&amp#039;新课改背景下优化高中物理实验教学的策略研究&amp#039;课题研究报告.doc

“新课改背景下优化高中物理实验教学的策略研究”课题研究报告 本课题于2007年立项的省教育学会“十一五”科研课题。3年来，课题组针对本县高中在实施新课程实验教学中存在的问题用科学教育理论作指导，采用行动研究方法进行研究和实践。初步建立了优化高中物理实验教学的模式、策略、评价方法等体系，形成了一批理论性成果，促进了本县高中物理实验教学质量和水平的提高。一、研究概述（一）课题的背景及意义 物理学是一门以实验为基础的自然科学，回顾物理学产生和发展的过程,可以发现实验是研究问题的最基本的手段与方法，物理规律的发现和物理理论的建立都必须以严格的实验为基础并受到实验的检验，因此在新一轮的高中物理课程改革中，物理实验教学改革被提高到了非常重要的地位上。对本县高中物理实验教学现状进行的调查表明，虽然新课改实施已有几年的时间，课程标准与新教材对物理实验也提出了很高的要求，但当前高中物理实验教学的现状距离新课改的要求差之甚远，还存在着如下的几个主要问题：1、硬件设备达不到要求。2、教师的观念落后于新形势。3、实验教学目的不明确。4、实验教学形式僵化。5、滥用多媒体模拟实验。6、学生实验课流于形式。上述现象的存在，表明当前的高中物理实验教学现状不能满足新课改的要求，已经到了必须优化的地步。为此，我们选取新课改背景下优化高中物理实验教学的策略研究作为研究课题，并期望通过本课题的研究，找出一条优化高中物理实验教学的新路，为培养高中学生的科学素养作出应有的贡献。（二）研究的理论与政策依据1、建构主义学习理论；2、认知主义学说；3、教育心理学理论；4、高中物理课程标准.。（三）研究目标与内容1、研究目标 （1）通过研究形成行之有效的高中物理实验教学策略体系，优化高中物理实验教学。（2）通过策略体系的实施激发学生的探究兴趣和探究欲望；培养学生的实验能力；使学生养成主动实验，认真操作，仔细观察，积极思维的良好实验习惯。培养学生的严谨科学态度，掌握一些科学的研究方法，形成正确的情感态度和科学的价值观。（3）通过策略体系的实施更新高中物理教师的教学理念，改变传统的实验教学策略，提高教师的实验教学水平。2、研究内容 （1）高中物理实验教学模式和策略研究。（2）高中物理实验资源库建设研究。（3）现代信息技术辅助物理实验教学模式和策略研究。（4）高中物理课外实验和趣味实验研究。（5）高中物理实验教学评价研究（四）研究方法与过程1、研究方法：（1）调查研究法。（2）文献研究法。（3）行动研究法。2、研究过程：本课题研究分下列三个阶段：（一）准备阶段：课题主持人召集课题组成员讨论拟定课题研究方案。大家系统学习有关新课改的理论资料和中学物理实验教学的有关资料，明确课题组成员的任务分工，确立了县教研室、宁乡一中、宁乡十三中、实验中学、玉潭中学为主要研究单位。（二）具体实施阶段1、做好文献研究和现状调查：为了了解国内外有关研究成果，为本课题作好研究准备，课题组认真做好了相关文献的搜集、整理和研究工作。为了了解我县高中物理实验教学的现状，我们对全县部分中学的学生进行了问卷调查，找部分物理教师进行了访谈，还到学校参观了物理仪器室，并观摩了物理实验课。通过调查、走访、参观和观摩，我们发现很多学生对物理实验现象的观察比较感兴趣，一些学校能够开放实验室让学生自由的去做课外实验，很多教师重视学生的实验能力培养。但也存在硬件设备达不到要求；实验教学目的不明确；学生实验课的质量不高等问题。2、开展教师培训 （1）举办中学物理数字化实验室应用技术培训班。培训的内容为两个部分，一为中学物理数字化实验室应用技术，具体学习中学物理数字化实验室的软件应用及附件操作；二是中学物理数字化实验室实验指导，具体学习了高中物理的主要实验的操作实例，还观摩了宁乡一中提供的两堂应用中学物理数字化实验室做物理实验的物理课。 （2）开通课题指导热线。课题组将教研员的电话及电子邮箱公之于众，还通过博客开展教研员与一线教师的对话交流。3、举办专题研讨活动和经验交流活动。总课题组定期开展专题研讨活动和经验交流活动。这些活动既有专题研讨的环节，又有交流经验和课题阶段性评估的过程，使研讨、交流与评估有机的结合起来。4、指导子课题研究单位的课题研究工作。一是对子课题组进行教育科研工作方法层面的指导，进行经验的归纳和总结，为子课题组开展课题研究指明努力的方向。二是对子课题组进行高中物理实验教学实践层面的指导。5、积极探索优化高中物理实验教学的实践形式。各子课题组在教学实践中围绕各自的研究专题，探索出了许多可推广的实践成果。这些成果重在实践层面的探索，既注重了实践问题的解决，又注意了规律的总结和经验的提升。6、注意经验总结，形成研究成果。我们注意用理论指导实践研究，将研究过程中取得的成果及时的进行记录和完善，并将经验材料提炼成研究论文，在有关的学术刊物上发表，或写成专著由知名出版社出版。7、积极推广课题研究成果。（1）通过相关的学术活动进行宣传推广。（2）通过各级教师培训班进行宣传推广。（3）在来校实习的大学物理系学生中进行宣传推广。（4）利用青年教师教学大赛进行宣传推广。（5）通过论文和专著进行宣传推广。（三）总结阶段 1、整理分析研究材料。2、撰写研究报告。3、申请课题结题。二、研究成果 （一）构建了较为完整的优化高中物理实验教学的模式和策略体系1、确立了优化高中物理实验教学的基本原则（1）简便性原则。（2）科学性原则。（3）精确性原则。（4）直观性原则。（5）趣味性原则。（6）安全性原则。2、确定了优化高中物理实验教学的教学设计策略在设计常用仪器的使用的学生实验时，应该让学生了解实验仪器的基本构造，熟悉仪器每个部件的名称及用途，理解测量仪器的工作原理，熟练掌握仪器的使用方法，知道仪器使用的注意事项等。在设计基本物理量的测量实验时，应该让学生明确该物理量的物理意义，知道测量实验的基本原理，掌握正确的测量方法，包括了解所用仪器仪表的使用方法，知道所用仪器的规格性能，会设计正确的实验步骤，能正确安装和调试整个实验装置，能正确分析和处理实验数据，会判断和排除实验装置的故障等。在设计验证物理规律的实验时，除了要达到与基本物理量的测量相同的要求外，还要分析如何进行定量的研究，找出对应的物理规律，并分析如何减小实验误差。在设计探究性实验时可将实验分为完整的探究性实验和局部的探究性实验。完整的探究性实验分为提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验并收集证据、分析与论证、评价与交流这六个环节，而局部的探究性实验只需完成其中的一个或几个环节即可。在设计边教边实验时，应注意所用的实验器材不宜太复杂，实验操作的技术要求应尽可能简单，由于课时有限，因此，边教边实验的时间不要太长。另外，还要求考虑实验的安全性和考虑实验的成功率等。在设计趣味小实验时，要求实验既要反映一定的物理原理，又要取材方便。既要具有科学性，又要具有一定的趣味性，使学生对实验产生浓厚的兴趣，并增加学习物理的兴趣。 3、构建了优化高中物理实验教学的课堂教学基本模式（1）“实验归纳”模式：提出问题创设情境实验事实现象观察分析归纳科学抽象得出结论巩固应用这一模式是物理实验教学中应用得最为普遍的模式，物理概念的建立与物理规律的构成都可应用这一模式来进行。模式中的“实验事实”的“实验”既可是教师演示实验，也可是学生分组实验；而“事实”既包括学生亲身感知过的事实，也包括教师列举的事实。（2）“演绎检验”模式：提出问题理论推理实验检验应用巩固这一模式的特点是，针对通过理论推导出来的结论进行实验检验，以判断结论的正确与否。（3）“探究发现”模式：提出问题猜想与假设设计实验进行实验与收集证据形成结论与检验假设应用巩固探究过程实质上是一个提出问题和解决问题的过程，它遵循科学研究的一般性思维过程。而探究实验的教学设计也应该包括科学研究的几个要素，所以形成了上面的框架结构。（4）“实验演示模拟再现巩固强化”模式：新课导入实验演示模拟再现分析概括形成结论应用巩固此模式是在教师演示实验的基础上，针对：实验不够清晰，需要用科学动态模拟补充；虽然演示实验基本清晰，但需要通过科学模拟提供分析性信息，使得学生更深刻地理解客观物理规律及其应用；实验对象太小，学生难以看清；实验条件苛刻而难以成功等问题，利用现代教育技术再次模拟演示实验所反映的物理事实，以补偿演示实验存在的不足之处，从而加深学生对实验的认识，为学生掌握概念、认识规律打下坚实的基础。（5）“实验演示采集数据分析数据巩固强化”模式：创设情境提出问题实验演示实时测量分析数据得出结论联系实际巩固应用这一模式适用于物理演示实验中的数据难以用传统手段直接测量；或实验数据难以快速处理等情况。采用这一模式教学时，需要将计算机实时测量系统和传统实验器材相结合，利用计算机实时测量系统及时地测量出演示实验中的各个物理量( 如力、速度、电流、电压、压强、时间、温度等)，并将它们输入计算机中进行数据处理。采用这一模式既能方便的测出各种物理数据，还能展示实验的中间过程和暂态过程，快速显示各物理量间的函数关系，提高实验的精度和实时效果。（6）现代教育技术应用于学生实验课的模式： 学生动手实验计算机分析数据得出实验结论找出物理规律这一模式是利用现代教育技术帮助学生通过学生实验得到实验数据后，运用Excel、Access、Foxpro等计算机数据处理软件，通过列表法或图象法来处理这些物理实验数据，得出各物理量间的函数关系。此模式能使学生快速的从复杂的实验数据中找出物理规律，得出实验结论。（二）建立了优化高中物理实验教学的评价方法体系对学生实验能力的评价分为“考实验”和“做实验”两个部分。考实验是指在期中、期末考试卷中加大实验题的比例。做实验是根据课程标准的要求把实验操作能力要达到的教学目标加以分解，让学生通过实际动手做实验来考查学生的实验操作能力。为了达到学生实验评价的科学性，我们制定了下面的评价方法体系。1对物理探究实验活动评价的方法：我们对高中物理实验探究活动采用综合性的评价方法。在评价表中，针对不同的评价内容分为个人自评、小组互评和教师评价，三方面的评价分别通过各层次的评价得分给出评定等级(分为优、良、差三个等级)。并综合三方面的评价成绩给出学生进行物理实验探究活动的总的评定等级。本策略中学生自评、小组互评和教师评价相结合的方式，可从多个方面、多个角度对学生的表现进行更全面、更客观、更科学的评价，学生由评价对象转为评价的主体，营造了积极的学习氛围，从而增强学生主动参与科学探究活动的兴趣。2、对实验操作的评价方法：对于学生的实验操作技能和实验素养（习惯）评价，我们采用表现性评价的方式，即通过让学生实际动手进行实验，教师对实验中的各个操作要素设立评分点，评价学生的实验操作是否符合实验设计的要求。实验技能的评价包括操作技能、观察技能、绘图技能和数据处理与分析技能等。实验素养的考查包括对实验的态度、实验的纪律、实验的程序等方面。（三）取得了一批理论研究成果1课题主持人编写了湖南师范大学出版社出版的中学物理教学竞赛指南中的第三章“教学竞赛与教学媒体”。该章的第三节、第四节分别从计算机模拟实验开发和计算机辅助实验两个角度，介绍了实现实验教学现代化的技术和途径。2、课题主持人主编了湖南教育出版社出版的新课标实验指导和实验报告（高中物理选修32）一书，该书对实验探究前的准备作了知识上的指导，对实验中的注意事项和成败关键作了适当的指导，并对各种实验现象的观察和误差的产生原因作了较为详细的分析，拓宽了探究实验设计的思维空间，体现了当今教学改革的新要求。3、课题主持人主编了湖南教育出版社出版的新高考理科综合实验题高分冲刺物理，该书对高中物理考试大纲中的物理实验部分作了系统解读，并分专题介绍了实验基础知识和基本仪器的使用、测量型实验、验证型实验、探究型实验、应用型实验和迁移型实验特点，解题规律和方法。 4、课题组编写了中学物理数字化实验室应用指导书，并分发到全县高中物理教师手中，作为数字化实验室培训教材。该书第一篇为中学物理数字化实验室应用指南，介绍中学物理数字化实验室的软件应用及附件操作。第二篇为中学物理数字化实验室实验指导，介绍了高中物理的主要实验的操作实例，便于教师的学习和掌握。5、课题组组织教师对高中物理教材中所要求的每一个探究实验的教学进行了研究，整理出了这些探究实验的教学设计，并汇编成高中物理实验探究教学设计一书，发到了每一个高中物理教师手中，供教师教学时参考。6、课题组成员及参与课题研究的其他物理教师积极总结高中物理实验教学经验，并撰写论文。课题主持人在核心期刊实验教学与仪器中发表了“巧用Excel处理物理实验数据”和“2008年全国高考物理实验的特点分析和备考指导”两篇论文，分别从实验技能和实验考试两个方面介绍了课题研究的成果。课题组及其他参与研究的教师撰写的论文先后有5篇获全国优秀论文奖，8篇获省优秀论文奖。（四）建立了高中物理实验资源库（包括多媒体形式和文本形式）1、高中物理实验多媒体资源库主要指动态模拟实验资源库和实验视频资源库。动态模拟实验资源库主要指用Flash软件开发的实验模拟动画，这些动画能够高仿真地模仿真实的物理实验，且能够实现人机对话，方便学生进行自主探究学习。实验视频资源库是指将一些学校暂不具备条件开展的实验拍成视频，供学生学习时观看，以加深对所学内容的认识。这些实验资源库全部刻录成光盘，并分发到所有高中学校。2、高中物理实验文本资源库指高中物理课外实验和趣味实验汇编，这些实验汇编均打印成册，并分发到每一个高中物理教师手中，供教师教学时参考和选用。（五）成果分析本课题研究的成果包括：1、操作策略：优化高中物理实验教学的原则，优化高中物理实验教学的设计策略，优化高中物理实验教学的教学模式，优化高中物理实验教学的评价策略， 2、专著：中学物理教学竞赛指南，新课标实验指导和实验报告（高中物理选修32），新高考理科综合实验题高分冲刺物理。3、教师指导读物：高中物理实验探究教学设计，高中物理课外实验和趣味实验汇编，中学物理数字化实验室应用指导书。4、发表论文：“巧用Excel处理物理实验数据”，“2008年全国高考物理实验的特点分析和备考指导”。获奖论文：有5篇获全国优秀论文奖，8篇获省优秀论文奖。6、资源库：动态模拟实验资源库和实验视频资源库上述成果全面的总结和概括了如何优化高中物理实验教学的各个层面，所有成果都来自于新课改理论指导下物理实验教学实践的总结，具有一定的先进性和很强的可操作性，填补了我省关于优化高中物理实验教学研究的空白。三、研究成果的社会效益课题研究大大的优化了我县的高中物理实验教学。现在，课程标准规定的高中物理演示实验和学生实验都能在我县各所高中开出，而且，教师都能参照课题组提供的高中物理课外实验和趣味实验汇编，根据本校的具体情况做一些趣味实验，并指导学生做一些课外实验，充分发挥了物理实验在物理教学中的重要作用，使学生学习物理的兴趣大大提高，实验素养也得到提升。近两年来，我县组织学生参加高中物理实验操作考查，合格率均为100%。通过课题研究和成果交流，我县的高中物理教师的实验教学理念得到更新，实验教学模式丰富多样，多媒体辅助物理实验教学的功能得到完善。由课题组对各学校高中物理教师所作的检查表明，教师的实验教学优秀率由研究前的30%提高到现在的95%，学生对物理实验教学的满意率由研究前的45%提高到现在的92%，学生实验的开出率由研究前的65%提高到现在的100%。会使用高中物理仿真实验室软件开发物理模拟实验的教师有58人，全体高中物理教师均学会了使用物理数字化实验室进行物理实验教学。近两年，我县高中物理教师参加省、市的课堂教学比武，先后有3人获省奖，4人获市奖。课题主持人汤卫平还被聘为长沙市教育学院客座教授、长沙市物理名师工作室名师、省教科院基教所兼职物理教研员和省教育科学规划课题咨询专家。课题组积极向外地推介我们的课题研究成果。三年来，课题主持人汤卫平先后四次在长沙市教育学院为参加市级物理骨干教师培训班和市高中物理教师岗位培训班的教师、一次在益阳市教育学院为参加市级物理骨干教师培训班的教师作了“用仿真物理实验室开发物理教学模拟实验”的专题讲座。课题组成员姜鹏远先后两次在长沙市教育学院为参加市高中物理教师岗位培训班的教师“新课改背景下的高中物理实验教学改革”的专题讲座。参加听课的教师共有380人，从而使成果在大范围内得到推广和应用，取得了良好的社会效益。我们撰写的专著中学物理教学竞赛指南，新课标实验指导和实验报告（高中物理选修32），新高考理科综合实验题高分冲刺物理都在全国范围内公开发行。我们编写的教师指导读物高中物理实验探究教学设计，高中物理课外实验和趣味实验汇编，中学物理数字化实验室应用指导书，以及建构的高中物理实验资源库除在本县全面推广外，还与本省的一些兄弟学校进行了交流，取得了良好的推广效益。四.需要进一步研究和探讨的问题（略）参考文献（略）（宁乡县教研室课题组，汤卫平执笔）9