中学物理实验教学与设计研究.ppt

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1、中学物理实验教学与设计研究,北京师范大学物理系 李春密,第一部分 中学物理实验教学研究一 物理实验在物理学发展的作用1、发现新事物和探索新规律。2、验证理论。3、测定常数。4、推广应用。,二 物理实验与物理教学科学实验与教学实验的比较,（一）物理实验在教学中的地位1、实验是物理教学的重要基础2、实验是物理教学的重要内容3、实验是物理教学的重要方法。4、实验是物理教学的重要手段。,(二)物理实验在物理教学中的作用1、培养学生的兴趣和激发学生的求知欲。2、创设学生有效掌握知识的学习环境。3、训练学生的科学方法。4、培养学生的各种能力。5、培养学生良好的科学素质。,三 实验原理（一）分析原理是研究实

2、验的基本方法1、明确实验的目的、内容和要求；2、认真研究实验原理，对定量或半定量实验，需要分析实验的误差原因及其影响程度；3、确定实验关键；4、对实验装置、器材和实验条件提出要求并进行选择5、明确操作要点和注意事项。,（二）实验原理的科学性和可行性1、原理的正确性2、原理的确切性3、原理的可行性,四 实验方法和实验方案1、实验归纳法 这是一种由个别到一般的认识方法。其特点是，实验在前，结论在后，实验就是探索规律的主要手段。这种实验人们常称为探索性实验。2、实验验证法 这是一种推理、判断在前，实验验证在后的研究方法（即演绎法）。实验验证法是与想象、推理、判断等思维形式紧密结合起来的方法，是人们的

3、认识能力充分发展的表现。3、理想实验的方法 理想实验是人们头脑中想象的实验，是一种思维活动，是在已有实践的基础上，经过推论、判断得出理想条件下的物理规律的方法。,4、实验方法和实验方案的选择原则仪器装置简单明了，易于搭配和制作。现象清晰，效果明显，易于操作，安全可靠，重复性好。紧密结合课堂教学。学生容易接受。,五 实验装置和实验器材1、分析仪器的结构和掌握仪器的工作原理2、了解仪器的技术参数和一般用途3、了解仪器的调整方法和与分析其作用和原理4、分析仪器的结构原理与改进和自制仪器,六、计算机在中学物理实验教学中的应用（一）、用计算机处理数据（二）、计算机模拟物理实验 1课堂演示，强化学生的直观

4、感觉 2建立物理模型 3展现宏观或微观世界 4显示实验的中间过程 5代替危险性较大的实验演示,（三）用计算机采集处理数据1、工作原理,2、断电自感的采样实例,图2 断电自感实验电路,图4,图 3,图5,3、通电自感现象实验的讨论,图10,图9,4、用力传感器研究瞬时力的问题,实验一、测量最大静摩擦力和最大静摩擦系数,实验二、冲量实验,第二部分 中学物理实验教学设计研究一、物理实验设计的概念1物理实验设计 物理实验设计是指实验者(包括学生和老师)在进行物理实验之前，根据一定的物理实验目的和要求，并根据实验者已有的经验，运用有关的物理知识和技能，对物理实验的仪器、装置、探究步骤和方法、实验结果所进

5、行的一种规划和设想，它包含着对有关物理知识和实验技能的掌握与综合运用。物理实验设计是物理实验教学中的重要组成部分，它对物理实验教学的成败起着关键的作用。,2探究性实验 探究性实验是指在未知结果的情境中，在教师引导和配合下，学生独自围绕自己感兴趣的某个问题通过实验设计、实验操作、分析综合、得出结论并对结果进行交流的一种实验形式。探究性实验是以科学地简缩人类认识历程和突出所要解决问题为主要特征的前提下，适当减缓学生主动探索事物的认识坡度，去进行能动认识的学习过程。3验证性实验 验证性实验是指在已知结果的情景中设计实验方案进行操作的过程，实验者的任务是严格按照实验条件，安排实验步骤，按要求进行操作，

6、以求得预想中的实验结果的一种实验形式。在实验操作过程中实验者可以掌握操作要领，获得实验的一些基本技能。验证性实验因其封闭性、严谨性的特点在培养学生基本技能方面，有不可忽视的作用。,二、物理实验设计的功能1激发学生的物理学习兴趣2培养创新精神和实践能力3培养学生的科学态度和科学方法4培养团结协作精神,三、物理实验设计类型1根据实验所追求的精确性划分 定性实验设计主要用于判断研究对象具有的性质，是定量实验研究的基础，同时也保证了定量研究的方向，它物理实验教学中是常用的一类物理实验设计。定量实验设计则主要从量的角度研究物理对象的性质以及变量之间的数量关系，测量是物理定量实验研究的基本手段和方法2根据

7、实验教学的目的划分 掌握仪器、器材的实验：有意识地让学生了解所用仪器、器材的性能和使用方法 熟悉实验原理、巩固知识的实验：主要是加深学生对所学物理概念和原理的理解 掌握实验方法的实验：主要使学生的掌握实验的方法 训练技能的实验：主要训练学生的实际操作能力并掌握一定的实验技能和方法3根据所涉物理知识的获得方式划分 验证型实验 探究型实验,四、物理实验设计的要素1实验目的 要有效进行物理实验设计，首先要考虑的问题就是实验目的。因为它直接决定着实验设计的方法、思想和形式。实验的目的包括广义的目的和狭义的目的两个方面。广义的讲实验目的包括知识与技能，过程与方法和情感、态度价值观三个方面。狭义的实验的目

8、的指的是某个物理概念或原理的理解，某种实验方法的掌握或某项操作技能的熟练程度。2实验原理与内容3实验器材和实验条件,五、验证性实验设计模式1物理验证性实验设计策略 实验者在设计验证性实验时，一般要从如下的程序去认真思考，并设计好实验方案：首先，要明确这一实验要验证的物理规律的内容（即要验证哪几个物理量间的关系）和这个规律的成立条件。其次，要弄清为此目的而设计的实验需要哪些仪器和器材，并弄清每件仪器的原理、作用和使用方法以及为什么这样设计才可以达到实验目的。再次，弄清实验方法和步骤。如需要先后测量哪些物理量，如何观察、测量、读数和记录，并设计好实验记录表格。第四，弄清如何分析、处理实验数据，如何

9、根据实验数据描绘图像，并对实验现象、数据和图像进行进一步的分析，得出结论，验证规律。第五，必要时还要分析这个实验是否有局限性。,2验证性实验设计模式 验证性实验是在给定一定物理理论或结果的情况下，根据一定实验理论设计相应的物理实验来检验物理理论等。,图1 物理验证性实验设计模式,六、探究性实验设计模式1探究性实验设计的策略 进行探究性实验的设计，首先要求实验者要从实验课题出发，对所探索的问题进行“科学猜想”，并从“科学猜想”和实验原理入手，运用已有的知识和实验技能设计实验方案；注意弄明白实验原理，弄清需要先后测量哪些物理量及其所依据的原理；由学生根据数据或图像的分析自己去总结，寻找规律，从而检

10、验“猜想”的正确性，如查实验结果跟原先的“猜想”不一致，则应否定原先的“猜想”，再进行新的“猜想”，重新设计新的实验方案，并进行实验来检验。让学生进行探究性实验设计的主要目的在于训练他们逐步学会研究物理问题的实验方法，在培养、提高他们用实验方法研究物理问题能力的同时，发展学生的多元智能，形成对科学好奇和热爱的情感。因此，对于研究多个物理量之间变化规律的探究性实验（也包括处理多个物理量之间变化规律的验证性实验），常采用“控制条件”的实验方法来处理。即实验时可以在保持其它条件不变的情况下，控制一个条件来考察这个条件变化时所产生的结果。这样可以使实验条件得以简化，用改变一个量而使另一个量随之变化的办

11、法来测出二者之间的定量关系；在此基础上再通过综合、概括、总结，导出规律。,2探究性实验设计的模式 探究性实验设计是对结果未知的实验根据假设来安排实验方案的一种实验设计形式。根据理论研究和对原则策略的讨论，其设计的过程可形象地表示为下图的形式。,图2 物理探究实验设计教学模式,第三部分 中学物理疑难实验研究,一、运动和力的实验研究（一）、运动规律的实验研究1、运动规律实验研究的基本问题和主要困难 联系着时间和空间的测量就是运动规律实验研究的基本问题。2、运动规律实验研究的基本方法（1）按时定位 根据事先设定的时间信息来记录运动物体空间位置的实验方法。（2）按位定时 在运动物体必经的路径上事先确定

12、出计时点并测得它们的空间位置，根据物体经过这些点的时刻来研究其运动的实验方法。（3）时位同定 在记录时间的同时记录运动体空间位置的实验方法。,（二）瞬时速度教学的困难及其实验研究1、瞬时速度教学的困难及其原因分析2、用平均速度近似代替瞬时速度的测量方法及其教学应用研究3、用测量匀速运动的速度来测量瞬时速度的实验方法分析研究,（三）、力的演示与测量实验研究 1微小形变的显示 2摩擦力方向的实验演示（四）、运动与力关系的实验研究（五）、抛物体留迹问题研究,三、机械振动和机械波疑难实验分析与实验方法的改进(一)、简谐运动图像的演示(二)、机械波的演示1、绳中横波的演示2、纵波的演示,四、流体力学疑难实验研究（一）浮力产生原因的实验研究（二）压强的演示,五、热学疑难实验研究(一)、晶体的熔化与凝固实验 1、实验过程及影响实验成败因素的分析 2、实验改进的思路（1）改善导热，减小熔质内部的温度梯度 a.加强搅拌 b.在熔质中掺入碎金属丝 c.缓慢加热 d.用辐射法加热（2）熔质的选择（3）关于实验的一点讨论(二)、固体热胀冷缩的实验演示,六、静电演示实验疑难再探（一）静电的特点及其所导致的漏电问题（二）摩擦起电的机理和方法（三）静电电荷转移释疑,谢谢,