物理实验操作能力的落实

    摘要：本课题是现代教育科学研究方法与现代教学理论、现代教育技术相结合的结晶。现代教育科学研究的方法使我们认识到了传统实验教学模式存在的问题，现代教学理论使我们对学生实验技能习得的条件有了充分认识，运用教学设计方法，对物理学生实验进行了优化设计，现代教育技术又使得我们的教学设计得以实现。研究中对学生的行为进行了结构化观察，对学生的态度进行了问卷调查，对学生在新与旧的教学模式下的实验技能形成情况进行了对比研究，既得出了富有普遍意义的对优化学生实验过程有用的结论，又对多媒体学生实验课的教学模式进行了有益的探索，形成了一套使学生有序与高效习得实验技能的教学方法与课件。以此为基础开设的各级观摩课受到全体听课教师和专家的好评。
   一、问题的提出背景
   1、背景--传统实验教学模式存在的问题剖析
   我们通过观察对比班级在实验课时的学生行为，发现传统的实验教学方法存在如下一些问题：
   （1）在教师介绍实验器材时是学生注意力最不集中之时。例如在学生实验《练习使用打点计时器》时，有的学生在固定打点计时器，有的学生穿纸带，有的学生在调整电源电压。当教师叫学生回答器材名称时，因大多数同学看不清教师所指部位，所以只是管自己边看边摸。又例如有一些学生开始是听教师在讲，但当教师讲了如何选择电源电压后，就只顾自己动手不再听讲了，这种情况在传统的实验课中是十分普遍的，究其原因，我们认为这是由于信息相互干扰的结果。当教师介绍实验器材时，由于学生看不清教师手上的器材，肯定得看自己桌上的器材，这样的话，学生接受的视觉信息来自实验桌上，而听觉信息来自教师，教师对学生的引导能力就大大下降，出现大量学生注意力不集中现象也就不奇怪了。由于学生听讲时的不认真，导致一些学生在十分基本的知识点上也要发生错误，例如我们在观察《练习使用打点计时器》实验的学生行为时就发现有两个小组把导线接在直流电源上，又如在《练习使用多用电表》的对比实验中，有的学生把表笔插在插孔内。
   （2）在教师介绍实验原理时也是学生注意力不集中之时。除了前面所述的由于信息干扰这一原因外，主要原因是因为教师只利用静态的示意图及板书，讲解对学生产生的吸引力不及实验器材对学生产生的吸引力大。我们通过观察发现，近三分之一的同学在教师讲解实验原理时一直在摆弄实验器材，例如在《测玻璃的折射率》这个实验中，当教师在讲解实验原理时，有不少学生在摆弄玻璃砖。
   （3）学生注意力相对集中及积极参与是在"仪器安装及调节""操作并记录数据""数据分析及处理"这三个阶段。在这三个阶段学生的积极性虽然很高，但实验效果并不好，这是因为由于学生在前面几阶段的基础没有打好，导致学生的操作无序，通过实验操作并没有达到培养学生良好的操作技能这一目标。例如在练习使用打点计时器时，一些学生一开始在固定打点计时器，而另一些学生在连接导线；一些学生是先放复写纸，后穿纸带，而另一些同学则是先穿纸带，后放复写纸。又例如在《测凸透镜焦距》这个实验时，由于学生在教师讲解实验原理时不专心，所以在用共轭法测透镜焦距时还在移动光屏的位置，不能保证L不变这一实验条件的满足。在数据分析及处理阶段，由于条件的限制，教师无法对学生的实验及数据处理情况进行反馈，失去了对错误操作进行纠正的机会。
   （4）在反馈与评价阶段，也是学生注意力相对不集中之时。由于传统教学模式中缺乏强有力的反馈手段，所以反馈这一技能学习必须的教学环节通常在实验课中很少得到体现。虽然有部分教师认识到反馈的重要性，用嘴讲解观察到的一些规范的实验行为，但由于学生没有亲眼看见，所以常常引不起学生的兴趣与重视。例如在《练习使用打点计时器》这一实验的反馈阶段，由于教师无法将学生打出的纸带投影出来，故只能画几张图让学生讨论一下，学生对此兴趣不大。
   2、理论依据
   (1) 现代教育技术为高效的实验教学提供了硬件基础
   如果说过去学生实验教学的失败还有着物质条件、高考、师资等多方面因素的制约的话，那么随着现代教育技术的普及、素质教育目标的确定、教师队伍素质的提高，优化学生实验教学过程，改进实验教学方法，提高实验教学的效率是完全有可能的。
   在教学过程中，教师是教学信息的传播者，学生是教学信息的接受者，媒体是教学信息的载体，传播效果与多种因素有关，在传统教学中，文字和实物形式的信息传输比较直接和简单，教学信息通道和流量相对来说比较小。现代教育技术的作用，就是将先进的、宏观的、微观的和课外的教学信息以多媒体技术为载体集中传递给学生，拓宽了信息通道，加大了信息流量，而且由于声、光、电技术的采用提高了信息传递的质量。
   (2)现代教学设计方法为实验教学的优化提供了可操作的方法
   教学设计不仅仅是一门方法论的学科，它是以认知学习理论为基础，以教学传播过程为对象，以系统方法论为指导所进行的一种计划过程。教学设计既是教学技术 学的重要领域，又是教学科学的重要组成部分。（a）教学设计是一种用以开发学习经验和学习环境的技术，这些学习经验和环境有利于学生获得特定的知识与技能；（b）教学设计是一种将不同学习策略整合进教学经验的一门技术，利用这些教学经验可以使知识、技能的获得更有效率，更有效果和更吸引人；(c)教学设计是一种创设学习情景和学习环境的技术，正是这些学习经验和学习环境能够有利于教学活动的顺利开展。
   3、对优化物理学生实验的思考与设计
   通过对传统教学模式下的学生实验过程的观察，我们认为存在着三大问题，按照教学设计更有效率、更有效果和更吸引人的要求，我们进行了如下的思考与设计。
   (1)变视听信息相互干扰为协调一致
   视听信息相互干扰大大影响了教师对学生的控制与引导，使开始阶段的信息传输受阻，降低了课堂教学的效率，这对于以动作技能为特征的学生实验课（特别需要示范与反馈）来说，确实是一个致命的问题。我们认为在开始讲解器材作用与介绍实验原理时一定要让学生的头抬起来，为了做到这一点，我们认为可以用视频展示台将实验器材放大，这样学生既可以看到清晰的仪器，又可以听教师讲解。如果为了做成一个相对完整的课件，也可以用扫描仪将仪器的照片扫入CAI课件。在实验原理讲解时，我们力求用生动活泼的形式来吸引学生的注意力，例