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西部高師基礎物理實驗教學“五步法”教學論文
論文摘要：要真正縮短東西部地區(qū)基礎物理及實驗教育教學的差距，應該從“源頭”改革，從高師院校特別是西部地區(qū)高師院校的基礎物理實驗教學研究課程改革著手。；并探索性地實踐了利用傳統(tǒng)、經(jīng)典實驗設備“加” 數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗設備，雙管齊下，對基礎物理實驗教學研究課程作具“地方特色”地改革，分五個步驟快速有效地培養(yǎng)適宜西部貧困地區(qū)的中學物理教師；使貧困地區(qū)的“特殊”生源在較短時期內轉變觀念，積極主動學習、實踐。努力實現(xiàn)基礎物理實驗教學跨越式提升；早日使“東”、“西”部地區(qū)的教育事業(yè)得到平衡發(fā)展打下了一定的基礎。
論文關鍵詞：基礎物理傳統(tǒng)實驗,數(shù)字化實驗,師范院校,地域性,生源特色
西部少數(shù)民族貧困地區(qū)的基礎物理教育教學特別是物理實驗教學的現(xiàn)狀不容樂觀。從坐落在云、貴、川三省交界處烏蒙高原上的昭通師專的生源情況，就能窺見一斑：隨著高校年年擴招，地方院校特別是師范專科學校99﹪以上的學生來自農村、半山區(qū)、山區(qū)。由于諸多原因，絕大多數(shù)在中學沒有做過或只做過極少數(shù)基礎物理實驗，為了應對各類考試，教師們多采取在黑板上講實驗、畫實驗，要求學生背實驗等方式“完成”實驗教學。筆者到過市、縣、鄉(xiāng)各級學校作過調研，調查顯示：80﹪的學生在中學沒有真正使用過最基本、常用的物理實驗的工具和儀表,如游標卡尺、千分尺、物理天平等。中學物理教學的評價最終落腳在升學考試的上線率和進入重點學校的比例上，造成學生潛意識中認為實驗無非是“應考”，由于認識偏差加之物理實驗基礎太差，多數(shù)學生進入師專后對物理實驗總是消極應付，普遍認為基礎物理實驗簡單，甚至認為即使有一天真正需要進行實驗教學：只要有儀器設備，照著書就做了，不會有什么問題。師范生具有這樣的認識、理念，也就必然會造成“惡性循環(huán)”，筆者認為這是西部少數(shù)民族貧困地區(qū)基礎物理教育教學質量難于提高的根本原因之一。
眾所周知，師范院校是教育大業(yè)的工作母機。要真正改變物理教學特別是實驗教學的現(xiàn)狀，提高西部少數(shù)民族貧困地區(qū)的基礎物理實驗綜合水平，實現(xiàn)跨越式提升；盡早縮短與發(fā)達地區(qū)的差距；使“東”“西”部地區(qū)的教育事業(yè)得到平衡發(fā)展，顯然必須從“源頭”上下工夫，也就是要從師范院校做起。不徹底改變高師院校學生對基礎物理實驗教學的認識，不改進對他們的訓練措施，不真正提升他們的實驗綜合素質，所有的愿望都只能是空中樓閣，現(xiàn)狀就不可能得到改善。
筆者在教學實踐中長期關注這個問題，逐步探索出一套比較有效的方法，使大多數(shù)學生能在較短時期內轉變觀念，深入學習、實踐。具體方法是對“基礎物理實驗教學研究”這門課程作具有“地方特色”的改革。本文僅就針對具有地域性和生源特色的教學對象的實施方案、步驟及具體做法作一總結，以求獲得專家、同行不吝賜教。
1第一步：“刺痛”學生促其改變觀念
在正式學習本課程之前，用問卷方式了解學生在中學做過哪些實驗，隨機測試他們使用基礎物理實驗中常用儀器、工具的能力，在對學生的實驗素質作初步了解的基礎上，精心設計“陷阱”為難學生，讓他們真正感受到中學物理實驗不容易做好，更不容易教好，必須下工夫學習、鉆研。
具體做法是有針對性地安排幾個實驗，讓學生按照說明書或中學教參獨立完成。例如：
按說明書安裝物理天平；按初中教材要求完成晶體熔化過程中溫度保持不變的實驗（如海波的熔化過程）；汽化過程；測透鏡焦距；用千分尺測微小長度；按照初中教材連接電路；按不同要求組裝滑輪組；起電；用一根繩演示橫波。在實際教學中所有學生都出現(xiàn)這樣那樣的問題。如：未將物理天平調水平就開始安裝，缺乏保護“刀口”、“指針”的意識，不知道吊耳要掛在橫梁的刀口上；使用千分尺把棘輪擰得咔咔直響；對光學元件缺乏基本的保護意識，不管是否光學面隨手就拿，發(fā)現(xiàn)有污漬要么用嘴吹，要么在衣服上蹭一下；電路連接不規(guī)范，不會正確使用滑動變阻器。一些實驗如海波熔化和橫波演示實驗等沒有學生能夠完成。
教師根據(jù)對學生實驗情況的記錄，一一進行點評，并用一些資料、圖片展示發(fā)達地區(qū)中學物理實驗的教學情況和創(chuàng)新成果。讓學生明白：現(xiàn)代人的科研、工程、生活等方方面面離不開常規(guī)的基本儀器儀表，正確使用它們是現(xiàn)代人的基本素質。中小學教師應該在這方面具備扎實的基本功，必須熟悉常見儀器的性能、構造，熟練掌握儀器的使用方法和禁忌事項。通過這一步教學，大多數(shù)學生對基礎物理實驗課程的認識和態(tài)度都有了不同程度的改變。
2第二步：明確學習目標，理清課程線索
在上一步“準備工作”的基礎上，教師用兩個課時從理論的角度較系統(tǒng)地對本門課程的目的、任務、所涉及的內容和要求作概述。幫助學生明確學習這門課是為了掌握適應基礎教育改革和發(fā)展所需要的、從事中學物理教學所必需的物理實驗與研究的基礎知識、基本理論、科學方法和基本技能；在學習過程中要加強準教師的實驗技能和實驗教學技能訓練；要認識到實驗教學在人才培養(yǎng)中的作用；研究物理實驗教學的幾種基本形式，即：演示實驗、學生分組實驗、邊教邊實驗、課外實驗與制作。理清本門課程的學習線索。
3第三步：用傳統(tǒng)實驗設備訓練學生基本實驗能力
3．1利用庫存量大和報廢設備訓練學生拆裝能力
在學生經(jīng)歷了“錯誤”的挫折后，可安排四個課時由教師導引，讓學生認識常用的物理實驗基本儀器的型號、常見符號標志，構造原理、安裝和調試、使用方法和注意事項，利用報廢的器材訓練學生拆、組裝能力，加深對器材的感知。通過這一個環(huán)節(jié)，學生能夠較全面地了解中學物理常用的幾十種儀器、工具，培養(yǎng)了學生正確使用基礎物理實驗中常用儀器設備的能力，抓牢傳統(tǒng)實驗中基本功的訓練；并特別注意把握“師范”這條主線，將師范生必須掌握的演示實驗教學的基本要求、教學策略和技巧，以及學生分組實驗的基本特征與基本要求等貫穿始終。一般安排十八個課時左右用傳統(tǒng)設備和方法完成的實驗，實驗內容既要兼顧傳統(tǒng)、經(jīng)典、里程碑性質的實驗，同時又要考慮加強基本的、常用的儀表工具的操作訓練。如：測幾種物質密度；用幾種量具測長度；演示滑動摩擦力；演示探究浮力、液體壓強；演示光的反射、折射、平面鏡成像、透鏡成像；滑輪、滑輪組、機械效率；演示海波熔化過程；測物質的比熱；串并聯(lián)電路及小燈泡功率的測定；演示機械能轉化與守恒；安裝直流電動機模型；用示波器觀察不同聲音的波形；打點計時器的使用等。
實驗過程中教師可隨機要求學生演示某儀表的使用或簡述某實驗的關鍵點；實驗結束前通常留十分鐘左右隨機抽查，讓學生就一二種儀器或工具的構造、使用方法或注意事項作簡要說明，教師作補充更正。
本步驟旨在強化傳統(tǒng)的實驗方法和手段的訓練，將其作為本門課程的教學重點之一，以彌補中學物理實驗底子太薄的先天不足。經(jīng)過反復訓練，教會學生正確使用基本儀器、儀表、工具，培養(yǎng)他們眼、耳、鼻多種觀察能力，養(yǎng)成勤于動手動腦的習慣，簡潔準確地記錄數(shù)據(jù)并能用公式、圖象等方法處理數(shù)據(jù)，能對數(shù)據(jù)求平均值、求最大值、求最小值、計算不確定度，并作出完整的實驗報告。在學習訓練的過程中始終圍繞“作為未來的教師將來如何開展教學”這一主線，要求他們從中學教師的角度對所做實驗進行分析，探討教學方法，提出自己觀點。
4、第四步，用數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗設備使學生感受實驗教學的時代性與先進性
為使學生切身感受具有時代性與先進性的教學理念，并對當前應用越來越廣的數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗設備特點有所認識和了解，首先讓學生了解數(shù)字化實驗設備（DIS）的概貌：一般由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機、“實驗包”及相關數(shù)據(jù)處理軟件等構成；“智能化”的數(shù)據(jù)采集器自動把整個實驗過程中物理量的變化通過高采樣率完整的記錄下來，存儲在數(shù)據(jù)文件中；數(shù)據(jù)采集器提供了反饋輸出，可以通過附加一些器材，通過回控使得整個實驗的操作過程實現(xiàn)自動化。然后介紹各種傳感器的使用方法和注意事項。
接下來通常安排十個左右的學時讓學生使用“SID”實驗設備做8—12個實驗。在熟悉各種傳感器的使用方法和功能，熟悉相關軟件的正確使用的基礎上，選6—8個實驗與傳統(tǒng)做法作出詳細比較，寫出分析報告，特別要求指出各自的優(yōu)勢和劣勢。在此過程中教師根據(jù)不同實驗引導學生逐步認識數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗設備顯著的優(yōu)點：實驗過程“可視化”、實驗設計“重點化”、數(shù)據(jù)采集“智能化”、數(shù)據(jù)處理“智能化”、教學過程“現(xiàn)代化”；而其缺陷與不足是形成對電腦的過分依賴，操作者缺乏基本技能的訓練和對物理過程的深刻感知。
數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗設備的缺陷對西部貧困少數(shù)民族地區(qū)的學生而言也許更為明顯，但從發(fā)展的角度來看，它給未來的中小學教師打開了一扇窗，預留了進一步學習發(fā)展的“接口”。
5第五步：帶領學生改進實驗、自制教具，鼓勵學生開發(fā)創(chuàng)新
在讓學生了解設計、開發(fā)、制作教具、演示實驗儀器的程序的基礎上，教師采用一些老舊、殘損或做得十分粗糙簡陋但設計理念不失巧妙的儀器如：J2169動勢能演示器、J2147物體形變演示器、J2424楞次定律演示器、向心力實驗儀、碰撞實驗儀、液體表面張力演示器等，讓學生研究其原理、設計思路；鼓勵學生模仿、設法改進或另辟蹊徑；帶領他們結合教育實習或試講設計制作一些簡單實用的教具，能使他們受益終生。
通過長期的關注和近幾年的踐行、改進，以及畢業(yè)生反饋的信息，說明上述方案和措施是有成效、令人鼓舞的。由于觀念改變，大多數(shù)學生改變了對基礎物理實驗的漠然，他們積極主動地利用所在學校已有物理實驗設備教學，還有一些畢業(yè)生想方設法地自制教具、用具；特別是充分利用生活中常見物品演示物理現(xiàn)象和輔導中小學生開展青少年科技活動，取得不菲的成績。筆者希望高師院校攜起手來，不懈努力，早日使基礎物理實驗教育教學形成良性循環(huán)的喜人態(tài)勢。
參考文獻
1 張德啟,李新鄉(xiāng)等。物理實驗教學研究[M]。科學出版社2005,8。
2 杜英磊,趙永飛 基礎物理實驗課程體系和實驗內容改革的初步嘗試[J]。 物理實驗,1998-cqvip.com
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