中學物理實驗教學模式研究文獻綜述摘要隨著素質教育的大力推行,各個學校也逐漸認識到中學物理實驗教學對提高物理教學水平，發展學生物理學科核心素養，有著極其重要的用途，實驗教學的質量也關系著物理教學的最終成果。物理教學模式的選取受多方面因素的制約：實驗內容和要求、學生的心理特點、學校實驗設備等等。本文的目的是研究適合中學物理學科特點的多種實驗教學模式，提高課堂教學的效率和質量。首先研究傳統中學物理實驗教學模式和信息技術沖擊下衍生出來的新型模式。其次討論中學生心理特點對中學物理實驗教學模式選取的影響；最后討論學校實驗設備不足情況下實驗教學模式的選取問題。最終目的是通過采用適當的實驗教學模式，激發學生的學習熱情和探索欲望，培養學生的創新思維、創新能力和實踐能力。關鍵詞：中學物理；物理實驗；教學模式目錄第1章緒論 11.1論文研究背景與意義 11.2本文研究內容 2第2章中學物理實驗教學模式 22.1傳統實驗教學模式 22.2信息技術沖擊下的中學物理實驗教學模式 3第3章根據學生心理特點選擇實驗教學模式 5第4章實驗設備不足情況下實驗教學模式選取 6結論 8參考文獻 8第1章緒論1.1論文研究背景和意義物理學是一門研究物質運動的基本規律、物質的相互作用和物質基本結構的科學。它的發展不僅對推動人類物質文明的進步和深化人類對自然界的認識起到了十分重要的作用，而且對人類思維的發展也產生了關鍵的影響，對人類未來的進步和發展也起著關鍵作用。在普通中學階段設置物理課程的目的，就是在于使學生探索認識物理世界，與此同時，掌握物理學的基本知識和技能，發展的科學思維，體驗、領悟科學探究方法，認識物理學對推動科學與技術進步和社會發展所產生的影響，逐步樹立科學的價值觀。物理學是以實驗為基礎的一門科學。實驗在物理學研究中的作用在于形成、發展和檢驗物理理論，并使物理理論在實踐中得以應用。實驗是物理學習里的特別重要的環節，是培養中學生物理學科核心素養的重要途徑和基本方式。在中學物理教學中實驗的作用就在于可以為學生創造適于科學探究的物理情境，讓學生能夠在自主探究中獲取物理觀念、訓練探究思維、培養科學的態度和價值觀，提高物理核心素養。正因為實驗在物理教學中的獨特作用，世界各國在教材中都把實驗放在比較突出的位置上加以強調。實驗已從教學的輔助手段轉變為貫穿在整個教學過程中創造物理情境、探索物理規律的主要手段，實驗由在教材中獨立設置轉變為有機地嵌入在教科書中，將實驗與物理知識融為一體，實驗的過程即為學習的過程[1]。中學物理在《課程標準》中明確要求了要培養學生的科學探究意識，使學生能在觀察和實驗中發現問題、提出合理猜想與假設、設計實驗與制訂方案、獲取和處理信息、基于證據得出結論并作出解釋，以及對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力；除此之外，實驗還可以培養學生的科學態度和精神。教師應培養學生認真對待實驗的態度，培養學生尊重實驗結果與事實，杜絕編造和修改所得的實驗數據，這樣可以使學生把實事求是的作風帶到平時的學習和生活中去。實驗的具體方式和要求，應該根據性質和任務而有所不同，或以驗證物理規律為主，或以技能性實驗操作為主，或以開放性科學探究為主，有效體現物理實驗的育人功能，所以教師應注重物理實驗教學，這在培養學生的探究能力和科學態度等方面具有十分重要的地位[2]。同樣的儀器，同樣的課時，不同的實驗教學方法、教學模式會產生截然不同的教學效果。在新課改中，最重要的是要確立實驗教學在培養創新型人才中的主體性地位，選擇適合學生發展的實驗教學模式，有利于激發學生的學習熱情和探索真理的欲望，使學生真正成為學習的主人，培養學生的創新思維、創新能力和科學實踐能力。1.2本文研究內容本文將對中學物理實驗教學模式進行研究。首先先討論傳統中學物理實驗教學模式和在信息技術沖擊下所產生的幾種新型物理實驗教學模式；再討論中學生心理特點對中學物理實驗教學模式選取的影響；最后討論學校實驗設備不足情況下實驗教學模式的選取問題。第二章中學物理實驗教學模式實驗教學是培養學生自主發現問題、動手解決問題能力和創新實踐精神的重要陣地。傳統實驗教學中按照教學形式可分為演示實驗、學生分組實驗、邊學邊做實驗以及課外實驗與制作等。隨著科技的發展，信息技術沖擊下的中學物理實驗教學模式也開始變得多種多樣。2.1傳統實驗教學模式根據傳統實驗教學的模式的分類，首先來具體探討一下這幾種形式具體的特點和教學時的要求。演示實驗是以教師為主要操作者的表演示范實驗，通過表演演示，將要研究的物理現象展示在學生面前，引導學生觀察和思考，通過教學或討論的方式將知識傳授給學生。演示實驗是師生共同探索物理問題的一種學習方式，也是一種體驗性很強的學習方式。教師要積極運用各種設備，積極創新實驗方法，盡可能多地開展可視性強、證據性強、學生興趣濃厚的演示實驗。演示實驗的選擇與設計必須從教學目的出發。例如，在引入新課題時，采用演示實驗的目的是引導學生對研究所的研究問題產生興趣。因此，這種實驗要求盡可能生動、新穎、博人眼球。由于演示實驗是一人表演，眾人觀察，實驗現象就要求必須明顯、直觀。在進行演示實驗之前，教師充分準備盡可能做到一次成功；演示實驗進行中，教師一定要嚴格遵守操作規程，確保人身和實驗儀器的安全；如果實驗過程中出現失誤也要認真對待，要盡快查清原因、及時排除故障，要本著科學的態度向學生說明情況，不得搪塞和弄虛作假。除此之外，演示實驗還要求調動學生的思維，具有啟發性，配合講解使學生的認識由表及里逐步深化。學生分組實驗是在教師的指導下，全班學生分組利用整節課的時間在實驗室進行實驗的一種教學形式。要求學生使用儀器，觀察測量，記錄數據，分析總結實驗過程，并且對數據進行處理。它不僅是學生在教師指導下自主獲得知識和實驗技能的活動，也是學生獲得手與腦、知識與能力、經驗與創造等綜合基礎訓練的過程。物理實驗是增加學生物理學習體驗的重要手段。學生實驗是物理學習中最具實踐性和體驗性的方式。通過實驗設計和動手操作，觀察現象和記錄數據，分析結論，全面培養學生的科學探究能力。根據教學目的的側重點，學生分組實驗可分為探究性實驗、驗證性實驗、測量性實驗和基礎實踐性實驗四種類型。學生分組實驗的基本過程可分為三個階段：準備階段、操作階段和總結階段。準備階段的主要目的是使學生明確實驗目的，理解實驗原理和方法，理解實驗儀器，為操作和記錄做好準備。這就要求在準備階段，教師引導學生認真閱讀實驗教材，并根據實驗的重點、難點、關鍵成敗、可能出現的錯誤和常見錯誤提出問題，幫助學生思考。操作階段是將實驗方案轉化為實踐的階段。學生需要安裝和調試實驗儀器，控制實驗條件的變化，觀察和記錄數據，排除可能出現的故障。這時，教師需要檢查和幫助學生排憂解難，啟發學生思考，培養學生在思維引導下仔細觀察的良好習慣。學生實驗是物理學習的一種方式，是其他任何方式都無法替代的。我們應該根據課程標準最大限度地安排學生的實驗。邊學邊做實驗是教師一邊講授，一邊指導學生做有關實驗，從而使學生學習一定的物理知識和技能的實驗教學形式。邊學邊實驗的教學步驟基本上分成引入實驗、教師講解、學生進行實驗、學生處理數據并得出結論、交流和討論、應用練習六個方面。同時，邊學邊實驗教學中還要求目標明確、安全可靠、簡單易做，最好能使用自制實驗儀器。采用邊學邊實驗的方法，由于學生通過自己動手、動眼、動腦、動口學習物理知識，它具有學生實驗的一切功能和作用，能發揮學生的主體作用。同時，由于在實驗的間隙穿插教師的啟發、引導、講解或師生討論，所以有利于發揮教師的主導作用，在中學物理實驗教學中，邊學邊實驗越來越受到重視和歡迎。物理課外實驗是學生根據教師布置的任務和要求，用一些簡單的或自制的儀器進行獨立的觀察和實驗。課外實驗既是課堂教學的補充，也是課堂教學的延伸。學生參加各種課外實驗，不僅可以幫助他們理解、理解和應用物理知識，培養思維能力，而且可以開闊視野、豐富知識，吸引他們探索新奇現象、發現大自然奧秘。課外實驗的步驟包括實驗課題的選取、課外實驗的設計、課外實驗的實施和課外實驗的總結四步。首先，在實驗課題的選取上要求既要符合中學生的認知水平、刺激學生的興奮點，又能夠拓寬學生的知識面提升學生的實踐能力。在選取了實驗課題后，課外實驗的設計要根據學生自己的能力、周圍的實際情況來定奪，鼓勵學生設計多層次不同水平的實驗方案。在課外實驗的實施過程中，學生可能會遇到各種各樣的問題，教師要加強指導，允許學生根據具體的情況和想法的變化適當的修改實驗方案以達到最優效果。課外實驗的成果總結也要及時，讓學生們看到自己的成果、體驗成功，提高自我效能感以激發學生對課外實驗的興趣。本質上來說課外實驗是屬于一項家庭作業，實驗結束之后教師對每個學生的課外實驗成果也要進行恰當地評價[1]。2.2信息技術沖擊下的中學物理實驗教學模式近年來，隨著科學技術的發展，信息技術越來越多地應用于我們的生產和生活中。提高物理教學水平，發展學生物理學科核心素養，離不開信息技術與物理學習的融合。現代信息技術與傳統課程的整合給中學物理教學帶來了極大的便捷和好處。比如：慕課和微課的產生讓中學物理教師開始探究中學物理實驗線上線下混合教學模式、翻轉課堂教學模式等。而信息技術的日趨成熟，也使虛擬仿真實驗和數字信息系統（DIS）實驗得以推廣。傳統的實驗教學模式由于學習資源相對匱乏且具有時空局限性，已經無法滿足當今社會對于人才培養的需求，于是線上教學這一種新型教學模式便應運而生了。以愛課程、學堂在線、網易云課堂等為代表的慕課平臺，它以大規模、開放性和“時”“空”自由性深受廣大學者的喜愛，除了可以上傳錄制好的實驗教學視頻外，它還具有學生論壇、在線問答、師生虛擬互動和在線評分等功能。在線教學平臺匯集了大量的學習資源，拓展了教與學的時間和空間，使教師的教學和學生的學習不再局限于固定的時間、固定的地點和固定的教材。尤其處于一些無法進行線下面對面教學的情況下（例如本次新冠肺炎疫情居家隔離期間），者類線上教學的優勢就體現的淋漓盡致[3]。翻轉課堂是利用網絡資源來制作視頻，將相關學習內容、重點和難點知識融入其中，作為課前引導，迅速將學生帶入學習氛圍。在中學物理實驗教學中采用翻轉課堂，可以要求學生在課前學習相關的實驗基本原理，掌握實驗操作過程和注意事項。當教師在課堂上進行演示實驗時，就可以節省出來學生大量的思考時間，提高教學的針對性，有效提高課堂的效率[4]。現在翻轉課堂模式已經得到了廣泛的應用，針對一些不能在課堂上進行操作的實驗，我們也可以采用翻轉課堂模式，通過錄制小視頻的方式向學生展示，增強學生的學習體驗，提高物理實驗學習的興趣。虛擬仿真實驗是指借助多媒體、仿真和虛擬現實等一些技術，在計算機上對傳統實驗的各個操作環節進行仿真和模擬。許多虛擬仿真實驗平臺都內置了儀器庫，能提供了多種不同類型的實驗儀器。儀器的外觀是通過三維建模實現的，與實際儀器一致，具有很強的真實感。學生在預習階段可以根據實驗內容在儀器庫中選擇儀器的種類和數量，在課前完成實驗方案的預習，當發現自己理解不透徹的問題時，可以提出各種假設進行探究。實驗課上，在真實實驗中重點觀察實驗現象、分析實驗數據、得出實驗結論，針對實驗中出現的問題進行分析解釋，對實驗中產生的想法給予分析討論[5]。在此基礎上，教師可以根據自己的教學特點和課程大綱，為學生安排具有設計性的實驗項目，提出實驗目標和要求，學生可以根據要求設計自己的實驗方案，并從儀器庫中選擇合適的儀器完成實驗。經濟條件較好的學校可以引進虛擬仿真實驗設備，提供開放的物理實驗室，開展課上課下相結合實驗教學模式或者課外探究實驗教學模式，供學生進行課前預習、課上實驗處理、課后復習使用，使學生真正成為學習的主人[6]。數字信息系統（DIS）實驗就是由傳感器、數據采集器、計算機、處理軟件組成的運用數字化信息進行的實驗，實驗數據可以數字、圖線、儀表、表格等多種形式顯示。一些大城市學校已經在數年前著手改革，打造數字化實驗室，成為一道亮麗的風景線。數字化信息系統的引入為傳統實驗教學的改進提供了有效抓手，減少教師講授的時間，增加學生思維、活動與自主學習的時間，增加科技含量，深化課堂改革[7]。除了數字化信息系統引入常規的演示實驗教學、學生分組教學之外，還可以將DIS設備引入學生課外探究性實驗教學模式中，搭建學生研究性項目的平臺，進一步激發和提高師生實驗探究的實踐能力與創新精神。國內一些學者認為這是一種將傳統教學和信息技術教學的優點相結合，能提高教師的主導作用，形成體現學生主體作用，提高學生主觀能動性的高效教學模式。但是還有很多人認為，在課堂教學過程中使用一些信息技術會抑制學生的思維能力，從而影響學生的學習成績，其實不然，這是很多人存在的一個誤區。信息技術是在傳統的課堂教學的基礎之上。作為一個輔助教學工具，它的出現能夠幫助教師在課堂上實現信息課堂，因此現代信息技術的應用逐漸增多，但在實際的物理實驗教學中教師更要清楚信息技術的優勢和不足，只有科學合理地進行優化整合，才會完成傳統課堂完不成或效果不好的任務，以達到最好的課堂教學效果[8]。同樣的儀器和同樣的課時，運用不同的實驗教學方法、教學模式也會產生截然不同的教學效果，采用信息技術，可構成開放性的實驗教學環境，可以實現教材、方法、時間和空間等方面的開放，激發出學生的學習熱情和探索欲望，使學生真正成為學習的主人，培養學生的科學實踐能力、應用能力、創新思維和創新能力。第三章根據學生心理特點選擇實驗教學模式中學物理教學的關鍵和有效性取決于中學物理課程目標和任務能否落實到學生身上。如果不研究學生學習物理的心理特點和規律，就很難做到這一點。教學實踐和研究也表明，物理教學的成功必須以學生的物理學習心理活動為基礎，學生的學習問題是教師思考“教”的出發點和落腳點。了解影響物理學習的主要心理因素，研究學生物理學習的心理和認知特點，不僅可以減少實際教學中的盲目性，提高教學效率，而且可以有效地解決教師教學和學生學習中存在的問題。因此，物理教學的心理學基礎是物理教學論的重要內容，是教師開展物理教學工作的理論根據。什么樣的教學模式更有利于提高學生的主觀能動性，培養學生的綜合素質和創新能力？這些都是我們現下亟需探討的問題。興趣是人類性格特征之一。興趣在中學教學活動中具有重要意義。一旦激發了學生的學習興趣，他們就會有強烈的求知欲，表現出對學習的積極主動性、克服困難的意志堅定，從而會產生良好的學習效果。物理學習的初期階段由于學生已經在生活中積累了一些經驗，掌握了一些科學知識，對自然和社會已從較模糊的狀態變得比較明確，他們不僅有好奇心，還產生了直覺興趣[1]。在這一個階段，學生只滿足于感知物理世界和觀察有趣的物理現象，而對理解這一現象的原因和因果關系并沒有強烈的愿望。因此，這種興趣可以通過觀察新奇的自然現象進一步激發，但這只是興趣的初始階段。在這個興趣階段，教師可以利用多媒體來展示自然界中的物理現象，也可以在課堂上進行演示實驗，利用一些神奇的現象和新奇的實驗特征來吸引學生的眼球，比如筷子入水“變折”的演示實驗。隨著物理課程的發展，學生不再滿足于對現象的簡單觀察，他們會要求通過自己的活動對現象施加影響。這種興趣水平高于最初的直覺興趣，即所謂的操作興趣。這種興趣高于直覺興趣，但興趣的穩定性比較差，處在這個階段的學生對需要理解和探索的物理現象的本質和規律缺乏強烈的興趣。在這個階段如果過多的給學生安排課外探究實驗或者學生分組實驗，學生的興趣不足也達不到預期的教學效果。在這個階段可以安排學生進入信息教室，通過運用虛擬仿真技術來操作學生感興趣的小實驗來滿足學生的好奇心，學生學習興趣水平也會穩步提升。此外，如果這時能夠適當的給學生安排一些學生分組實驗，讓學生以小組合作的形式來進行科學探究，或者利用邊學邊做實驗的實驗教學模式，讓學生在教師的指導下進行有序地實驗操作來學習科學知識、滿足學生的好奇心，都會提高學生對物理學習的興趣。適當地運用邊學邊做實驗、學生小組實驗等培養學生的操作興趣，讓學生多動手操作，學生的物理學習興趣會進一步提高。這時，他們不僅對操作感興趣，還會產生想了解因果關系的欲望，得出解釋物理現象的結論，這種興趣一般稱為因果認知興趣。隨著學生學習的深入，學生不滿足于理解特定條件下物理現象的因果關系，還想要進一步了解和某種物理現象的相關連的一般物理規律，熱衷于分析、歸納、歸納等思維活動，分類和歸納，并希望自己探索和親自設計實驗。這時學生的學習興趣已成為學習物理的動機的主要部分，這種興趣稱之為概括認識興趣[1]。對于概括認識興趣階段的中學生來說，教師可以多安排一些演示實驗、邊學邊做實驗、學生分組實驗，還可以多多安排學生進行課外探究實驗，讓學生進行自主設計實驗，教師進行指導和幫助，發展學生的科學探究能力，從而提升學生的物理學科核心素養。第四章實驗設備不足情況下實驗教學模式選取物理實驗是物理課程的重要組成部分,它是落實課程目標和提高學生科學素養的重要保證,它也是激發學生學習興趣與求知欲望的有效途徑。一些經濟發展較好的城市地區的學校不斷將科技前沿知識和最新技術成果融入實驗教學，豐富內容、改進方式，比如，上海市閘北第八中學從2012年起就開始引入數字信息系統（DIS）推進實驗教學改革，探索出了一條從引入、推廣到拓展應用的數字化實驗改革路徑[9]。但由于種種原因,很多農村中學仍存在物理實驗設備不足的問題，尤其是實驗室、實驗設備和實驗材料的配備，在很多環節還不能完全滿足中學物理實驗教學需要，這就影響了中學物理實驗教學的有效開展[10]。一些教師只能選擇用多媒體設備對實驗進行演示甚至選擇直接結合課本口頭講述實驗原理、過程、結論等，這樣的實驗課形同虛設，不僅不會吸引學生的注意力，還會造成學生不能很好的理解物理知識、思維僵化的結果。針對學校實驗設備有限這種情況，教師應積極開發身邊可利用的資源，彌補物理實驗教學設備的不足，以此來為學生創造一個高效的物理實驗教學環境。實驗課程資源不局限于實驗室現有的實驗儀器和設備。從實驗教學用具來看，生活用品和一些廢舊的物資也是重要的實驗室資源，如廢棄的飲料瓶、廢棄的家用電器等。所以，作為中學教師，應該最大化的利用身邊的資源，開展生活化的物理實驗教學或趣味化的物理實驗教學，從而不斷提高實驗教學質量，促進學生更好地學習物理知識[11]。積極開展低成本實驗的研發是解決這一現象的有效途徑。在自制的低成本實驗教具中，簡單的物理原理是靈魂，簡單的制造材料是主干，簡單的操作過程彰顯魅力，快速的數據處理是追求。教師應利用日常用品和自制教具，改進實驗或開發新的實驗，開發出低成本、高質量的物理實驗，使實驗現象更真實、更直觀，給學生更多親自經歷演示實驗的機會。對學生來說，還可以用日常用品和材料代替實驗材料，或者用這些材料創新物理實驗，在課后進行課外探究實驗，巧妙地揭示物理實驗的簡單原理。讓學生有更多的機會做實驗，更好地培養和發展學生的實驗技能和創新實踐能力[12]。總之，盡管低成本實驗制作的成本量比較低，但是運用的智慧并不低，具有的內涵并不低，教學價值也不低，它能極大地調動學生的學習興趣、產生強烈的好奇心，激發巨大的學習動力。在農村物理實驗教學中，教師要充分的利用身邊的資源，大膽的進行嘗試和創新，不斷的提高實驗教學的質量，促進學生更好的學習和發展。在實驗設備數量不足的情況下，教師還可以多選用演示實驗的教學模式來進行實驗內容的講解，以緩解教學設備不足的問題。中學一線教師在教學實踐中證明，在課堂教學中運用演示實驗能取得良好的教學效果。在演示實驗的過程中，能夠暴露出學生認知結構中的薄弱點和錯誤的前概念，教師可以在此時對其加以糾正，能夠加深學生對該知識點的理解，還能使學生對知識進行多重編碼達到深度記憶。演示實驗并不僅僅是教師向學生展示實驗操作、傳輸知識的過程，同樣，利用演示實驗可以培養學生實驗教學的設計能力、實驗重點的判斷能力、學生觀察能力、實驗成功程度的判斷能力等實驗能力[13]。此外，實驗室是物理教學的重要場所，是直接為物理教學服務的。學校要積極創造條件，建立開放性實驗室。建立開放性實驗室，必須要建立嚴謹的實驗室管理制度，比如，在實驗室設置專門的管理員，能夠向學生講解實驗儀器的分類、維護與保養、存放的基本原則；能夠向學生講解實驗前的準備、實驗步驟、實驗的改進和實驗報告的撰寫。教師可以鼓助學生利用課余時間，以獨立或小組合作方式，設計問題探究的實驗方案，開展課外實驗研究。在涉及演示實驗的課前，學生可以提前分批次去實驗室了解實驗儀器的構造、實驗設計的思路等。學生可以靈活安排實驗時間，進行不同的實驗任務。總而言之，實驗室開放制度不僅可以提升學生動手操作能力，起到預習實驗、實驗鞏固、課外探究的作用，還可以緩解學校實驗設備不足的壓力。第五章結論本文首先對傳統實驗教學模式中的演示實驗、學生分組實驗、邊學邊做實驗以及課外實驗與制作進行了介紹。其次，介紹了隨著科技的發展，多媒體技術進入課堂與實驗教學進行了不同程度的融合，比如：微課、虛擬仿真技術、數字化信息系統（DIS）的出現而創新的中學物理教學模式；再次，中學生心理對實驗教學模式的選取也有很大的影響，總結得出不同年齡階段的學生對物理學習興趣不同，教師所要采取的教學模式也不同；最后討