微實驗應用實驗教學的效能分析

潘海龍 王風巍

【摘要】本研究采用對比實驗法，研究微實驗應用物理實驗課教學中，對學生在實驗理論學習、實驗操作、數據處理、學習效果四個方面的影響。數據分析表明：微實驗幫助學生提高了物理實驗理論學習的效率，對理解記憶性的內容有明顯提升;微實驗能夠培養學生觀察能力和動手操作的能力，但微實驗對學生實驗數據處理的運算提高不明顯;微實驗對學生的實驗學習效果有6%到68%的提高。

【關鍵詞】微實驗，物理教學，物理實驗，實驗能力，效能

1 ? 引言

社會學習理論認為[1]，人的多數行為是通過觀察別人的行為和行為的結果而習得的，依靠觀察學習可以迅速掌握大量的行為模式。經驗之塔理論[2]提出有效的學習之路應緣于具體經驗，美國視聽教育家戴爾認為，學生積累了一些具體經驗，并能夠理解真實事物的抽象表現形式，在這個基礎上，才能有效地參加更加抽象的教學活動。而視聽媒體相比語言、視覺符號更能為學生提供具體和易于理解的經驗，并能沖破時空的限制，彌補其他直接經驗方式之不足，視聽媒體應用教學有不可比擬的優越性。學習金字塔理論[3]也表明，學習者觀摩視聽媒體演示，3小時后保持率微90%，3天后保持率仍在75%，兩周還有30%學習保持率。

微實驗是一種實驗模式[4]，微實驗與微課程相結合也是一種新型教與學的資源。微實驗為學生提供可視化學習材料，能讓學生充分感知物理現象，能使物理抽象問題形象化，降低學生物理知識認知的難度，從而激發學生學習物理的興趣。微實驗可反復演示實驗現象、實驗操作過程，助力學生思維由感性認識上升到理性認識，提升學生物理思維的深度，從而提高學生學習的效率。微實驗對學生的觀察能力、實驗能力和創新思維能力也有很好的訓練和培養。高中物理實驗由于實驗器材不足、實驗現象受外界干擾大、體驗性不強、組織困難等，多數教師以講授代替了實驗操作。微實驗能很好得解決上述問題。

本次選定新課標人教版（2019版）物理必修1第二章第一節《探究速度隨時間的變化規律》的內容作為應用教學研究，本節課學習目標：（1）正確使用打點計時器;（2）使用紙帶測定勻變速直線運動的加速度和某時刻的瞬時速度;（3）用圖像法、列表法處理實驗數據。本節課所用儀器是打點計時器，它是高中力學實驗重要的實驗儀器;實驗數據處理方法是圖像法、列表法，它們也是高中力學實驗和電學實驗常用的數據處理方法。

本研究采用課題組錄制的微實驗學習材料，應用于理論學習、學生分組實驗兩環節，收集數據。分析微實驗對學生在實驗理論學習、實驗操作、數據處理、學習效果四方面的影響。本次研究選擇高一級同一老師所帶四個班進行對比實驗，在學習效果方面，同時把實驗班與高一級其他班月考測試成績對比分析。

2 ?實驗

2.1研究的方法

2.1.1被試對象

兩個本校班（高一7班50人，高一8班50人）入學班物理平均成績分別為24.6分和23分;兩個分校班（高一17班50人，高一18班50人）入學班物理平均成績分別為16.4分和17分。

實驗班：高一7班、高一17、高一18班;對比班：高一8班。

2.1.2實驗材料

課題組錄制的微實驗《探究速度隨時間的變化規律》、分組實驗儀器（實驗室）、檢測試卷（2份）、分組實驗觀察表、月考成績、好分數閱卷系統。

2.1.3實驗程序

實驗過程包括三個階段：理論學習階段、分組實驗階段和課后檢測階段。

理論學習階段：1課時，實驗班觀看微實驗學習材料，然后使用教材和導學案自主預習;對比班僅使用教材和導學案自主預習。當堂后15分鐘完成預習檢測試卷。檢測試卷從五個維度考查學生的實驗理論學習效果，分別是實驗原理、實驗儀器、實驗步驟、注意事項、使用打點計時器。預習測評的目的是檢測微實驗對學生實驗理論學習和瞬時記憶的影響程度。

分組實驗階段：1課時，從時間層面設定五個維度考查學生的實驗能力，分別是儀器組裝、實驗操作、數據測量、數據處理、繪制v-t圖像。教師介紹實驗儀器使用，示范儀器組裝和實驗操作過程，說明實驗數據處理的方法，用時10分鐘。隨后學生分組實驗，教師巡回指導并每隔5分鐘統計學生依次在各維度的完成小組數，目的是檢驗微實驗對學生的實驗操作和實驗效率影響程度。

課后檢測階段：檢測1：分組實驗1天后，學生完成一份檢測試卷，用時25分鐘，教師閱卷并統計每道題的得分;檢測2：7天后月考測試，通過好分數閱卷系統統計成績。目的是檢測微實驗對學生的實驗理論學習和實驗技能的養成影響程度。

2.2 ?結果分析

2.2.1 理論學習階段

由圖1可看出，在本校班之間，理論學習效果實驗班優于對比班，對實驗步驟維度的掌握，實驗班高于對比班163%，在分校班之間，理論學習效果兩實驗班基本持平。在本校對比班和分校實驗班之間，本校對比班入學班物理平均成績為23分，分校實驗班入學班物理平均成績為16.4分，兩班差距約在28%間。在理論學習效果上，使原有差距的分校實驗班反而超越了本校對比班，對實驗步驟維度的理解記憶，分校實驗班高于本校對比班124%。在本校實驗班和分校實驗班之間，本校實驗班入學班物理平均成績為24.6分，分校實驗班入學班物理平均成績為16.4分，兩班差距約在33%間。在理論學習效果上，使原有差距的分校實驗班和本校實驗班也達到同一層次的學習效果。說明微實驗對學生實驗理論的學習幫助明顯。

2.2.2 分組實驗階段

由圖2可看出，在實驗儀器組裝和實驗操作兩維度上，限定時間內，學生完成小組數實驗班高于對比班，分校實驗班與本校實驗班完成小組數相同。說明微實驗為學生提供具體的實驗操作演示，培養學生觀察的實驗能力，訓練了學生動手操作的實驗能力。數據測量和數據處理兩維度對學生有難度，在兩倍限定的時間內，兩維度的學生完成小組數相對較少，本校實驗班7組，本校對比班5組，分校實驗班5組，原有差距的分校實驗班與本校對比班完成小組數相同，微實驗對學生數據測量和數據處理兩維度也產生了正向影響。由于課堂時間限制，當堂沒能繪制出v-t圖像。

2.2.3課后檢測階段

課后檢測1：

課后被試對象都學習微實驗2遍。由圖3可看出，實驗班和對比班學生反復學習微實驗后，最終學習效果基本持平，與學生入學成績呈正相關。但本校班和分校班間的差距縮小，數據處理方面差距縮小為11%，數據計算方面差距縮小為17%。

月考檢測2：

月考成績數據來自好分數閱卷系統。由圖4可看出，使用微實驗學習的4個實驗班，在本次月考檢測中物理成績相對較高。由圖5可看出，在本校班（高一2班至高一15班）之間，月考試卷物理實驗題得分率，實驗班明顯高于其他班，有6%—68%的差距;在分校班（高一16班至高一20班）之間，月考試卷物理實驗題得分率，實驗班處于前列。表明微實驗對學生實驗學習效果影響明顯。整體來看，微實驗對學習力較強學生的實驗素養產生的影響更顯著。

3 ?討論

微實驗應用物理實驗教學中，為學生提供具體的經驗，彌補學生直接經驗之不足，幫助學生更好的掌握實驗理論，促進教學效果的提升。結果分析中表明，在理論學習方面，實驗班優于對比班，使原有差距的分校實驗班與本校實驗班也達到相同的學習效果，可以肯定微實驗能輔助學生對實驗理論的預習，加深學生對物理實驗原理的理解和記憶，這點符合學習金字塔理論。在實驗操作方面，實驗班也優于對比班，使原有差距的分校實驗班與本校實驗班也達到同樣的操作技能水準，可以肯定微實驗能夠幫助學生正確使用實驗儀器，能夠培養學生觀察實驗能力和動手操作實驗能力。在數據處理方面，本校實驗班和對比班基本一樣，分校班低于本校班，微實驗對學生數據處理的運算能力影響不明顯，此方面與學生入學成績呈正相關。在學習效果方面，兩次檢測結果都表明，實驗班高于對比班，分校班與本校班間差距縮小，說明微實驗提升了學生的實驗學習效果，對學習力較強學生的實驗學習影響更顯著。同時微實驗減輕教師重復工作的負擔，提高了教學的效率[5]。

4 ? 結論

在本研究下，得出以下結果：（1）微實驗對學生實驗理論的學習影響明顯，微實驗提高了學生物理實驗預習的效果，對理解記憶性的內容提升明顯。（2）微實驗能夠培養學生實驗操作技能，反復學習，能提升學生實驗學習效果。（3）微實驗對學生數據處理的運算方面影響不明顯，還有待進一步研究。

參考文獻

[1]學習心理學/韋洪濤.2011.

[2]經驗之塔理論.網絡360百科

[3]學習金字塔理論.網絡百科

[4] 姚峰超，孟現美.新課程下微實驗的開發與實例[J].物理實驗.2016，（6）：40-43.

[5]崔慶國.微視頻在物理教學中的運用探究[J].新課程導學.2015，（11）：11.

甘肅省教育科學‘十三五’規劃2020年度《“互聯網+”背景下物理微實驗開發與應用研究》課題（課題批準號：GS（2020）GHB3017）

課題負責人：潘海龍，2001年畢業于甘肅省西北師范大學，物理教育專業，從事高中物理一線教學20年，多次獲市級優質課獎，參與縣級課題《高中物理實驗開發與創新研究》，主持縣級課題《微實驗在突破物理認識性難點中的實效性研究》。