基于數字化的高師中學物理實驗研究

魏明，王平瑞，宋景萍，楊敏

（貴州師范學院物理與電子科學學院,貴州貴陽 550018）

基于數字化的高師中學物理實驗研究

魏明，王平瑞，宋景萍，楊敏

（貴州師范學院物理與電子科學學院,貴州貴陽 550018）

本文采用調查研究的方法，以高師院校物理實驗教師和學生以及高中物理教師與學生為研究對象，對高師院校中學物理數字化實驗教學現狀進行了深入調查，研究得出：學生親身探究物理理數字化實驗的機會較少；教師與學生的物理數字化實驗技能缺乏；學校物理數字化實驗設備不足，有待進一步完善。并且根據調查研究的結論，提出了相應的建議

物理實驗；數字化；建議

1 引言

物理學是一門以實驗為基礎的學科，在物理學規律的發現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，它既是物理教學的重要基礎，也是物理教學的的重要內容、方法和手段，在物理教學中有著重要的意義和作用。中學物理實驗作為高師院校物理學專業的一門必修課程,對培養作為未來教師的師范生的科學探究能力和實驗教學能力具有十分重要的作用。當前，在新一輪的基礎教育改革中，實驗改革的力度尤為突出，《普通高中物理實驗課程標準》把“科學探究及物理實驗能力要求”和“共同必修模塊”、“選修模塊”并列，作為內容標準的三大部分，對信息技術尤其是基于傳感器的數字化實驗與課程整合提出了明確目標[1][2]。要求信息技術要進入物理實驗室，諸如通過計算機實時測量、處理實驗數據，分析實驗結果等等。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字化實驗，要求教學必須實現基于傳感器和計算機技術的數字化新型教學模式。

數字化實驗系統是一種用于實時采集數據的智能化系統，它主要由傳感器、數據采集器、計算機及配套軟件構成。與傳統的實驗儀器相比，數字化實驗系統能動態地呈現物理現象，便于學生分析理解動態變化的物理過程，同時也能采集瞬間的現象，便于對瞬態過程的把握[3]。將數字化實驗用于中學物理實驗教學中，是對傳統物理實驗的重要補充，是實現創新物理實驗教學的嘗試。

2 研究對象與方法

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

調查問卷根據《普通高中物理新課程標準》對實驗的要求和高師中學物理實驗的教學大綱進行設計，調查問題嚴格按照教育與心理測量學關于卷編制的方法完成的[4][5]。主要針對（1）學生對中學物理數字化實驗認知情況；（2）教師對中學物理數字化實驗的認知情況；（3）高師院校中學物理數字化實驗室建設情況等三個方面進行調查和訪談。此次調查發放調查問卷365份，回收350份，有效率95%并對調查結果采用E X CEL進行統計分析。

2 研究結果與分析

2.1 學生對中學物理數字化實驗的認知情況

2.1.1 學生對中學物理數字化實驗的興趣程度

關于“學生對中學物理實驗的興趣程度”的調查，數據分析結果如表1所示：

表1 學生對中學物理數字化實驗的興趣程度

從表1可以看出，在學生對中學物理數字化實驗的興趣程度方面，有78.8%的高一學生選擇“非常喜歡”與“比較喜歡”；有63.7%的高二學生選擇“比較喜歡”與“比較喜歡”；有77.9%的大三學生選擇了“非常喜歡”與“比較喜歡”；有87.8%的大四學生選擇了“非常喜歡”與“比較喜歡”。可見無論是高中生還是高師生都對中學物理數字化實驗感興趣，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的師范生的數字化實驗技能提出了挑戰。此外，高師生也表現出了很強的興趣。因此，在高師院校開設中學物理數字化實驗是一種必然趨勢，也是教學改革的要求和方向。

2.1.2 學生的中學物理數字化實驗技能情況

關于“學生的中學物理數字化實驗技能情況”的調查，數據分析結果如表2所示：

表2 學生的中學物理數字化實驗技能情況

從表2可以看出，無論是高中學生還是高師學生，都對中學物理數字化實驗的掌握程度比較低，甚至有的學生完全沒有經歷過探究機會。尤其是一些偏遠中學的學生，由于受各種因素的影響，連傳統的中學物理實驗探究機會都很難親身體驗。就高師學生而言，條件較好的師范院校學生獲得了數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生的數字化實驗技能要欠缺得多,完全不能適應實驗改革的需要。因此，加強對從事教師職業的高師生的數字化實驗教能的培養十分緊迫。

2.2 教師對中學物理數字化實驗的認知情況

2.2.1 教師認為開設中學物理數字化實驗的必要性情況

關于“教師認為開設中學物理數字化實驗的必要性情況”的調查，數據分析結果如表3所示：

表3 教師認為開設中學物理數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，都認為有必要開設中學物理數字化實驗。另外，在我們的調查訪談中，絕大多數教師都認為傳統的中學物理實驗和數字化實驗各有優點，希望能在課堂教學中結合使用，充分發揮傳統實驗和數字化實驗的優點，培養學生的綜合能力和綜合素質。

2.2.2 教師掌握中學物理數字化實驗技能的情況

關于“教師掌握中學物理數字化實驗技能的情況”的調查，數據分析結果如表4所示：

表4 教師掌握中學物理數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，對中學物理數字化實驗的掌握程度都比較低，遠遠達不到基礎教育課程改革的需要，完全不能適應數字化實驗教學的要求。究其原因，一方面可能是受傳統教育的影響，認為實驗不是很重要只要學生能考高分就可以；另一方面可能是受課時量的限制，忽略了數字化實驗的開設。此外，我們調查訪談發現，絕大多數高師中學物理實驗教師和高師院校培養的高中物理教師都沒有經過專門的數字化實驗的訓練，即使有數字化實驗儀器也不會懂得操作。

2.2.3 教師指導學生操作中學物理數字化實驗的情況

關于“教師指導學生操作中學物理數字化實驗的情況”的調查，數據分析結果如表5所示：

表5 教師指導學生操作中學物理數字化實驗的情況

演示實驗，學生實驗和“做一做”欄目作為教材上的三個主要實驗類型，其調查結果直接反映了中學物理數字化實驗的開課情況。由表5可知，無論是在高中學校還是高師院校，中學物理數字化實驗的開設情況都很低，甚至有些學校和老師從來都沒開設過數字化實驗，學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的高中教師的中學物理數字化實驗試驗技能有待提高，才能有效地指導學生進行實驗探究。

2.3 高師院校對中學物理數字化實驗設備的配備情況

實驗儀器是物理實驗教學的載體和基本保證其配備情況直接影響物理實驗教學的實施。關于“高師院校對中學物理數字化實驗儀器的的配備情況”的調查，數據分析結果如表6所示：

表6 高師院校對中學物理數字化實驗設備的配備情況

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

3 結論與建議

3.1 研究結論

3.1.1 學生親身探究中學物理數字化實驗的機會較少，實驗技能缺乏

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

3.1.2 教師的物理數字化實驗技能缺乏

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

3.1.3中學物理數字化實驗設備不完善

物理實驗設備是開展物理實驗教學的保證，沒有配備完整的實驗儀器，實驗教學很難有效開展。目前，受各種因素的影響，尤其是經濟條件的影響，很多高師院校沒有專門的中學物理數字化實驗室、實驗儀器設備嚴重缺乏，所有的中學物理實驗教學還沿用以前的傳統中學物理實驗設備，導致教材上許多數字化實驗做不了，許多物理實驗的教學效果不理想。

3.2 研究建議

3.2.1 轉變教師教學觀念，提高實驗教學技能

物理教學必須以實驗為載體，離開了物理實驗，學生很難建立起物理概念和物理規律。教師作為實驗教學的執行者，首先應該提高教師對實驗教學地位的認識，正確認識到物理實驗不僅是一種教學方法或手段，而是一種重要的教學指導思想，在高師中學物理實驗教學中，不僅要重視“知識與技能”的培養，還應該結合“過程與方法”、“情感、態度與價值觀”，只有三個方面的有效結合，才能體現新課程的價值追求。

3.2.2 充分發揮學生主體，積極鼓勵學生探究

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

加大實驗投入，完善實驗設備

高師院校作為培養教師的搖籃，肩負著為基礎教育培養物理教師的重要責任。為了提高物理教師的培養質量，高師院校必須加強實驗投入，根據基礎教育課程改革和教學需要，不斷完善中學物理數字化實驗設備，保證未來從事教師職業的高師生能有效地掌握實驗技能，為將來從事物理教學打下基礎。

3.2.3 改革中學物理實驗大綱，調整課程計劃

高師院校的教學大綱要及時改革變新，緊跟時代步伐，及時根據基礎教育課程改革的需要，調整課程計劃，改革傳統的中學物理實驗大綱，增加數字化實驗項目。另外，為了加強對未來從事教師職業的高師生物理數字化實驗的技能培養，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，為進入中學物理實驗教學打下堅實的基礎。

[1]廖伯琴.中學物理課程改革的目標與實施[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準（實驗）[S]．北京：人民教育出版社，2003．[3]孫立萍，劉敏華.數字化實驗系統在物理實驗教學中的運用[J].中學物理，2012，（7）.

[4]陳國鵬.心理測驗與常用量表[M].上海：上海科學普及出版社，2005.

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

[6]張偉，郭玉英．論“非常規”物理實驗的教學地位[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

責任編輯：張隆輝

2013-04-11

2012年貴州省高等學校教學內容和課程體系改革培育項目——高師物理學專業課程體系改革與應用型人才培養模式研究（黔教高發[2012]426）。

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