法．他们几乎每天都会看到物体在力的作用下运动，而在力停止作用时物体静止，于是主观地断言：有力，则物体运动；无力，则物体静止．这正是亚里士多德“力是维持物体运动原因”的理论． 第二，学生头脑中的前科学概念具有隐蔽性． 由于学生头脑中前科学概念都在潜移默化中形成的，所以它以潜在的形式存在．这包含两方面的意义．其一是学生自己并没有意识到它的存在，因为学生并没有有意识地思考并形成“力是维持物体运动原因”的概念．其二是前科学概念平时并不表现出来，但往往在学生运用物理概念解决问题时表现出来．比如前述测验表明，许多有10多年教龄的初中物理教师头脑中也存在着牛顿第一定律的前科学概念，然而他们自己却并不知道． 第三，学生头脑中的前科学概念具有顽固性． 由于前科学概念是儿童头脑中业已形成的概念，且长期的日常生活经验与观察又加强了这些概念．因此，学生头脑中的前科学慨念是非常顽固的． 国内外物理教育界近年来的一些研究表明：一旦学生对某些物理现象形成了前科学概念，要想加以转变是极其困难的．尤其那些在人类科学认识史上经历了曲折历程的前科学概念，更是如此． 按照皮亚杰的理论，学生认识什么和如何行动，主要决定于他们所具有的认知图式（思维模式），而不完全取决于教师所讲述的内容．他们按照自己已有的图式吸收和排斥信息．在有错误认识存在的情形下，就会在头脑中形成和正确信息极不相同的东西． 4 在上述研究的基础上，我们对牛顿第一定律的教学提出如下教学建议

从实验的作用，操作，改进，等方面写

二、实践过程： 第一次实践：让学生在探究过程中有体验和认识 第二次实践：学生在探究过程中提高自主解决问题的能力 第三次实践：教师适时引导，学生探究意识增强 第一次实践：让学生在探究过程中有体验和认识 教学设想： 在平时教学中，测小灯泡功率的实验学生都做过，测出小灯泡两端的电压和通过小灯泡的电流，根据电功率的数学关系式： ，就能得到小灯泡的功率。教学中教师提出三个探究问题。学生根据教师的提问，通过小组讨论，设计出测定小灯泡功率的实验方案是否可行，让学生在计算机仿真电学实验中进行连接。演示操作过程，特别是平时滑动变阻器的连接是学生的弱项，此时，在仿真电学实验中，可以很直观地解决连接以及动态变化情况。另外，对电流表和电压表的“＋”、“－”接线柱的连接，量程的选择都可以有正确的操作过程。学生进行实验操作，采集有用数据，并通过计算，测出了小灯泡的功率。学生在实践过程中，实验操作得到了有效的训练，但在实际教学中也碰到许多问题。例如，学生如何进行数据处理，电功率与这些数据之间的联系是什么等等有待解决。 教学反思： 第一次实践后，教研组开展了教研活动，在区教研员指导下进行反思，认为三个问题同时进行设计、连接、采集数据、经过运算解决探究内容容量大，坡度不够，探究不深，学生的印象不深。另外，学生主动参与实验的操作时间不足，在实践操作中反映的问题无法得到有效的解决。 第二次实践：学生在探究活动过程中提高了自主解决问题的能力 教学设想： 对第一次实践课所反映出的问题，在实践反思的基础上，重新设计了新的教学方案，新方案针对学生实验的不足，调整了教学策略，增加了学生对实验探究的讨论，包括实验方案的设计、数据的采集、学生面对方案的可操作性的互助讨论和质疑，尤其是增加了知识的迁移内容，强调了各种设计方案中数学关系式的引入及处理，让学生通过深入讨论、评价，切实提高在探究过程中解决问题的能力。 提问一：某一小灯泡标有“ ， ” 字样、电源电压为6V、电键、电流表、标有“50Ω，”字样的滑动变阻器，现一电压表15V一档被坏（0—3V一档可用），怎样用实验的方法来测定小灯泡功率。 〔教学片段1〕 师：在小灯泡额定电压为伏中，电压表15伏一档被损坏，怎样测定小灯泡功率。 生：把电压表并联在滑动变阻器两端。 师：方法很好，一开始就把电压表并联在滑动变阻器两端点行吗？ 生：不行。 师：为什么？ 生：电路连接正确后，闭合电键时，滑动变阻应放在最大，此时，滑动变阻器两端电压超过3V，不能直接并联在滑动变阻器两端。 师：怎么办？ （思考讨论后） 生：能否把电压表先接在小灯泡两端，调节滑动变阻器的滑片，使小灯泡两端电压为3V，滑动变阻器两端电压也为3V。这时，可以移动电压表，把电压表并联在滑动变阻器两端，调节滑片，使电压为时，小灯泡两端电压为，观察电流表的示数为，就能测定小灯泡的功率。 …… 提问二：某一小灯泡的额定电压为 、电源电压为6V、电键、电压表、标有“50Ω，”字样的滑动变阻器、但手中没有电流表，怎样用实验的方法来测定小灯泡功率。 〔教学片断2〕 师：调节滑动变阻器滑片，使小灯泡两端电压为伏，此时，滑动变阻器两端电压为伏，怎样知道接有电路中电阻丝的电阻大小。 生：能否测出电阻丝的长度？ 师：为什么要测出电阻丝长度，才能知道阻值大小？ 共3页,当前第1页123 #p# 生：因为滑动变阻器电阻丝总电阻为50欧，总长度为定值，只要测出接入电路中电阻丝的长度，用比例的办法，就能得到接入电路中电阻丝的阻值。 师：你的理论依据是什么？ 生：由电阻定律可知： 。在 （材料性质）、S（横截面积）一定时，R与L（长度）成正比。 师：能否写出关系式？ 生：可以。 师：用什么工具进行测量？ 生：（思考后）用刻度尺。 …… 学生在不断探究思考后，想出了解决办法。通过解决测量接在电路中的电阻丝长度从而求出接在电路中的电阻。 提问三：某一小灯泡的额定电流为 ，电源电压为6V、标有“50Ω，”字样的滑动变阻器、二个电键、电流表、但手中没有电压表，怎样用实验的方法来测定小灯泡功率。 〔教学片断3〕 师：怎样用电流表测通过滑动变阻器的电流？ 生：是否能让电路发生局部短路。 师：怎样发生局部短路？ 生：把电键并联接在小灯泡两端，第一次让电流表示数到达小灯泡时，闭合并联的电键，使小灯泡发生短路，测出电路中的电流。 师：接下来怎么得到小灯泡两端的电压？ 生：用电源电压除以电路局部短路时的电流，得到滑动变阻器接在电路中的电阻，乘以电流就是滑动变阻器两端的电压，电源电压减去滑动变阻器两端电压就是小灯泡两端电压。 师：还有其他方法得到滑动变阻器接在电路中的电阻？ 生：能否还可以用刻度尺来测量？ 师：可以，二种方法你们都可以试一试。 …… 教学反思： 第二次实践，重点放在学生讨论和进一步提高综合解决问题的能力上，并在解决问题的方法上寻找理论依据，让学生懂得要解决问题必须有理论基础。可用最简单的工具（刻度尺）解决较难的电学问题。实际教学中发现学生会采集数据并能用数学表达式进行运算，但不会用表格的形式进行整理。表格是实验数据处理所常用的一种方法，教师的教学应该让学生学会这样一种科学的归纳方法。 第三次实践：教师适时引导，学生探究意识得到了增强 教学设想： 在前两次实践基础上，我和组内教师就第二次实践课中存在的不足，又展开了分析及反思。大家提出，是否能就上过的问题再设置一些问题，设置些学生认知上的障碍，扩大些积极思考的范围，是否让学生在不知道电源电压的情况下来设计实验的方案，解决实际问题，让学生在活动中不断增强探究意识，初步学会发现问题、提出问题，进而找到解决问题的方法。在此基础上增加了思考题：某同学手上有一小灯泡标有“”字样清晰可见，滑动变阻器上标有“50Ω、”，电压表一档 坏了，知道电源电压为6V左右,经思考后，想出一个方法测定小灯泡的功率。此题在实验操作时有许多探究的地方，可以让学生在课余时，先讨论，设计出方案再在课内大家交流，共同参与实验，解决问题。 学生经过讨论，最后得到一个较为理想的方案。把电压表接在小灯泡两端，闭合电键，滑动变阻器处在最大值，记录此时电压表和电流表的示数，把电流表的示数乘以滑动变阻器最大阻值，得到滑动变阻器两端电压，加上小灯泡两端的电压，就能知道电源电压的正确值，随后可以用解决问题（2）中的方法，也可以用解决问题（3）中的方法，测定出小灯泡的功率。在实际的教学实践中，学生通过教师给出的表格或问题设计表格，通过数据的记录、整理，学生能从表格中看出这些数据之间的关系，并能从表格中归纳出应有的结论，也学会了正确的语言表述。 三、总结反思： 第三次实践课是全区公开课。学生通过计算机仿真电学实验，进行分析讨论，观察现象，解决实验中存在的问题，思考实验方法中没有想到的问题，通过学生实际的操作及教师的演示，大大地激发学生的积极思维，并主动参与教学过程。听课的教师对这种边讨论边实验的教学方法，影响深刻，都认为值得借鉴。 通过三次实践和二次反思，我认识到学生能否积极主动地参与课堂教学，设置的探究性问题（或称为问题情景）、探究活动能否积极有效展开，在教学过程中应注意下面这些要素： 1、选择探究内容，要切合学生的认知结构和能力基础。问题的提出要有思维的层次感及一定的认知坡度。 2、发挥现代信息技术和学科教学的整合，多渠道、多方位让学生进行探究，增强学生思维的深度。 3、教师在学生的探究活动中，要及时地解疑导拨，互动合作探究。 教师必须在这些方面下功夫，利用生活中的现象，激起学生主动探究的欲望，并不断地递进探究内容的层次，设置学生思维的坡度，通过质疑、讨论、交流等形式探寻解决问题的方法。 在此基础上，多给学生一定时间进行实践操作，学生在具体操作中，还会发现各种仪器本身所存在的局限性，并不断地反思，吸引学生主动参与到“探究、尝试、发现、创新”地过程中来。 共3页,当前第2页123 #p# 通过“三实践二反思”的教研活动，深深体会到专业研究人员引领所起的作用和教研组全体教师合作互助的教研活动的重要性，给我的教学带来新的理念、新的教学方法。课堂教学是教育教学改革的主阵地，在教学实践和反思中，只有不断地更新教师的教学理念，不断地反思自己的教学行为，改进我们的教学方法，完善我们的教学策略，才能切实有效地提高物理教学的质量，使学生“乐学、会学”，在不断地探究活动过程中，培养学生的科学素质。