物理實驗教學模式的研究論文
物理學是以實驗為基礎的科學，物理教學中怎樣體現這一學科特性是課程標準理念下中學物理改革的重要內容。數字技術正在改變人們的工作方式、思維方式和教育方式，如何發揮數字技術在課程改革中的作用，也是當前課程改革研究的一個重要問題。筆者就這兩個基本問題及兩者聯系談談看法。
1、物理實驗教學的歷史回顧
長期以來人們往往把物理實驗分成兩種基本形式，一種是演示性實驗，一種是學生分組實驗。前者定位于培養觀察能力，后者著眼于培養操作技能和驗證物理原理。這種基本思想和教學目標決定了實驗的性質和基本教學方式。在演示實驗中，教師做、學生看，教師講、學生聽，體現了以教師為中心的傳統物理教學模式。學生分組實驗雖然是學生動手，但實驗目的、儀器準備、操作步驟、實驗報告全部由教師預先設計好，學生僅僅是熟悉儀器，進行連接，然后按步驟進行操作、觀察，記錄和分析實驗數據，得到結果。在這種實驗中，學生是完全按教師設計好的方案進行，與工人在車間中“照圖施工”非常相似，缺乏學生自主的獨立思考和創造性活動。因此，學生做完實驗印象不深，興趣也不太大，久而久之對實驗也就不太重視。
造成傳統物理實驗教學這種局面的原因是多方面的，首先，過去的物理教學大綱沒有很好的體現以“實驗為基礎”的學科特征，只是對有限的十幾個學生分組實驗作了規定。那個時代，對物理實驗的教育功能缺乏根本性的認識，只認為知識是根本的，僅僅把實驗看作是一種技能訓練，沒能認識到實驗在知識、能力、方法、情感態度價值觀等綜合科學素質教育中的重要作用，沒認識到物理實驗在培養科學素質方面具有無可替代的獨特功能。另一方面是考試指揮棒的影響，長期以來筆試占絕對統治地位，實驗教學在升學考試內容中一直缺乏應有的地位，所以評價方式也是導致人們對實驗缺乏足夠重視的重要原因。
改革開放后，隨著教育改革的逐步深入，人們對物理實驗的重要性、教學目的、結構和內容逐漸有了新的認識，逐步突破了傳統框架。首先從課程結構上突破了演示實驗、學生分組實驗的界線，在兩者之間派生出一個“邊講邊實驗”，或“隨堂實驗”。一方面，把一些演示實驗變成全體學生參與的隨堂實驗；另一方面，把常規學生分組實驗變成課堂中的邊講邊實驗。除此之外，還形成豐富多彩的身邊小實驗也稱小實驗、小制作。這樣在物理教學中就形成了四個實驗層次即：演示性實驗、隨堂實驗、學生分組實驗和小實驗。從上世紀80年代開始，物理通報社編寫九年義務教育教材，在序言中就明確提出了這四種實驗，并將這四種物理實驗層次納入物理通報版九年義務教育物理教科書之中，受到廣大師生的普遍歡迎，對我國物理教學改革起到了積極的推動作用。
2、課程標準理念下的中學物理實驗教學
世紀之交，我國啟動的基礎教育課程改革，是一場劃時代的深刻改革，就物理學科而言，幾乎所有的改革理念都緊緊地聯系著物理實驗。在這場課程改革中，最基本的理念是提倡“以學生為本”，面向全體學生科學素質提高，旨在培養全體學生終生發展的興趣和能力。因此，怎樣改革實驗教學，培養學生自主學習能力，培養科學探究的興趣和能力成為課程改革的重點，在這樣的理念下自然就要求人們去全面地、深刻地研究揭露物理學的學科特性和教育功能。課程標準理念深刻地改變了物理實驗教學的目標、性質和模式，從單純為了學習知識驗證理論，學習操作技能，轉變為以全面地培養科學素質為目標的課程，提出了“知識與技能，過程與方法，情感態度價值觀”三維教學目標。這樣的物理教學目標決定了物理實驗教學的性質、內容和模式。
課程標準并沒有排斥更沒有否定在改革開放后形成的演示性實驗、隨堂實驗、學生分組實驗和小實驗這樣一種基本結構。相反，在課程標準理念下，更有利于發揮多層次物理實驗教學結構的教育功能。在課程標準理念下，演示實驗仍是不可缺少的重要形式，只是應在演示實驗中重視學生的參與；在學生分組實驗中，要盡量采用探究式的實驗方式，應改變一切由教師準備好、設計好，廣播操式的程式化實驗；至于“隨堂實驗”則更要注入較多的探究式內容，包括讓學生經歷設計方案，選擇儀器、制訂步驟、設計表格、收集信息、處理數據、得出結論并進行評價分析等過程，旨在讓學生真正進入科學學習的狀態和角色；在課程標準理念下的小實驗或家庭實驗，則有更大的自主性、開放性、創造性，更多地鼓勵學生利用身邊器材、家用電器和同學、家長共同開展多種形式的家庭實驗。現在物質財富大大豐富，應鼓勵同學們建立家庭實驗室，廢舊材料很多，很多東西都是科學實驗的好材料。
當然，在物理教學中要求這樣做肯定會有不少困難，不僅對學生要有一個培養過程，而且教師、學校和家長也都要有一個適應過程，可以逐步到位，逐步提高要求，但必須堅持這種科學教育的原則和方向。
課程標準理念下的物理實驗教學，從根本上改革了物理實驗教學目標和性質，因此，必須相應地改革實驗教學的內容和形式。這樣的改革使學校教學與社會活動、家庭生活結合起來，有利于促成全民關心教育、全民學習的'嶄新文化。
3、數字文化與課程標準理念的結合將開創嶄新的物理實驗教學體系
文化是教育的基礎，課程標準理念為物理實驗教學改革提供了新的思想理論，數字技術的普及則為物理教學提供了全新的技術手段和教學平臺。數字文化與課程標準理念的結合必將為物理實驗教學乃至物理課程現代化產生重大影響。有人擔心多媒體是否會削弱物理實驗教學，其實這是一種偏見。在數字化的平臺上，將使物理實驗教學的現代特性得到進一步發揮，而且將會創造出一些全新的實驗教學模式。下面將簡要地討論一下在這樣一個平臺上，物理實驗教學的改革問題。
3。1計算機、多媒體、仿真實驗擴大了物理實驗的內涵，擴展了物理實驗的教育功能
在觀察環節，數字化手段可以極大地擴展實驗的可視性和可重復性，以往用肉眼觀察非常困難的物理現象，現在可以借助數字視頻技術在時間和空間上的擴展可以清楚地采集下來反復觀察。
在數據采集環節上，計算機和傳感器等數字手段的介入，可以更快更準地得到實驗數據。從而節省寶貴的教學時間，把更多的時間用于討論物理問題之中。
在數據分析環節上，利用計算機的強大數據處理能力，可將學生從簡單、機械、繁瑣的數據處理過程中解脫出來，讓他們的時間和精力用在更有創造力的方面。お
3。2數字化實驗系統（DIS系統）對物理實驗教學將產生的影響
從總體上講，DIS系統是以計算機及傳感器為核心器件的實驗體系，而與傳統或有計算機傳感器參與的實驗系統相區別。DIS系統結構將使實驗教學的設計思想、學生的操作過程和實驗中間環節發生很大變化。
模塊化和功能封裝是現代工業的特點之一，DIS具備了這些特點，也就是系統將在“黑箱”模式下提供我們需要的功能，不能也不必過份關心系統提供功能之外的事情。我們所要做的事情就是根據需要，選擇想要的模塊，要關心的事情就是該模塊的功能是否能滿足我們的需要。如測量類型、測量范圍、測量精度是否合乎要求，軟件支持的情況。在這種情況下，實驗教學將使一些層面相對簡化，而使另一些層面更深入。比如，在數據處理上，有明確的處理形式的機械性工作，可以交給計算機來自動完成，使處理數據層面上工作簡單化；這樣做的目的是否意味我們對數據的關注可以減少呢？答案是否定的。因為我們要求學生轉而關注數據之間的物理關系和數據背后更深入層次上的物理分析，就是說可以引導學生把精力從簡單層面上轉移到較深入的地方。
面對DIS系統的功能全面增強，為物理實驗教學在實驗內容上調整帶來機遇。比如，在傳統中學物理實驗中，沒有設備能很方便地測量磁場強度，現在有了磁場強度測量模塊。我們可以用它和電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器等模塊組合使用，設計一系列較復雜的物理實驗。由于傳感器的應用，給測量帶來方便，我們可以將力、熱、聲、光、電等模塊組合使用，設計出跨章節甚至跨學年的綜合性實驗，以適應高中物理課程標準中“物理實驗專題”選修模塊的需要。
DIS系統將打破傳統實驗教學的固有模式，使中學物理實驗具有高度的自主性、開放性和探索性，學生可以比較方便地根據不同的目的設計實驗，如可以設計某個實驗專門為了仔細深入地觀察某一過程，研究一些物理量之間的關系等等。另一方面，對于同一個實驗，不同學生之間在學習目的上可以互不相同。實驗既可以探究性的，也可以是驗證性的，由于DIS具有便于使用的模塊，學生可以更自由設計某個實驗來驗證他們的想法，為學生大膽創造提供實驗平臺。
3。3虛擬實驗對傳統實驗教學的影響
虛擬實驗是從計算機領域中的虛擬現實技術與實驗教學相結合的產物。它將實驗儀器、實驗環境、實驗環節等全部由計算機仿真系統來完成，既可以仿真傳統實驗，也可以仿真傳統教學實驗無法涉及的條件要求很苛刻的實驗，如高溫、強電、強磁實驗、高能粒子實驗、空間實驗等等。
權威人士斷言，虛擬現實技術將是21世紀信息技術的代表。它的發展，不僅從根本上改變人們的工作方式和生活方式，同樣它也將改變人們的思維方式，改變實驗教學的格局。
首先，它可以極大地擴展教學實驗的內容，涉及以前教學實驗無法涉及的領域，給予學生更大的學習空間，激發他們的想象力、創造力。第二，它可以方便地對實驗教學內容進行擴充，只用少量的資金去購買相關軟件而不必用大量的資金去添置實際設備，從而給實驗教學本身以更大的自由度。第三，它可以作為真實實驗的事前準備，使學生在做真實實驗之前就對實驗設備和內容有深刻的了解，從而提高實驗教學效果和減少不必要的設備損失。第四，它可以方便地作為實驗教學評價手段，解決以往實驗教學不方便考試的問題等。
有什么文化就會有什么樣的教育，數字文化與課程標準理念相結合，必將使實驗教學呈現出多姿多彩的新格局。在面向全體學生基本科學素質提高的大目標下，貫徹課標基本理念，轉變觀念，繼承傳統實驗教學優秀成果，充分地利用數字文化的強大力量，展示物理教育的時代特點，將是我國物理實驗教學改革的長期奮斗目標。
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