第1个回答 2015-04-02
一、案例研究的背景和目的
物理学是一门以实验为基础的自然科学，高中物理课程在提高学生的科学素养方面起着无可替代的作用，而其中的实验教学更是实施素质教育的重要途径。加强实验教学，培养学生创新能力和实践能力，在推进素质教育的今天，显得尤为重要。
本案例的研究将结合本校的实际情况，体现时代发展对中学物理实验教学的要求。其中以中学物理教学大纲为准绳，以新课改的高中物理教材中的演示实验、学生实验为基础，坚持理论与实验相结合的原则，灵活贯彻学以致用、实事求是、因材施教、突出个性的教学方法，使学生通过实验获得物理学基础知识，形成基本的物理学观点，初步掌握研究自然科学的方法之一——实验法，为学生的终生学习和工作奠定良好的基础。
二、案例过程的总结及认识
1．建议增加演示实验，优化实验过程
要持久地保持学生学习物理的兴趣，光靠课本上的演示实验是不够的，应充分挖掘身边现有器材甚至是很不起眼的器材，结合特定的物理情境（如新课引入、巩固概念规律、评讲习题等），增加实验的趣味性、直观性、新颖性、科学性，激发学生的好奇心和求知欲，引发学生思维，引导学生发现问题，解决问题。
教材有一些内容或实验只作为“做一做”或课外实验来处理，实际上，很多内容都可以通过仪器和方法的改进来优化为演示实验。
比如在“超重和失重”一节中，课后的“做一做”就可以改进为演示实验。找一个用过的易拉罐、金属罐头盒或塑料瓶，在靠近底部的侧面打一个洞，用手指按住洞，在里面装上水。移开手指，水就从洞中射出来。如果放开手，让罐子自由落下，在下落过程中，水将不再从洞中射出。
对于演示超重失重现象还可以做如下的改进：
（1）在易拉罐底部开一个出水孔（开得小一点），在罐中水位较低时，由于表面张力的作用，水不从小孔流出。若使罐子突然向上加速运动，水就会从孔中喷出，由此可以说明超重现象。
（2）用透明的塑料可乐瓶，里面装入大半瓶水，盖上瓶塞，由于重力的作用，空气在水面的上方，水面是平的。将塑料瓶向上抛出，可以看到，瓶中的空气在水中形成了一个或几个大小不同的空气泡，呈球形。
（3）在悬挂的木板上放一块砖，在砖和木板之间放一条纸带。静止时抽动纸带，由于有比较大的压力而使纸带断裂。如果剪断吊砖的悬挂线，而使砖块和木板自由下落(下方放置减撞垫)，则抓住纸带的手可以不费力地把纸带完好地抽出。
教材的有些章节对于公式或定律的导出几乎是灌输式的，在这种地方，我们完全有必要加入一些形象而又简单的演示实验来说明定律或公式得出的原因或用以说明验证。
2．变部分演示实验为学生实验，培养学生创新的能力
把演示实验改为学生实验，让学生去做、去观察、去想、去感悟，提高学生主动参与探究的热情。这样在整个教学过程中，不仅可使学生的观察、实验能力得到培养和提高，而且能充分展现物理课教学的特点和魅力。
（1）将部分规律课由老师演示探究过程改为学生分组探究体验
高中物理教材中涉及的规律有很多，比如“牛顿第二定律”、“力的平行四边形定则”、“自由落体运动”、“机械能守恒定律”、“动量守恒定律”、“单摆的等时性”、“胡克定律”、“电阻定律”、“闭合电路欧姆定律”、“楞次定律”等等。对于这些规律课，由于以前受到实验条件的限制，及“做实验不如讲实验”观念的影响，物理教师大多的处理方法是采用“老师讲解或演示探究过程或方法，学生听、记”的模式，也就是人们常说的“填鸭式”教学。这种教学方法在很大程度上扼杀了学生的创造性和主动思考的能力。
我们曾经做过这样的改革：请三位学生（二男一女）到讲台上演示探究某个规律的全过程，并将实验所得数据全都记录在黑板上。目的是想体现学生主体探究地位。但是我们发现这样的模式还是存在一个很大的弊端——效率太低。对于演示的同学来讲，真正是得到了主人翁式的探索体验，但是对占更多数的讲台底下的同学，效率则是很低的。从整体来讲，这种模式收到的效果仍然不理想。为此我们尝试采取了学生分组探究的模式进行尝试，做到没有观众，人人动手参与。实践证明，这种“全员参与”的方式是成功的，她收到了很好的效果——学生和老师达到了“双赢”。
（2）将部分课堂演示实验改为学生分组探究实验
“百闻不如一见，百见不如一练”。变部分演示实验为分组实验，就是在教师的启发指导下将演示的过程转化为学生自己独立地运用实验去探求知识，从而自己去总结得出结论的过程。这样做的好处是可以在课堂上增加学生动手动脑的机会，加强实验基本功的训练。对学生来说，按照思维发展获取新知识的过程，本身就是创造的过程。变部分演示实验为分组实验，增加的就是学生的创造体验。这种效果是单纯的演示实验所不能达到的。
（3）将部分验证性实验改为学生分组探究实验
新课改教材中把很多以前属于验证性、测量性的实验改成了探究性实验，例如以前“验证牛顿第二定律”、“验证机械能守恒定律”……传统的物理实验教学常常是教师把实验目的、内容、步骤详细而周密地安排好，甚至连结论也预先说给学生听，学生只得依葫芦画瓢地被动实验。这样做的结果是，学生失去对实验的“神秘”和探索欲望。如果教师能选取一些灵活性、变通性大的问题，积极创设情境，鼓励学生发散思维，进行多方位、多角度观察、思考、探索、想象，从而提出多种设想和解决问题的方案，并在此基础上，再引导学生进行收敛思维，确定解决问题的最佳方案。这不仅能培养学生的基本操作技能，而且能训练学生思维的流畅性、变通性和独创性(发散思维的三个维度)，从而激活创造思维。
教材中的“探究力的平行四边形定则”“探究碰撞中的动量守恒”“验证机械能守恒定律”“探究小灯泡的伏安特性曲线”等验证性实验都可以采用此法进行分组探究。
3．变学生实验为学生动手设计实验，提高学生的实验能力
实验教学中学生实验能力的培养十分重要。实验能力是一种综合能力的表现，从实验前的设计，实验中的操作和观测，实验后的数据处理分析等，都是实验能力的表现。
在抓好演示实验和分组实验的同时，努力开拓实验教学的新构想，探索设计性实验教学的新思路，这对培养学生的实验创新能力非常重要。
设计物理实验不仅需要学生综合地运用所学的物理以及相关学科的知识和技能，而且需要学生：（1）查阅相关资料，设计该实验的原理和方法；（2）根据实验要求，正确选择实验器材和实验条件；（3）设计独特的实验构思；（4）独立或协同进行实验操作；（5）独立完成实验数据处理和实验报告。因而利用设计性实验能有效地培养学生实验创新能力及正确对待实验的态度。
在实验教与学过程中刻意加入方法、能力的渗透式培养，这样就会通过老师的“变教为导”，来实现学生的“变学为思”“变学为悟”，从而使实验教学深入到“以诱达思”的境界。
例如在用单摆测定重力加速度这个实验中，除了书上介绍的这种方法，学生还设计了几种测定重力加速度的方法。如1．用平衡法测“g”，分别用天平和弹簧测力计测出某物体的质量m 和重力G，则有G=mg。2．用自由落体运动规律测“g”，方法一：用落体法，将钢球从某一高度h处自由下落，用秒表计时为t，则有g=■；方法二：用打点计时器和纸带，将打点计时器竖直固定放置，让重锤带动纸带自由下落，利用打点计时器打出一系列自然点，测出相邻的等时间内的位移分别为s1,s2,s3，sm则有g=■。3．用气垫导轨测“g”，调节好气垫导轨的倾角，使得滑块m沿导轨运动时满足mgsinθ=ma①，用计时器测得滑块在导轨上从静止开始移动S距离的时间t．s=■at■②，由①②式联立可得： g=■。 4．用平抛运动规律测“g”，用闪光照相机对小球做平抛运动的全过程进行拍照，当闪光的快慢为每秒30次时，由于小球在竖直方向上做匀加速直线运动，设 △y为连续相等时间T=■s内竖直方向上的位移差，若算得物、像比例为 时，则有g=■。5．用滴水法测“g”调节水龙头，让水一滴一滴地流出，调整盘子的高度，使得耳朵刚好听到前一个水滴滴在盘上的声音的同时，下一个水滴刚好开始下落。首先量出水龙头口离盘子的高度h，再用秒表计时，计时方法是：当听到某一水滴滴在盘子上的声音的同时，开始计时，并数“1”，以后每听到一声水滴声，依次数“2、3、4……直数到“n”时，按下秒表按钮，读出秒表的示数为t，则有 g=■。6．用圆周运动测“g”，取一根细线穿过光滑的细直管，细线一端拴一质量为m的砝码，另一端连接在一固定的测力计上，手握细直管转动砝码，使它在竖直平面内做完整的圆周运动，停止转动细直管，砝码可继续在同一竖直平面内做完整的圆周运动，如图1所示此时观察测力计，得到当砝码运动到圆周的最低点和最高点两位置时读数分别为F1和F2，则根据机械能守恒定律有：
■mu■=■mu■■■+mg·2R {1} 最低点时：F1-mg=m■ {2}
最高点时：F2+mg=m■ {3} 由{1}{2}{3}可得：g=■
7．用连接体测“g”，利用图2所示的装置，已知砝码P和Q的质量都为M，小砝码的质量为m，把小砝码放在P上系统平衡被打破，设P和小砝码下降的加速度大小为 ，Q上升的加速度大小也为 ，测出时间T内砝码P通过的距离S，则有
□ （M+m）g-T=（M+m）a {1}T-Mg=Ma {2}s=■at■ {3}
联立①②③可得：g=■
4．正确处理好现代教育技术与实验教学的关系
现代信息技术的迅猛发展促使现代教育技术的飞速发展，作为高科技产物的计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction--CAI)也正逐步融入物理课堂教学。勿庸置疑，这种现代化教学手段的使用增强了物理课堂教学的直观性、趣味性，充分调动了学生学习的积极性。
计算机辅助教学(CAI)为物理教学提供了有利的条件。由于受物理实验条件的限制，某些物理实验在中学实验室根本无法完成，学生不能获得完整的感性材料，容易造成感知上的障碍，从而影响物理知识的学习。若利用计算机辅助教学在某种程度上可以弥补这些不足，现列举几种情况加以说明：
（1）拓展和超越物理时空
在现代物理的教学中，存在一些高难技术和有危险性的物理实验，这些实验不适于或根本无法在课堂上演示。例如a粒子散射实验、高能加速器、核裂变等，都可以通过计算机模拟的方式，完整、安全地呈现在屏幕上，从而起到拓展和超越物理时空的作用，使学生有身临其境的感觉。
（2）对物体适度地缩小或放大
例如行星之大、离我们之遥远，是不可能搬迁到实验室的；像电子等微观粒子无法用肉眼直接观察。但是，人们可以利用计算机动画技术模拟出太阳系中行星的运动情况，从而比较生动地讲述万有引力定律。同样，也可利用多媒体技术模拟出电子等微观粒子的运动。通过对物体适度地缩小或放大，模拟宏观天体、微观粒子的运动，增强学生对这些素材的感观认识，提高教学效果。
（3）使抽象的问题或物理过程形象化
在物理课堂教学过程中，教师用难懂的语言讲述一些人眼看不见的、抽象的物理规律时，若借助计算机动画模拟技术，化抽象为具体，如探究楞次定律时，先动手做实验，接着结合FLASH动画技术分析讨论实验现象；用FLASH动画技术分析电磁振荡过程中极板上电荷量Q、电路中振荡电流 I、电场强度E、磁感应强度B随时间变化的情况。
由此可见，计算机辅助教学走进物理教学，不仅能再现或模拟各类物理实验现象，而且还能通过各种手段使复杂的、抽象的问题简单化、形象化，将漫长或瞬间的物理演变过程变成可控、有序的演化过程，能把物理现象、规律生动地、形象地展示在学生面前，使学生完整、形象、清晰地感知物理现象，给学生的思维过程提供必需的感性材料。
唯物辩证法告诉我们，事物是一分为二的，计算机辅助教学也不例外。计算机辅助教学对物理实验教学有积极的一方面，也有消极的一方面。比如在实际教学过程中，有的人滥用教学课件，轻视动手做实验，追求动画模拟实验的完美、奢华、大容量，轻视实际实验的真实、简洁；如学习《弹力》一节时，用精美的课件在探究弹簧的伸长量与弹力的关系，而不去做真实的实验，学生就会对课件中取得的“实验结论”的真实性表示怀疑，这种做法是十分不可取的，也是不科学的。
还可充分利用数码相机、数码摄像机捕捉与物理课堂教学相关的动态、静态素材。做到平时多留心、多方位、多渠道地搜集。
综上所述，在物理实验教学中应用现代教育技术，应正确处理好以下三个关系：正确处理计算机辅助教学与传统实验教学模式的关系；正确处理计算机软件的形象效果与科学性、真实性的关系；正确处理计算机模拟实验与实物实验的关系。因此，在设计物理实验教学过程中，教师要根据实验内容、目标和学生的实际情况来选择教学媒体和教学素材，做到适时、适量、协调、兼容、互补，追求教学效果的最优化、最大化。本回答被提问者和网友采纳