新課標下高中物理探究性實驗教學的理論與實踐研究

1、分類號：教育碩士專業(yè)學位論文題 目： 新課標教材高中物理實驗的教學研究T i t l e：Research on Physics experimentation Teaching of the new curriculum criteria instructional materials in Senior school學科、專業(yè)： 學科教育（物理） 研究方向： 物理教育 作者姓名： 劉建政 導師及職稱： 王行翔 教授 論文提交日期： 2006年11月 授予學位日期： 二六年十一月新課標教材高中物理實驗的教學研究劉建政安徽師范大學碩士學位論文二六年十一月本論文經(jīng)答辯委員會全體委員審查，確認符合

2、安徽師范大學碩士學位論文質(zhì)量要求。答辯委員會簽名：主席：（工作單位、職稱）委員：導師：目 錄中文摘要.1英文摘要.2前言.4第1章 新課標教材和現(xiàn)行教材中實驗的對比分析 .81.1 中學物理實驗教學現(xiàn)狀 .81.2 新課標教材和現(xiàn)行教材中實驗的對比分析.91.3 新課標與現(xiàn)行大綱對高中物理實驗能力的要求對比分析.13第2章 物理探究性實驗教學的理論研究 .17 2.1建構(gòu)主義理論的學習觀.17 2.2 建構(gòu)主義理論的教學觀.18第3章 新課標教材物理實驗教學改革的方向 .193.1 由驗證性實驗向探究性實驗的方向轉(zhuǎn)變.193.2 通過實驗促進教與學方式的轉(zhuǎn)變.203.3 信息技術(shù)與物理實驗的整

3、合.21 體現(xiàn)在用計算機技術(shù)處理物理實驗數(shù)據(jù)上 .22 Dislab實驗.233.4倡導用身邊的日常用品做實驗 .24第4章 對三種版本新課標教材4個實驗比較研究及教學實踐 .274. 1 三種版本的新課標教材關(guān)于實驗的安排的特色與不足之處 .27 人教版新課標教材關(guān)于實驗的安排.27 滬科教版新課標教材關(guān)于實驗的安排.28 魯科版新課標教材關(guān)于實驗的安排.284. 2 新課標教材物理實驗教學的實踐.29 實驗探究：探究求合力的方法.29 實驗探究：探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系.30用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式 .32探究平拋運動的規(guī)律.324.3 具體實施探究性實驗教學的過程 .34以

4、探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的實驗為例（見附錄2）第5章 高中物理探究性實驗教學的評價 .35 5.1 實驗評價的依據(jù).355.2 實驗評價的目的、意義.355.3 實驗評價的原則 .355.4實驗評價的內(nèi)容、方式 .36第6章 實施新課標教材物理實驗教學的實踐與總結(jié) .416.1 正確處理接受性學習與探究性學習之間的關(guān)系.416.2 正確處理探究性學習與課時少之間的關(guān)系.426.3 設(shè)計探究性實驗時應(yīng)考慮的幾個問題.436.4 充分利用好幾種版本的教材.446.5 實施新教材物理實驗的結(jié)果與分析.44本研究的結(jié)論及需要討論的問題.48參考文獻: .49附錄1: 問卷調(diào)查一 .51附錄2: 問卷

5、調(diào)查二 .52附錄3：探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系 .54附錄4：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 .57附錄5：本人在讀期間發(fā)表科研論文、論著及獲獎情況一覽表 .64致謝 .65新課標教材高中物理實驗的教學研究摘 要物理學是以實驗為基礎(chǔ)的科學，物理教學必須以實驗為基礎(chǔ)。物理課程標準指出：“實驗是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)”，把“科學探究及物理實驗能力要求”作為內(nèi)容標準的三大部分之一，把物理實驗的要求提升到科學探究的層次。但由于新課程改革還處于起步階段，在教育觀念、實驗內(nèi)容、教學方法等方面還存在很多問題和困難，因此對物理實驗的研究具有重要意義。在前人研究的基礎(chǔ)上，本課題研究了物理課程標準、三種版

6、本的新課標教材（人教版、滬科教版、魯科版）的物理實驗部分，并與現(xiàn)行的教材和教學大綱進行了對比研究，把研究結(jié)果貫徹到教學實踐中。研究結(jié)果表明：（1）新教材物理實驗教學改革的四個方向：即由驗證性實驗向探究性實驗的轉(zhuǎn)變，通過實驗促進教與學的方式的轉(zhuǎn)變，信息技術(shù)與物理實驗的整合，倡導用身邊的日常用品做實驗。（2）三種版本教材實驗部分各有特色和不足之處，為高中物理教材實驗部分的進一步完善提供有價值的資料，并對三種版本的四個特色實驗進行重點研究。在教學過程中，我參考不同版本的教材進行實驗教學，取長補短。本研究還給出了兩個探究實驗教學案例（即探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，探究變壓器電壓與線圈匝數(shù)的關(guān)系），詳細

7、說明了探究實驗教學的具體實施過程。（3）評價改革也是課程改革很重要的組成部分，本課題對探究性物理實驗評價進行了初步研究。問卷調(diào)查（高一兩個班100人）顯示，新課程物理實驗教學的實施，提高了學生的科學探究能力、培養(yǎng)了學生的學習興趣、促進了學習方式的改變等。對新課程三維課程目標的落實發(fā)揮了重要作用。對實施新課程物理實驗教學進行了總結(jié)，為新課程改革的進一步實施提供有價值的參考資料。關(guān)鍵詞：物理課程標準 新課標教材 實驗教學改革 實驗探究 實驗評價 Research on Physics experimentation Teaching of the new curriculum criteria i

8、nstructional materials in Senior schoolAbstractPhysics is a subject which is based on experimentation, so physics teaching must based on experimentation. The new physics curriculum criteria points out that the experimentation is a key link in new physics curriculum reform. “science Inquiry and abili

9、ty requirement for physics experimentation”, should be stood side by side as three major parts of content standards. Promoting the requirement for physics experimentation to inquiry indicates that physics experimentation plays a very important role in this new curriculum criteria reform. However, th

10、e new curriculum criteria reform has just begun, many problems and difficulties exist inevitably in some aspects such as education concepts, experimentation contents , teaching methods and so on. Therefore, the studies in physics experimentation is of great significance.On the basis of the former st

11、udies, this subject has studied experimental parts in curriculum criteria and three editions of instructional materials, and have compared it with instructional materials and syllabus. The study shows:（1）Four orientations of experimental teaching reform: transform from testified experimentation to i

12、nquiry experimentation; changing the way of teaching and learning by experimentation; integrating information technology with experimentation; initiating to do experiments using everyday appliance at hand.（2）Each edition has its advantages and disadvantages, and provides valuable suggestions to perf

13、ect the experimental part of instructional materials. Besides, four characteristics in three editions have been studied emphatically. During the process of teaching, these four editions of instructional materials have been referred to and compared. Moreover, this study also provides teaching cases a

14、bout inquiry, illustrating in detail how to carry out the process of experimental teaching.（3）Assessment reform is also component part of curriculum criteria reform. This subject has done an initial research on inquiry experimentation assessment.The questionnaire shows that the students abilities to

15、 inquire have improved, and interests have been cultivated as well as the learning methods have changed owing to carrying out physics experimentation teaching. And it also plays an important role in carrying out three-dimensional curriculum aim.This subject have summarized the physics experimentatio

16、n teaching, and provides valuable reference for further reform about new curriculum.Key words: physics curriculum criteria, new physics curriculum criteria instructional materials, experimentation teaching reform, experimentation inquiry, experimentation assessment前 言一研究背景1新課程改革的需要普通高中物理課程標準指出：實驗是物理

17、課程改革的重要環(huán)節(jié)，是落實物理課程目標、全面提高學生科學素養(yǎng)的重要途徑，也是物理課程改革的重要資源1。新課標對高中物理實驗的要求有很大的變化，新課標教材中物理實驗的內(nèi)容、數(shù)量、呈現(xiàn)方式等也都有很大的變化。如何落實三維課程目標，如何發(fā)揮物理實驗在落實課程目標中的重要作用，是擺在我們面前的一項很重要的任務(wù)。在當前的高中物理實驗教學中，仍然相當普遍存在這樣一種教學模式：“教師的講授（做少量的演示實驗）+大量的練習”。實驗是極其薄弱的環(huán)節(jié)，大量存在口頭講實驗，黑板上畫實驗的現(xiàn)象。即使做實驗，也是教師用大量的時間講實驗原理、步驟、儀器的選取等細節(jié)，學生“按方抓藥”，只起到操作、記錄實驗數(shù)據(jù)的作用，學生喪

18、失了最可貴的積極探索精神。而且教材上的演示實驗只是為了引入概念，學生分組實驗多為驗證性實驗。實驗的教育功能遠沒有得到充分發(fā)揮，大量存在這種重理論輕實驗、重知識輕過程、重模仿輕創(chuàng)造的現(xiàn)象。 新一輪基礎(chǔ)教育改革把高中物理課程定位于進一步提高學生的科學素養(yǎng)，從三維目標培養(yǎng)學生，為學生終身發(fā)展、應(yīng)對現(xiàn)代社會和未來發(fā)展的挑戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。在課程實施上，高中物理課程應(yīng)促進學生自主學習，讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式，幫助學生學習物理知識和技能，培養(yǎng)科學探究能力，使其逐漸形成科學態(tài)度和科學精神。實驗是物理課程改革的重要環(huán)節(jié)，實驗教學是落實課程目標，培養(yǎng)科學探究能力，全面提高學

19、生科學素養(yǎng)的重要途徑。 在新課標中，把科學探究和物理實驗能力要求作為內(nèi)容標準的一個獨立的主題，實際上是加強了實驗教學，可以看出物理實驗占有非常重要的地位。在實驗內(nèi)容的安排上體現(xiàn)在：首先，把實驗與其他內(nèi)容緊密結(jié)合在一起，直接融入了實驗探究，不再另外規(guī)定學生實驗，強調(diào)學生親自動手做實驗；其次，在實驗探究中，沒有對實驗的具體做法、使用的器材等做出明確的規(guī)定，對同一個實驗可以選擇不同的實驗設(shè)計方案，這實際上提高了對物理實驗的要求，使師生更注重實驗中的科學思想和科學方法，更注重學生科學探究能力的培養(yǎng)。強調(diào)通過實驗探究提高學生的科學素養(yǎng)，已成為本次基礎(chǔ)教育物理課程改革的一個重要標志。因此對新課標教材物理實

20、驗的研究具有重要的理論意義和實踐價值。2國內(nèi)研究概況：在國內(nèi)，近幾年有不少物理教師在嘗試中學實驗教學的改革，但對物理實驗教學的研究多是實驗技能的培養(yǎng)，實驗原理、方法的改進，實驗對學生學習物理興趣的培養(yǎng)等方面，對探究性實驗教學和科學探究能力培養(yǎng)的研究較少。如：邢紅軍在高中物理探索性實驗教育目標的理論與實踐研究一文中把目標放在學生參與實驗探究過程中的行為范疇方面，發(fā)展學生對實驗和實驗探究的興趣，他提出把實驗探究作為思想方法。吳江濱在數(shù)字時代課程標準理念下的物理實驗教學模式中指出在課程標準理念下，應(yīng)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；在“隨堂實驗”要注入較多的探

21、究式內(nèi)容；在小實驗或課外實驗中，則更多地鼓勵學生利用身邊器材、廢舊材料做實驗。并指出信息技術(shù)與課程標準理念的結(jié)合將開創(chuàng)嶄新的物理實驗教學體系。2他們的研究還存在許多不足，沒有提出實施新課程實驗教學的理論指導與可操作的實踐經(jīng)驗。由于新課標教材沒有推廣，當前許多中學物理教師對如何實施新課標教材的實驗還處于模糊階段，所以對新課標物理實驗的系統(tǒng)研究具有重要的理論和實踐價值。3國外研究概況：在國外，探究式教學在西方國家有較長的研究歷史，美國著名教育家施瓦布從教學方法的側(cè)面，展開他的探究學習理論，提出了生物科學探究模式。他認為：如果學生想要了解科學研究方法，還有什么方式比自己積極參與的過程更好呢？3他的觀

22、點啟示教師應(yīng)該以探究的方式將科學呈現(xiàn)給學生，學生也應(yīng)該以探究的方式學習科學知識。薩其曼通過觀察、分析科學家的創(chuàng)造性探索活動之后，結(jié)合教學法的因素概括出探究訓練模式。他強調(diào)必須培養(yǎng)探究的能力，不是靠教師的講解，而是要教給他們?nèi)グl(fā)現(xiàn)的方法，就是要讓學生樹立假設(shè)的方法，通過實驗驗證假設(shè)的方法，解釋結(jié)果的方法。4加涅強調(diào)：兒童要自主地獲取知識，就必須有能力。他于1963年發(fā)表了題為旨在探究的學習條件為探究學習的實踐研究奠定了理論基礎(chǔ)。日本教育學者降旗勝信提出如下的理科教學的總體構(gòu)想，即：在小學階段，重點放在獲得概念和知識所必須的探究能力和態(tài)度上，隨著年級的遞升，重點轉(zhuǎn)移到科學概念的形成上，這樣能力和態(tài)

23、度的培養(yǎng)必須先行。在高中階段，用小學、初中培養(yǎng)出來的探究能力、態(tài)度和基本的科學概念，獲得更高級的科學概念。在20世紀50年代開始的第一次國際科學課程改革浪潮中，探究作為一種教學方式，已越來越被許多人接受，并且體現(xiàn)在以后的課程改革和教學中。如著名的PSSC教材中寫道：“物理學呈現(xiàn)出來的不是干巴巴的事實，從根本上來說，是人類探究物質(zhì)世界本質(zhì)的一個連續(xù)不斷的過程”，這種觀點得到了國際物理教育界的普遍認同。華盛頓大學物理教育研究組編寫的“探究物理”（Physics by Inquiry）就是一例以實驗為基礎(chǔ)的單元組成，學生通過深入地研究簡單的物質(zhì)及其相互作用，獲得科學過程的直接經(jīng)驗。以探究的方式學習物

24、理是當前國際物理教學的發(fā)展趨勢。在美國，中學物理教師都很重視實驗，教師力圖使學生更多地參與演示實驗，創(chuàng)造一種探究的氣氛，實驗滲透到了物理學習的全過程。他們認識到，實驗教學比起直接講述來，確實要花費更多的時間和精力，而且在得到結(jié)論方面常常不如直接講的簡潔而明確。但學生從物理實驗中所獲得的感性認識，探究能力和動手技巧等，不是直接講授所能給予的。日本1993年公布的高中理科學習指導要領(lǐng)規(guī)定物理課程的目標是：對物理事物和現(xiàn)象進行觀察、實驗，培養(yǎng)物理的探究能力和態(tài)度，同時理解基本概念、原理和法則，養(yǎng)成科學的自然觀。并指出：“培養(yǎng)物理的探究能力和態(tài)度”就是從自然的事物和現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，通過以觀察和實驗為中

25、心的探究活動，探索應(yīng)用科學方法解決問題的探究過程，在這樣的探究過程中學會科學的方法，培養(yǎng)科學的思考力和態(tài)度。日本高中物理教育有兩個主要特點：一是重視學生對自然科學的興趣、關(guān)心和探究。二是重視培養(yǎng)學生的科學素質(zhì)和探究物理的能力。由此可以看出日本的物理教育重視探究式的和發(fā)現(xiàn)式的學習。5綜合各國物理課程改革，都非常重視科學探究能力的培養(yǎng)，而實驗在培養(yǎng)學生的探究能力方面具有非常重要的作用。在教學方法上，探究性實驗教學已成為當前中學物理實驗教學改革的方向；在實驗的內(nèi)容上，應(yīng)該注入更多的探究性實驗內(nèi)容。在新課標教材中，物理實驗的內(nèi)容、形式、目標、要求等都發(fā)生了很大的變化。在當前基礎(chǔ)教育改革的背景下，對新課

26、標教材實驗研究，具有非常重要的意義。二課題研究的目的和意義在我國的物理課程改革中，實驗的改革是一個新的研究課題。本研究課題通過對物理課程標準和三套新課標物理教材（人教版、滬科教版和魯科版）實驗內(nèi)容的研究，結(jié)合一年的教學實踐，達到以下目的：1. 通過對現(xiàn)行教學大綱和新課程標準對物理實驗的要求的對比，總結(jié)出新課標對高中物理實驗的要求有哪些變化。2. 比較這三套教材實驗內(nèi)容部分編寫的成功之處和不足之處，以及實踐過程存在的問題，給今后的實驗教學和教材編寫專家們提供參考。3. 結(jié)合教學實踐，給出實驗教學的具體實施過程。4. 初步研究實驗探究能力評價的改革。5. 通過問卷調(diào)查，了解探究性實驗對學生科學探究

27、能力的培養(yǎng)和三維課程目標的落實情況。通過本課題的研究，為更好地落實課程目標，為新課程進一步實施和推廣，為更好地實施物理實驗教學，提供可借鑒的理論和實踐指導。三 課題研究的方法和研究成果1. 課題研究的方法本課題采用比較法、教育調(diào)查法等，結(jié)合教育實踐進行研究。2. 課題研究的成果本課題在調(diào)查研究和教學實踐的基礎(chǔ)上，從理論和實踐兩個方面對新課標教材（必修1、2，選修3-1）的物理實驗部分進行了研究，總結(jié)了新課標與現(xiàn)行教學大綱對學生實驗能力要求的比較，新課標教材物理實驗教學改革的方向，三套新課標教材物理實驗部分的比較，以及對學生實驗能力的評價，對新教材物理實驗的反思與實踐。為新課程物理實驗的實施提供

28、了理論和實踐依據(jù)。第1章 新課標教材和現(xiàn)行教材中實驗的對比分析1.1 中學物理實驗教學現(xiàn)狀1.1.1 學生實驗現(xiàn)狀調(diào)查為了準確了解本校高一新生物理實驗意識、實驗態(tài)度和實驗能力的現(xiàn)狀，更有效地貫徹新課程理念，落實三維課程目標，為了更好地開展新課標教材的物理實驗教學，我對本校高一年級學生進行了問卷調(diào)查。(1) 調(diào)查目的通過調(diào)查了解初中階段學生的物理實驗情況，以便更好地開展新課標教材的實驗教學，更有效地貫徹新課程理念，落實三維課程目標。(2) 調(diào)查方法 問卷調(diào)查法(3) 調(diào)查對象 為了能與新教材的實施同步進行，調(diào)查對象選擇我所教的江蘇省懷仁中學高一3個班的150名學生（其中兩個是平行實驗班，一個是普

29、通班），實驗班的學生基礎(chǔ)較好。 (4) 調(diào)查結(jié)果（問卷調(diào)查見附錄1） 表1 ：問卷調(diào)查結(jié)果1.你對物理實驗感興趣的程度感興趣135人（90.0%）一般10人（6.7%）不感興趣5人（3.3%）2.你認為物理實驗重要嗎？重要116人（77.3%）一般25人（16.7%）不重要9人（6.0%）3.你認為實驗過程是否重要？重要62人（41.3%）一般70人（46.7%）不重要18人12.0%）4.你認為實驗對學習物理有幫助90人（60.0%）一般45人（30.0%）難說有幫助15人（10.0%）5.做實驗之前,你希望老師詳盡地講解實驗原理、實驗步驟和實驗注意事項120人（80.0%）老師盡可能簡短地

30、講一些重要事項，大部分內(nèi)容讓學生自己去思考、完成15人（10.0%）老師什么都不將，完全放手讓學生自己去做15人（10.0%）6.當實驗數(shù)據(jù)與你期望的不一樣，你將如實記錄68人（45.3%）重新實驗70人（46.7%）修改數(shù)據(jù)12人（8.0%）7.實驗過程中，遇到疑難問題時，你將放棄實驗25人（16.7%）求助于老師、同學103人（68.7%）自己獨立思考、解決22人（14.0%）8.做實驗失敗時，你采取的辦法是與同學商量，尋找失敗的原因89人（59.3%）自己想辦法，找出改進操作方案45人（30.0%）參考其他同學的數(shù)據(jù)，修改以后交給老師16人（10.7%）9.在做物理實驗時，你是看別人操作

31、、記錄結(jié)果43人（28.7%）按書上或資料上的步驟，操作方法做86人（57.3%）按自己設(shè)計的實驗步驟操作11人（7.3%）10.你最喜歡哪一類實驗事先知道實驗結(jié)果的實驗37人（24.3%）實驗結(jié)果事先不知道，需要探索的探究性實驗113人（75.3%）(5) 結(jié)果分析從以上調(diào)查數(shù)據(jù)來看，學生對實驗的看法和愿望是好的，但從新課標對實驗的要求來看，又存在明顯的不足：1學生普遍對物理實驗感興趣，認為物理實驗很重要，而且喜歡實驗結(jié)果事先不知道，需要探索的探究性實驗。2學生對實驗過程的重視程度不夠，過分關(guān)注結(jié)果。這一點從第3項可以看出來，這與長期以來的應(yīng)試教育有關(guān)，只關(guān)注學習的結(jié)果，不關(guān)注學習過程，一考

32、定終身，沒有過程性評價，缺乏這種評價的激勵作用。3缺乏主動探究的意識，動手解決問題的能力，希望在實驗之前老師能詳細講解實驗原理與步驟，自主學習、自主探究的能力有待于進一步提高。從第5、7、9項可以看出來這一點。這與長期以來傳統(tǒng)實驗教學講的過細，方案、步驟都是書上現(xiàn)成的，學生只須按照書上的方案、步驟操作，缺乏創(chuàng)新和主動探究未知事物的意識。4實驗中學生的主體地位沒有得到重視，學生希望在實驗中親自動手，自主實驗。但在實際教學中，老師包辦太多，統(tǒng)一的方案、步驟、結(jié)論等，學生對這種教學模式普遍不喜歡。從第9項可以看出。1.2 新課標教材和現(xiàn)行教材中實驗的對比分析1.2.1 力學部分的實驗對比(現(xiàn)行教材與

33、滬科教版新課標教材)：表2：現(xiàn)行教材的實驗必修部分的演示實驗1用懸掛法求薄板的重心2物體的微小形變3力的合成的平行四邊形定則4錢毛管實驗5加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系6作用力和反作用力的關(guān)系7共點力的平衡條件8物體做曲線運動的條件9運動的合成與分解10平拋物體的運動11向心加速度與哪些因素有關(guān)12動能與質(zhì)量、速度的關(guān)系13光電效應(yīng)必修部分的學生分組實驗1長度的測量練習使用刻度尺、游標卡尺2研究勻變速直線運動使用電火花計時器（或電磁打點計時器）、刻度尺3探索彈力和彈簧伸長的關(guān)系記錄彈簧伸長和所受拉力的數(shù)據(jù)，在坐標紙上描點，做出擬合曲線，寫出與曲線對應(yīng)的函數(shù)4驗證力的平行四邊形定則使用彈簧稱5驗證機械能

34、守恒定律用自由落體進行實驗，使用電火花計時器、刻度尺6用單擺測定重力加速度使用刻度尺、停表7研究平拋物體的運動用描跡法8驗證動量守恒定律用平拋實驗儀進行實驗。使用學生天平、刻度尺9用油膜法估測分子的大小測油膜的面積10用描跡法畫出電場中平面上的等勢線用恒定電流場模擬11描繪小電珠的伏安特性曲線使用電流表、電壓表、滑動變阻器。知道非線形特性的原因12測定金屬的電阻率要求會合理選擇儀器13把電流表改裝為電壓表使用電流表、電壓表、滑動變阻器、標準電壓表等。14測定電源的電動勢和內(nèi)電阻使用電流表、電壓表、滑動變阻器15練習使用示波器觀察交變電流的波形和整流后的波形16用多用電表判斷黑箱內(nèi)的電學元件黑箱

35、內(nèi)有兩個電學元件，可以是電阻也可以是二極管，黑箱有三個接線柱與外界相連。17傳感器的簡單應(yīng)用光電和熱電轉(zhuǎn)換及其簡單應(yīng)用。光電計數(shù)的簡單概念18測定玻璃的折射率用插針法測定19用雙縫干涉測光的波長用雙縫干涉儀進行實驗表3：滬科教版新課標教材必修1、2物理實驗（實驗探究）1實驗探究：用光電門測量瞬時速度2實驗探究：利用打點計時器測量勻變速直線運動的加速度3實驗探究：錢毛管實驗4實驗探究：測定重力加速度的大?。ɡ妙l閃照片設(shè)計方案、步驟、數(shù)據(jù)記錄表格）5實驗探究：作用力和反作用力的關(guān)系6實驗探究：浮力的反作用力7講臺的微小形變8實驗探究：胡克定律（完整）9實驗探究：滑動摩擦力大小的規(guī)律（完整）10實

36、驗探究：體驗靜摩擦力11認識滑動摩擦力的大小及最大靜摩擦力12用間接測量的方法，測定動摩擦因數(shù)13實驗探究：合力與分力的關(guān)系（完整）14探索鋼索牽拉作用的實驗15實驗探究：三個共點力平衡的條件16實驗探究：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（完整）17實驗探究：超重與失重18實驗探究：研究橡皮的運動19實驗探究：研究平拋物體（利用頻閃照片）20實驗探究：研究斜拋物體的射程與射高21實驗探究：用實驗驗證向心力公式22實驗探究：研究離心現(xiàn)象23實驗探究：恒力做功與物體動能變化的關(guān)系（完整）24實驗探究：驗證機械能守恒定律（完整）25實驗探究：光電效應(yīng)的實驗規(guī)律（完整）（給實驗目的、器材、步驟）其中完整的探

37、究實驗7個，不完整的探究18個說明：以上是新課標教材和現(xiàn)行教材力學部分相同章節(jié)的物理實驗部分的對比。（課外小實驗沒有列出）1.2.2從以上對比中可以看出：1.新課標加強了實驗的教學，把實驗與其他教學內(nèi)容緊密結(jié)合在一起，而不再另外規(guī)定必做的學生實驗。淡化了演示實驗和學生實驗的界限，既使是演示實驗，也強調(diào)學生親自動手做實驗，體現(xiàn)了物理學是以實驗為基礎(chǔ)的特點。例如“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”、“探究恒力做功與物體動能變化的關(guān)系”，“探究胡克定律”，“探究滑動摩擦力大小的規(guī)律”等實驗都是直接融入課堂教學中，這樣的安排有助于通過實驗主動地建構(gòu)知識，通過實驗探究加深對物理概念、物理規(guī)律的理解。體現(xiàn)了實驗

38、教學是高中物理教學中極為重要的教學手段和過程。2. 現(xiàn)行教材的實驗基本上都是驗證性實驗，教材對實驗的原理、使用的器材等都做出了規(guī)定，實驗多是為了驗證物理規(guī)律，培養(yǎng)學生的動手能力。新課標教材上的物理實驗，從內(nèi)容、數(shù)量到形式都有較大的改革，把過去很多固定模式、統(tǒng)一裝置、驗證性的實驗改為探究性實驗。突出了科學探究的物理新課程理念。要求學生能對實驗的結(jié)論進行預測，提出猜想與假設(shè)，自選器材設(shè)計實驗。學生可以提出不同的實驗方法，進行不同的實驗設(shè)計。這樣的安排可以使教師更注重實驗中的科學思想和科學方法，而不是要求學生背誦實驗的器材、步驟等。比如：“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，在現(xiàn)行教材上是一個演示實驗，由教師

39、演示，學生觀察，并且因為這個實驗比較難做，會花費很多時間，所以很多教師不做此實驗，或通過演示實驗得到這三者之間的關(guān)系，學生很難體會到牛頓第二定律是建立在實驗基礎(chǔ)之上的。新課標教材中 “探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”，要求學生通過實驗，探究加速度、力、質(zhì)量三者的關(guān)系，強調(diào)讓學生經(jīng)歷實驗探究過程，理解牛頓第二定律是在實驗基礎(chǔ)上建立起來的重要規(guī)律，從中體會科學思想、科學方法，從而也加深了對定律的理解，能夠很好地實現(xiàn)三維課程目標。3. 現(xiàn)行教材中的演示實驗多是為了引入概念，由教師演示，學生觀察。新課標教材的演示實驗，很多是隨堂實驗，比如體驗靜摩擦力實驗、探索鋼索牽拉作用的實驗等，學生都有更多參與的機會，

40、獲得了豐富的感性認識。4. 驗證性實驗體現(xiàn)探究性，如“驗證機械能守恒定律”的實驗，與以往教材的實驗內(nèi)容相似。但新教材改變了這類實驗的呈現(xiàn)方式，引導學生以不同的思路和方法去設(shè)計，驗證性實驗同樣也具有探究性，學生的心理活動不一樣，得到的訓練也不一樣。所以在新課程的理念下，對于驗證性實驗的傳統(tǒng)認識應(yīng)該改變。5. 完整的探究實驗所選擇的內(nèi)容是具有核心地位的那些概念和規(guī)律，如上述所列的幾個實驗。6. 新課標教材加強了信息技術(shù)與物理實驗的結(jié)合，加強信息技術(shù)與物理實驗教學的整合也是物理實驗教學改革的一個方向。新課程提倡廣泛引入信息技術(shù)，用傳感器采集數(shù)據(jù)，解決了一些疑難的物理實驗問題，使一些實驗更容易觀察，同

41、時讓學生用計算機處理和分析實驗數(shù)據(jù)等，這些都有助于提高學生的信息素養(yǎng)。 1.3 新課標與現(xiàn)行大綱對高中物理實驗能力的要求對比分析1.3.1現(xiàn)行大綱對高中物理實驗能力的要求(1)現(xiàn)行大綱對高中物理實驗的要求觀察現(xiàn)象、進行演示和學生實驗，能夠使學生對物理事實獲得具體的、明確的認識，這是理解概念和規(guī)律的必要的基礎(chǔ)。觀察和實驗對培養(yǎng)學生的觀察和實驗能力，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度，引起學習興趣，具有重要作用。因此，要大力加強演示和學生實驗。本大綱規(guī)定的演示實驗和學生實驗都應(yīng)該力求做好。演示的內(nèi)容除了演示實驗，還包括掛圖、模型、投影片和錄像片等。要充分發(fā)揮計算機等現(xiàn)代化教學手段的作用。 學生實驗的要求應(yīng)該切

42、實達到。有條件的學校應(yīng)該適當增加學生實驗的數(shù)目，特別是增加探索性的實驗。教師要充分發(fā)揮學生 做好實驗的主動性和積極性，加強對學生實驗的指導。應(yīng)該要求學生認真思考，手腦并用，既要獨立操作，又要善于與別人合作。要教育學生遵守實驗室規(guī)則。(2) 現(xiàn)行大綱對學生實驗能力的要求要通過觀察現(xiàn)象、觀看演示和學生自己做實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力和實驗能力。要培養(yǎng)的觀察能力主要是：能有目的地觀察，能辯明觀察對象的主要特征，認識觀察對象所發(fā)生的變化過程以及變化的條件。要培養(yǎng)的實驗能力主要是：明確實驗目的，理解實驗原理和方法，學會正確使用儀器進行觀察和測量，會控制實驗條件和排除實驗故障，會分析處理實驗數(shù)據(jù)并得出正確結(jié)

43、論，了解誤差和有效數(shù)字的概念，會獨立地寫出簡要的實驗報告。61.3.2 新課標對高中物理實驗能力的要求物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學。在高中物理課程各個模塊中都安排了一些典型的探究性實驗。(1)高中學生應(yīng)該在物理實驗中達到以下要求。 表4：新課標對高中物理實驗能力的要求科學探究要素對科學探究及物理實驗能力的基本要求提出問題能發(fā)現(xiàn)與物理學有關(guān)的問題從物理學的角度較明確地表述這些問題認識發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的意義猜想與假設(shè)對解決問題的方式和問題的答案提出假設(shè)對物理實驗結(jié)果進行預測認識猜想與假設(shè)的重要性制定計劃與設(shè)計實驗知道實驗目的和已有條件，制定實驗方案嘗試選擇實驗方法及所需要的裝置與器材考慮實

44、驗的變量及其控制方法認識制定計劃的作用進行實驗與收集證據(jù)用多種方式收集數(shù)據(jù)按說明書進行實驗操作，會使用基本的實驗儀器如實記錄實驗數(shù)據(jù)，知道重復收集實驗數(shù)據(jù)的意義具有安全操作的意識認識科學收集實驗數(shù)據(jù)的重要性分析與論證對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理嘗試根據(jù)實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)得出結(jié)論對實驗結(jié)果進行解釋和描述認識在實驗中進行分析論證是很重要的評估嘗試分析假設(shè)與實驗結(jié)果間的差異注意探究活動中未解決的矛盾，發(fā)現(xiàn)新的問題吸取經(jīng)驗教訓，改進探究方案認識評估的意義交流與合作能寫出實驗探究報告在合作中注意既堅持原則又尊重他人有合作精神認識交流與合作的重要性課標把“科學探究及物理實驗能力要求”、“共同必修模塊”、“選修模塊”

45、并列，作為內(nèi)容標準的三大部分，由此不難看出，在高中物理課程中科學探究、物理實驗占有非常重要的地位。物理實驗和科學探究不僅是物理教學中的重要內(nèi)容和學習方式，而且是物理教學中的教學目標。課標要求突出物理學科特點，發(fā)揮實驗在物理教學中的重要作用，從科學探究的層面上加強了對物理實驗的要求。物理實驗是高中物理教學中的重要內(nèi)容。共同必修模塊中的物理實驗，是標準對高中學生最基本的實驗要求。在選修模塊中，都不同程度地體現(xiàn)了對物理實驗的進一步要求，可以指導對物理實驗有興趣的學生選修具有更高要求的物理實驗專題，以便進一步提高學生的實驗探究能力。在高中物理教學中，應(yīng)該重視學生對物理實驗的理解。在觀察演示實驗時，不僅

46、要學生關(guān)注所觀察的現(xiàn)象，同時要讓學生理解該物理現(xiàn)象是用來說明什么問題和怎樣說明問題的。應(yīng)該盡量讓學生了解實驗裝置的工作原理。在進行學生實驗時，應(yīng)該讓學生在明確實驗目的、理解實驗原理的前提下獨立操作實驗。重視學生實驗技能的提高，使學生能正確使用高中物理實驗項目中的儀器和工具，獲得較準確的實驗信息，但要避免進行刻板的技能訓練。實驗是了解、研究自然規(guī)律的重要方法，它的作用不只是為了獲取信息。應(yīng)該讓學生認識到實驗操作是在相關(guān)原理的指引下進行的，學會把實驗獲得的信息演繹、歸納成結(jié)論，只動腦不動手和只動手不動腦都是不正確的。學生實驗是學生探究并獲取知識與應(yīng)用知識過程中的一個有機組成部分，應(yīng)該在合理的環(huán)節(jié)和

47、預定的計劃中去完成。教師應(yīng)該積極開發(fā)適合教學的實驗項目，充分利用實驗資源做實驗。鼓勵將電子計算機等多媒體技術(shù)應(yīng)用在物理實驗中，同時提倡使用身邊隨手可得的普通物品做物理實驗。實驗室是培養(yǎng)學生科學態(tài)度和科學作風的場所，應(yīng)培養(yǎng)學生對實驗嚴肅認真的態(tài)度，對實驗結(jié)果實事求是，如實記錄實驗數(shù)據(jù)。7(2)新教材物理實驗的另一個特色是開設(shè)了物理實驗專題開設(shè)“物理實驗專題"模塊，目的是使學生較為深入地學習物理實驗的有關(guān)理論、方法和技能；進一步提高學生的實驗素養(yǎng)，激發(fā)學生實驗探究的興趣；增強學生的創(chuàng)新意識；培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹認真的科學態(tài)度；養(yǎng)成交流與合作的良好習慣；發(fā)展學生的實踐能力。開設(shè)“物理實驗

48、專題”模塊，是實現(xiàn)新課程基本理念的重要途徑。 在本模塊中，學生應(yīng)完成不同難度的實驗，原則上實驗數(shù)量不少于8個。標準強調(diào)本模塊的設(shè)計尤其注重從以下幾個方面培養(yǎng)學生： ·經(jīng)歷實驗探究過程 ·強化實驗方案的自我設(shè)計 ·深入對實驗過程和實驗誤差分析 ·重視對實驗方案和實驗結(jié)果評估 標準的以上陳述，闡明了“物理實驗專題”的特色及其著重點。在實驗教學中，有關(guān)實驗方案的設(shè)計、對實驗過程和實驗誤差的分析、以及對實驗方案和實驗結(jié)果的評估等，往往是學生的薄弱環(huán)節(jié)，只有在這些方面有所突破，才能真正做到進一步提高學生的實驗素養(yǎng)，發(fā)展學生的實踐能力。內(nèi)容標準： (1)通過典型實例

49、，認識實驗在物理學發(fā)展中的重要地位和作用。了解可重復性和可控制性是對物理實驗的基本要求。 (2)通過實驗認識測量的意義；理解系統(tǒng)誤差與偶然誤差、絕對誤差與相對誤差，以及有效數(shù)字的概念；會用有效數(shù)字表達測量結(jié)果；知道精度和準確度的區(qū)別；能對實驗誤差進行初步分析。(3)初步具有發(fā)現(xiàn)問題、提出實驗研究課題的能力；能根據(jù)實驗目的，設(shè)計并討論實驗方案，確定科學、合理的實驗步驟。(4)能根據(jù)實驗要求合理選擇并安裝實驗器材，正確進行實驗操作。對較復雜或沒使用過的儀器，能讀懂儀器說明書，并按說明書正確使用該儀器。具備用已有的知識和設(shè)備能否完成實驗的判斷能力。能排除實驗中出現(xiàn)的一般故障。例：按照說明書使用示波器

50、。(5)能正確觀察和如實記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，養(yǎng)成實事求是的科學精神。會用正確的方法處理實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結(jié)論。 例：利用表格、圖像方法分析、處理實驗數(shù)據(jù)。例：用傳感器和計算機實時采集和處理實驗數(shù)據(jù)。(6)在實驗過程中能與他人合作交流。能夠?qū)嶒灧桨负蛯嶒灲Y(jié)果進行評估和反思，具有對結(jié)果進行質(zhì)疑、改進方案的意識。能夠用科學語言，正確地寫出實驗報告。81.3.3新課標與現(xiàn)行大綱對高中物理實驗能力的要求對比分析新課標除了現(xiàn)行大綱對實驗能力的基本要求之外，同時還提高了對實驗的要求。體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，要求學生對問題的答案提出假設(shè)，對物理實驗結(jié)果進行預測；第二，需要學生自己根據(jù)實驗目的和已有條件，制

51、定實驗方案、選擇實驗器材等；第三，要求學生按說明書進行實驗操作，會用多種方式收集數(shù)據(jù)，包括傳感器收集數(shù)據(jù)；第四，會用多種方法處理實驗數(shù)據(jù)，包括用數(shù)表軟件處理實驗數(shù)據(jù)等第五，對實驗結(jié)果進行解釋和描述，認識分析和論證的重要性，會分析假設(shè)與實驗結(jié)果間的差異；第六，要求學生能寫出實驗探究報告，在實驗中培養(yǎng)交流與合作的精神，實事求是的科學態(tài)度和科學方法。第2章 物理探究性實驗的理論研究建構(gòu)主義理論的學習觀和教學觀為物理實驗內(nèi)容的選入、設(shè)計及實驗教學奠定了理論基礎(chǔ)。2.1 建構(gòu)主義理論的學習觀建構(gòu)主義認為，知識不是通過教師傳授得到的，而是學習者在一定的情境即社會文化背景下，借助學習過程中其他人（包括教師和

52、其他學習伙伴）的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構(gòu)的方式得到的。其中，“情境”、“協(xié)作”、“交流”、“意義建構(gòu)”是建構(gòu)主義學習理論的四大要素。建構(gòu)主義理論的學習觀為實驗探究奠定了理論基礎(chǔ)，主要體現(xiàn)在學生的自主、合作、探究學習。建構(gòu)主義的學習觀具體體現(xiàn)在以下幾個方面：2.1.1學習者以自己的方式建構(gòu)對事物的理解 建構(gòu)主義認為，將各種觀念、概念甚至整個知識體系僅僅通過字詞就可以由教師傳授給學生的這種傳統(tǒng)教學的看法和做法是不正確的。每個學習者在日常生活和學習過程中，已經(jīng)形成了相當多的經(jīng)驗。教學不能無視學習者的這些經(jīng)驗，而是要把學習者現(xiàn)有的知識經(jīng)驗作為新知識的增長點，引導學習者從原有的知識經(jīng)驗中“生長”出新的知識經(jīng)驗。由于每個學習者的發(fā)展水平和經(jīng)驗背景不同，每個人都以自己的方式看待事物，即學習者以自己的方式建構(gòu)對事物的理解。2.1.2學習是學習者主動建構(gòu)知識的過程 建構(gòu)主義理論認為，知識是學習者在一定的社會文化背景下借助他人的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構(gòu)的方式獲得的。學習并不是把知識從外界搬到學習者的記憶中，而是以學習者的已有經(jīng)驗為基礎(chǔ)，通過與外界的相互作用來建構(gòu)新知識的過程。學習過程是新舊經(jīng)驗反復的、雙向的相互作用的過程。建構(gòu)主義更加強調(diào)知識主觀性的一面，支持學習者對所有問題主動解決的意識。把問題置于情境之中，引導學生提出問題，