基于數(shù)字化的高師中學(xué)物理實驗研究

魏明，王平瑞，宋景萍，楊敏

（貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院,貴州貴陽 550018）

基于數(shù)字化的高師中學(xué)物理實驗研究

魏明，王平瑞，宋景萍，楊敏

（貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院,貴州貴陽 550018）

本文采用調(diào)查研究的方法，以高師院校物理實驗教師和學(xué)生以及高中物理教師與學(xué)生為研究對象，對高師院校中學(xué)物理數(shù)字化實驗教學(xué)現(xiàn)狀進行了深入調(diào)查，研究得出：學(xué)生親身探究物理理數(shù)字化實驗的機會較少；教師與學(xué)生的物理數(shù)字化實驗技能缺乏；學(xué)校物理數(shù)字化實驗設(shè)備不足，有待進一步完善。并且根據(jù)調(diào)查研究的結(jié)論，提出了相應(yīng)的建議

物理實驗；數(shù)字化；建議

1 引言

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在物理學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及物理理論的建立過程中，物理實驗扮演著極為重要的角色，它既是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)，也是物理教學(xué)的的重要內(nèi)容、方法和手段，在物理教學(xué)中有著重要的意義和作用。中學(xué)物理實驗作為高師院校物理學(xué)專業(yè)的一門必修課程,對培養(yǎng)作為未來教師的師范生的科學(xué)探究能力和實驗教學(xué)能力具有十分重要的作用。當(dāng)前，在新一輪的基礎(chǔ)教育改革中，實驗改革的力度尤為突出，《普通高中物理實驗課程標(biāo)準(zhǔn)》把“科學(xué)探究及物理實驗?zāi)芰σ蟆焙汀肮餐匦弈K”、“選修模塊”并列，作為內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)的三大部分，對信息技術(shù)尤其是基于傳感器的數(shù)字化實驗與課程整合提出了明確目標(biāo)[1][2]。要求信息技術(shù)要進入物理實驗室，諸如通過計算機實時測量、處理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗結(jié)果等等。例如，高中物理新教材中的一些演示實驗和“做一做”等欄目補充了大量的數(shù)字化實驗，要求教學(xué)必須實現(xiàn)基于傳感器和計算機技術(shù)的數(shù)字化新型教學(xué)模式。

數(shù)字化實驗系統(tǒng)是一種用于實時采集數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng)，它主要由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機及配套軟件構(gòu)成。與傳統(tǒng)的實驗儀器相比，數(shù)字化實驗系統(tǒng)能動態(tài)地呈現(xiàn)物理現(xiàn)象，便于學(xué)生分析理解動態(tài)變化的物理過程，同時也能采集瞬間的現(xiàn)象，便于對瞬態(tài)過程的把握[3]。將數(shù)字化實驗用于中學(xué)物理實驗教學(xué)中，是對傳統(tǒng)物理實驗的重要補充，是實現(xiàn)創(chuàng)新物理實驗教學(xué)的嘗試。

2 研究對象與方法

為了了解高師院校開設(shè)中學(xué)物理數(shù)字化實驗教學(xué)的必要性及現(xiàn)狀，更好的落實基礎(chǔ)教育課程改革對實驗教學(xué)的要求，本次選取的對象為：高一、高二學(xué)生201名；高師大三、大四學(xué)生120名；高中物理教師32名；高師院校中學(xué)物理實驗教師12名。

調(diào)查問卷根據(jù)《普通高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》對實驗的要求和高師中學(xué)物理實驗的教學(xué)大綱進行設(shè)計，調(diào)查問題嚴(yán)格按照教育與心理測量學(xué)關(guān)于卷編制的方法完成的[4][5]。主要針對（1）學(xué)生對中學(xué)物理數(shù)字化實驗認(rèn)知情況；（2）教師對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的認(rèn)知情況；（3）高師院校中學(xué)物理數(shù)字化實驗室建設(shè)情況等三個方面進行調(diào)查和訪談。此次調(diào)查發(fā)放調(diào)查問卷365份，回收350份，有效率95%并對調(diào)查結(jié)果采用E X CEL進行統(tǒng)計分析。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 學(xué)生對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的認(rèn)知情況

2.1.1 學(xué)生對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的興趣程度

關(guān)于“學(xué)生對中學(xué)物理實驗的興趣程度”的調(diào)查，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表1所示：

表1 學(xué)生對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的興趣程度

從表1可以看出，在學(xué)生對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的興趣程度方面，有78.8%的高一學(xué)生選擇“非常喜歡”與“比較喜歡”；有63.7%的高二學(xué)生選擇“比較喜歡”與“比較喜歡”；有77.9%的大三學(xué)生選擇了“非常喜歡”與“比較喜歡”；有87.8%的大四學(xué)生選擇了“非常喜歡”與“比較喜歡”?？梢姛o論是高中生還是高師生都對中學(xué)物理數(shù)字化實驗感興趣，對實驗有較強的好奇心和探究興趣。說明目前的高中生對未來從事教師職業(yè)的師范生的數(shù)字化實驗技能提出了挑戰(zhàn)。此外，高師生也表現(xiàn)出了很強的興趣。因此，在高師院校開設(shè)中學(xué)物理數(shù)字化實驗是一種必然趨勢，也是教學(xué)改革的要求和方向。

2.1.2 學(xué)生的中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能情況

關(guān)于“學(xué)生的中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能情況”的調(diào)查，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表2所示：

表2 學(xué)生的中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能情況

從表2可以看出，無論是高中學(xué)生還是高師學(xué)生，都對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的掌握程度比較低，甚至有的學(xué)生完全沒有經(jīng)歷過探究機會。尤其是一些偏遠(yuǎn)中學(xué)的學(xué)生，由于受各種因素的影響，連傳統(tǒng)的中學(xué)物理實驗探究機會都很難親身體驗。就高師學(xué)生而言，條件較好的師范院校學(xué)生獲得了數(shù)字化實驗的親身體驗機會，反之，條件相對較差的高師院校學(xué)生的數(shù)字化實驗技能要欠缺得多,完全不能適應(yīng)實驗改革的需要。因此，加強對從事教師職業(yè)的高師生的數(shù)字化實驗教能的培養(yǎng)十分緊迫。

2.2 教師對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的認(rèn)知情況

2.2.1 教師認(rèn)為開設(shè)中學(xué)物理數(shù)字化實驗的必要性情況

關(guān)于“教師認(rèn)為開設(shè)中學(xué)物理數(shù)字化實驗的必要性情況”的調(diào)查，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表3所示：

表3 教師認(rèn)為開設(shè)中學(xué)物理數(shù)字化實驗的必要性情況

從表3可以看出，無論是高中教師還是高師院校教師，都認(rèn)為有必要開設(shè)中學(xué)物理數(shù)字化實驗。另外，在我們的調(diào)查訪談中，絕大多數(shù)教師都認(rèn)為傳統(tǒng)的中學(xué)物理實驗和數(shù)字化實驗各有優(yōu)點，希望能在課堂教學(xué)中結(jié)合使用，充分發(fā)揮傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗的優(yōu)點，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和綜合素質(zhì)。

2.2.2 教師掌握中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能的情況

關(guān)于“教師掌握中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能的情況”的調(diào)查，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表4所示：

表4 教師掌握中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能的情況

從表4可以看出，無論是高中教師還是高師院校教師，對中學(xué)物理數(shù)字化實驗的掌握程度都比較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達不到基礎(chǔ)教育課程改革的需要，完全不能適應(yīng)數(shù)字化實驗教學(xué)的要求。究其原因，一方面可能是受傳統(tǒng)教育的影響，認(rèn)為實驗不是很重要只要學(xué)生能考高分就可以；另一方面可能是受課時量的限制，忽略了數(shù)字化實驗的開設(shè)。此外，我們調(diào)查訪談發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)高師中學(xué)物理實驗教師和高師院校培養(yǎng)的高中物理教師都沒有經(jīng)過專門的數(shù)字化實驗的訓(xùn)練，即使有數(shù)字化實驗儀器也不會懂得操作。

2.2.3 教師指導(dǎo)學(xué)生操作中學(xué)物理數(shù)字化實驗的情況

關(guān)于“教師指導(dǎo)學(xué)生操作中學(xué)物理數(shù)字化實驗的情況”的調(diào)查，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表5所示：

表5 教師指導(dǎo)學(xué)生操作中學(xué)物理數(shù)字化實驗的情況

演示實驗，學(xué)生實驗和“做一做”欄目作為教材上的三個主要實驗類型，其調(diào)查結(jié)果直接反映了中學(xué)物理數(shù)字化實驗的開課情況。由表5可知，無論是在高中學(xué)校還是高師院校，中學(xué)物理數(shù)字化實驗的開設(shè)情況都很低，甚至有些學(xué)校和老師從來都沒開設(shè)過數(shù)字化實驗，學(xué)生完全失去了親自探究體驗的機會。說明高師教師和高師院校培養(yǎng)的高中教師的中學(xué)物理數(shù)字化實驗試驗技能有待提高，才能有效地指導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究。

2.3 高師院校對中學(xué)物理數(shù)字化實驗設(shè)備的配備情況

實驗儀器是物理實驗教學(xué)的載體和基本保證其配備情況直接影響物理實驗教學(xué)的實施。關(guān)于“高師院校對中學(xué)物理數(shù)字化實驗儀器的的配備情況”的調(diào)查，數(shù)據(jù)分析結(jié)果如表6所示：

表6 高師院校對中學(xué)物理數(shù)字化實驗設(shè)備的配備情況

由表6可知，高師院校目前的中學(xué)物理數(shù)字化實驗儀器設(shè)備普遍缺乏，實驗器材只能滿足部分實驗，完全沒有數(shù)字化實驗儀器的高師院校占絕大多數(shù)，與物理課程標(biāo)準(zhǔn)要求尚有一定的差距，不能適應(yīng)課程改革的需要。

3 結(jié)論與建議

3.1 研究結(jié)論

3.1.1 學(xué)生親身探究中學(xué)物理數(shù)字化實驗的機會較少，實驗技能缺乏

學(xué)生是教學(xué)的主體，每個學(xué)生都有自己的認(rèn)知特點，都具有好奇心和求知欲，都希望得到親身經(jīng)歷的探究機會，探索事物的真理傾向。根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前無論是高師生還是高中生都對中學(xué)物理數(shù)字化實驗感興趣，但都很難得到探究的機會，完全達不到課標(biāo)的要求，加上部分教師受傳統(tǒng)教育的影響，從而弱化了對學(xué)生物理實驗的培養(yǎng)。

3.1.2 教師的物理數(shù)字化實驗技能缺乏

教師是教學(xué)活動的組織者和引導(dǎo)者，物理實驗教學(xué)活動的成敗取決于教師的組織和教學(xué)技能的嫻熟。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前無論是從事高師院校中學(xué)物理實驗教學(xué)的教師，還是高師院校培養(yǎng)的高中教師，其中學(xué)物理數(shù)字化實驗技能都比較欠缺，有待進一步提高和發(fā)展。受傳統(tǒng)觀念的影響，部分教師存在重知識輕實驗的思想，甚至有些老師認(rèn)為不會動手實驗不要緊，會考實驗就行，實驗教學(xué)的目的完全是為了完成教學(xué)任務(wù)，弱化了實驗的直觀教學(xué)功能，忽視了學(xué)生的主體地位和實驗對學(xué)生科學(xué)思維方法的培養(yǎng)。

3.1.3中學(xué)物理數(shù)字化實驗設(shè)備不完善

物理實驗設(shè)備是開展物理實驗教學(xué)的保證，沒有配備完整的實驗儀器，實驗教學(xué)很難有效開展。目前，受各種因素的影響，尤其是經(jīng)濟條件的影響，很多高師院校沒有專門的中學(xué)物理數(shù)字化實驗室、實驗儀器設(shè)備嚴(yán)重缺乏，所有的中學(xué)物理實驗教學(xué)還沿用以前的傳統(tǒng)中學(xué)物理實驗設(shè)備，導(dǎo)致教材上許多數(shù)字化實驗做不了，許多物理實驗的教學(xué)效果不理想。

3.2 研究建議

3.2.1 轉(zhuǎn)變教師教學(xué)觀念，提高實驗教學(xué)技能

物理教學(xué)必須以實驗為載體，離開了物理實驗，學(xué)生很難建立起物理概念和物理規(guī)律。教師作為實驗教學(xué)的執(zhí)行者，首先應(yīng)該提高教師對實驗教學(xué)地位的認(rèn)識，正確認(rèn)識到物理實驗不僅是一種教學(xué)方法或手段，而是一種重要的教學(xué)指導(dǎo)思想，在高師中學(xué)物理實驗教學(xué)中，不僅要重視“知識與技能”的培養(yǎng)，還應(yīng)該結(jié)合“過程與方法”、“情感、態(tài)度與價值觀”，只有三個方面的有效結(jié)合，才能體現(xiàn)新課程的價值追求。

3.2.2 充分發(fā)揮學(xué)生主體，積極鼓勵學(xué)生探究

物理實驗教學(xué)應(yīng)本著培養(yǎng)學(xué)生探究能力的目的,以具體的實驗教學(xué)為載體,在實驗中讓學(xué)生自己動手去做，突出學(xué)生的主體地位，積極鼓勵每一位學(xué)生參與，充分地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，使其最大限度地動手、動口和動腦，主動地參與到數(shù)字化實驗的探究活動中來[7]。

加大實驗投入，完善實驗設(shè)備

高師院校作為培養(yǎng)教師的搖籃，肩負(fù)著為基礎(chǔ)教育培養(yǎng)物理教師的重要責(zé)任。為了提高物理教師的培養(yǎng)質(zhì)量，高師院校必須加強實驗投入，根據(jù)基礎(chǔ)教育課程改革和教學(xué)需要，不斷完善中學(xué)物理數(shù)字化實驗設(shè)備，保證未來從事教師職業(yè)的高師生能有效地掌握實驗技能，為將來從事物理教學(xué)打下基礎(chǔ)。

3.2.3 改革中學(xué)物理實驗大綱，調(diào)整課程計劃

高師院校的教學(xué)大綱要及時改革變新，緊跟時代步伐，及時根據(jù)基礎(chǔ)教育課程改革的需要，調(diào)整課程計劃，改革傳統(tǒng)的中學(xué)物理實驗大綱，增加數(shù)字化實驗項目。另外，為了加強對未來從事教師職業(yè)的高師生物理數(shù)字化實驗的技能培養(yǎng)，可以以課程選修、定期開放實驗室的形式增加高師生親身探究實驗的機會，為進入中學(xué)物理實驗教學(xué)打下堅實的基礎(chǔ)。

[1]廖伯琴.中學(xué)物理課程改革的目標(biāo)與實施[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]中華人民共和國教育部．普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[S]．北京：人民教育出版社，2003．[3]孫立萍，劉敏華.數(shù)字化實驗系統(tǒng)在物理實驗教學(xué)中的運用[J].中學(xué)物理，2012，（7）.

[4]陳國鵬.心理測驗與常用量表[M].上海：上?？茖W(xué)普及出版社，2005.

[7]劉電芝.教育與心理研究方法[M].重慶：西南師范大學(xué)出版社，1998.

[6]張偉，郭玉英．論“非常規(guī)”物理實驗的教學(xué)地位[J]．課程·教材·教法，2007，（12）．

The Physics Experimental Research inHigher Normal Col lege BasedonDigital ization

W EI M ing,W A NGPingrui,S ONG J ingping,Y A NG M in
(S chool of Physics and Elect ronic S cience，Gui z hou Normal Col lege,，Guiyang，Gui z hou，550018,China)

A ccording to invest igat ion and researchmethods,the research ob j ects are as Physic e x periment teachers and students innormal col legeand Physics teachersand students in seniormiddl school.It surveyedwidely,it turns out that the chanceabout students e x ploring physics digital e x perimental is few,The Physics digital e x perimental s k i l l of teachersand students is not conversant the physics digi tal e x per iment equipments need to be fur ther improved,and some cor responding pro fessional developmentmeasures are provided based on it in this paper.

The Physics E x periment;D igital;S uggestions

G652

A

1672-2094(2013)03-0120-03

責(zé)任編輯：張隆輝

2013-04-11

2012年貴州省高等學(xué)校教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革培育項目——高師物理學(xué)專業(yè)課程體系改革與應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式研究（黔教高發(fā)[2012]426）。

魏明（1980-），男，貴州沿河人，貴州師范學(xué)院物理與電子科學(xué)學(xué)院講師，碩士。主要從事物理課程與教學(xué)論研究