初中物理教师实验技能的现状与建议

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  为推进实验教学,提高初中物理学科教师的实验技能和教学素质,培养和形成学科骨干队伍,2012年12月上旬,盐城市盐都区成功举办了初中物理教师实验技能大赛,有40名教师参加了本次比赛。
  比赛分两轮:第一轮为笔试,包括实验方法、试题分析、教学设计等;第二轮为实验操作,在规定时间内完成力学、热学、光学、电学四个实验。从比赛过程和结果来看,大部分参赛教师都具备了较高的实验理论素养和实验操作技能。本次活动检验了我区物理教师的实验教学水平,涌现出一批实验教学一线的骨干和能手,锻炼了实验教师队伍,对我区物理教师队伍建设、提高教学效益起到了积极的推动作用。但通过比赛也发现了一些共性问题,值得重视。
  1主要问题
  1.1实验意识不强
  物理学是一门以实验为基础的科学。物理实验无疑是物理教学最重要的资源,应作为物理教学中的重要组成部分,对培养学生的科学素养具有重要的意义。新课程倡导让学生成为课堂的主体,而实验无疑是落实物理课堂学生主体地位的最好体现。本次大赛对老师的实验意识进行了考查。
  例如笔试第3题:将筷子竖直插入装水的玻璃杯内,从俯视图中的P点沿水平方向看到的应该是下面哪个图中的情形?
  这道题错误特别多,其实书后习题(苏科版八上物理教材P93页第4题)也有类似实验,主要考查老师平时有没有关注过,亲自做一下,根据观察到的现象很容易思考出选D答案的道理。
  第12题:假如由于某些原因造成课前准备不足,实验器材未能到位,你将如何设计学生活动完成《摩擦力》一节课的教学?写出设计思路与主要教学流程。
  本题主要考查老师常态课教学中有没有让学生利用身边物品进行实验和活动的意识。事实上,无论是体验摩擦力的存在还是探究滑动摩擦力的影响因素,都可利用学生的课桌、文具盒、笔芯、纸张、橡皮筋等完成。有一部分选手认为在器材准备不足的情况下可采取举例的方法或采用多媒体课件来完成教学,由此可看出这部分选手的实验意识不强,或者没有让学生亲自动手做实验的习惯,平时教学也基本靠讲或演示为主。
  1.2自制教具意识有待提高
  随着我区教育现代化和优质均衡示范区的创建,我区实验室的条件也大为改善。但不少实验器材数量仍然不足,有些实验器材的效果还有待改进,这些都需要老师有自制教具的意识。
  第8题:在放大镜中画出观察到的实验室钢锯锯条的锯齿示意图。
  这道题的错误也较多,锯齿应该是倾斜的。教师如果经常自制教具,应该会用到它。(如制作“探究光的反射定律”装置)
  1.3理论联系实际的能力不强
  比赛中发现,不少选手对物理知识或实验技能的掌握还停留在较低的层次上,运用物理知识解决实际问题的能力有待提高。
  例如笔试的第1题:实验室有一只未做标注的凸透镜,如何估测它的焦距?请你写出三种方法。
  大部分选手只能写出两种方法:平行光聚焦法和成等大实像法,最实用的远处物体成像法却很少有人用。苏科版八上物理教材P90页第4题提示非常明确:若物体距离透镜足够远时,所成的像与透镜间的距离就近似等于透镜的焦距。说明平时的教学中教师在处理教材习题时根本没有做过此实验,实际上无论是教师在课堂上演示,还是学生自己在家里做实验,有一个放大镜就够了,效果非常明显。
  第4题:如图3所示,在粗糙水平表面上的一物体作匀速直线运动,要通过测量从而求出物体与粗糙表面相互作用后增加的内能,应选取的器材为
  A。温度计、秒表B。弹簧测力计、刻度尺
  C。量筒、烧杯D。天平、刻度尺
  本题考查“转换法”在实验中的运用。虽然功能关系在初中阶段要求不高,但作为教师,至少应知道系统增加的内能等于所做的机械功。有不少答案选A,温度计能测出系统升高的温度吗?即使能测出,增加的内能又如何测量呢?
  再如技能操作部分的力学实验:用托盘天平、烧杯(两个)、适量的水、玻璃棒、量筒、食盐测量一粒花生米的密度。
  这个实验曾作为中考题出现过。正确思路应该是先配制适当浓度的盐水让花生米在其中悬浮,然后用天平和量筒测量盐水的密度。但事实是有近百分之二十(由于相互可参考,故实际人数可能还不止)的老师居然想不到这个思路,仍然用常规测固体密度的方法去测,结果只能是胡乱杜撰数据了事。
  在观察水的沸腾实验操作中,由于在10分钟时间内很难将水加热到沸腾,故应设法缩短加热时间,平时考试中也经常强调要通过减少水量,加盖子减少散热等措施来缩短时间,但在大赛中却很少发现有选手用桌面上提供的一张纸做盖子。
  1.4基本操作技能不够熟练
  观察水的沸腾实验中,不少选手在组装器材时不注意顺序(应先摆放酒精灯再确定烧杯位置),温度计的摆放不是过高就是过低,酒精灯的位置没有正对烧杯底部,甚至有两名选手在忙乱中还摔坏了烧杯。“研究小灯泡的伏安特性”的实验中,不少选手手忙脚乱中往往会出现一些低级错误:导线连接不规范、开关未断开、变阻器阻值不是最大,尤其是变阻器滑片与电阻丝接触不良导致电表示数不稳定,以至于最后的数据有明显错误。
  1.5实验创新能力不足
  在“测花生米的密度”实验中,配制合适浓度的盐水是实验能否成功的关键,大部分选手将花生米放入水中,不断加盐,盐加多了又加水,始终不能使花生米悬浮在盐水中;桌面上明明有小烧杯,偏偏用大烧杯,既增加难度,又浪费盐;这个实验真正做到花生悬浮在水中的没有几个老师。事实上,将花生米放入水中时,如果注意观察,会发现花生米已经接近悬浮,说明花生的密度只是比水略大,因此只需加少量食盐即可。
  1.6实验记录不能实事求是
  在观察水沸腾的实验中,部分老师数据是临时编撰的,温度还没升高到90℃,90℃后面的数据就出来了。在“研究小灯泡的伏安特性”和“测花生米的密度”的实验中也存在同样的问题。那么,课堂教学中学生实事求是的科学精神如何培养?   1.7实验结束后的处理意识欠缺
  在“测花生米的密度”实验中,有部分选手测得的密度小于水,“研究小灯泡的伏安特性”的实验中,相当一部分选手画出的伏安曲线是一条直线,都违反了基本的常识,缺少及时回头检查评估的意识。此外,在笔试中让选手设计一个实验操作评价表,部分教师最后缺少整理器材一项;在实际操作中,4个实验也都有这样的情况,说明整理器材的习惯还未养成。
  2对今后物理实验教学的一些建议
  2.1进一步强化对实验教学重要性的认识
  实验教学是既是物理教学的重要手段,也是物理教学的重要内容,教师的实验技能是完成课堂实验教学,落实课程目标的必备条件和基本保证。要将实验教学作为推动物理课堂教学改革的一个重要手段。
  2011版新修订的义务教育物理课程标准对实验的要求加强了,规定了20个必做实验(7个基本操作类实验、4个测量性实验、11个探究性实验)。
  2.2努力提高教师的实验演示技能
  演示实验用于激发学生的兴趣和求知欲方面有较好的效果,故一般多用于导入环节或学生自主探究之前的环节,对于部分因为特殊原因无法分组进行的实验也只能进行教师演示。因此,在物理课堂教学中演示技能是物理教师的一项很重要的基本功。要重视演示技能的训练,不断提高演示水平。
  (1)操作要熟练
  做演示要给学生以榜样作用,动作要协调、流畅,显得很有把握性,如果笨手笨脚、手足无措,会给学生留下不良印象。作为教学演示,要特别讲究成功率,遇到偶发性问题时,要有应变和处理能力。因此,除了平时注意训练操作技能外,特别要在课前做好认真的准备。
  (2)要关切学生的注意力和参与性
  演示时,教师应当做到手到、眼到、嘴到,三者要协调配合。有的老师只顾自己埋头在那儿折腾,要求学生看的时候,却不能明示需要观察的部位,学生不知道看什么。特别强调的是:要善于引导学生的注意力,要让学生有足够的观察时间和思考反应时间。有些老师做演示,总让人有“匆匆赶路”的感觉,一晃而过,然后便是滔滔不绝地讲解。学生还不知道咋回事,还没有回过神来,演示就结束了,讲那么多又有什么用?此外,一些不复杂的演示也可交给学生上台完成,或师生共同完成,往往会收到更好的效果。
  (3)要讲究可见度和视觉效果
  演示实验是给学生看的,而且是给全体学生看的,因而器材的大小、演示时的位置高度、现象的明显程度等,都要有讲究。很多老师缺乏这种意识,由于位置过低或身体遮挡等因素影响观察的现象比较普遍。
  此外,教学中要有不断创新和自制教具的意识,不断积累和丰富实验室的实验资源。例如做光的反射实验时常用到激光器,但它发出的光路往往在光屏上显示不出来,怎么办?可在激光器的表面加一细的柱形玻璃(可由破碎的玻璃棒制成),使其发散。在《观察水的沸腾》的实验中,针对酒精灯火焰不强,用长7 cm~9 cm的细铜丝,对折弯成间距约4 mm~6 mm,插进普通酒精灯的灯芯里约1 cm,使灯芯里的酒精烫得汽化,以后便持续燃烧酒精蒸汽,火焰大大增强;在学习人眼看不见的光——红外线时,教师常用遥控器举例,但如果随手用手机摄像头(或实物展台)拍摄遥控器红外线,它就能看见,学生见了都很惊讶!
  2.3进一步提高随堂、分组实验在教学中的比例
  演示实验多用于设疑导入激发兴趣的教学环节或没有条件让学生完成的实验,而测量性或探究性实验应该尽量让学生分组完成。学生在自己亲自动手的实验中做的事情越多,他们的收获就越大。这是一个和“看教师做”,听“教师讲”,“顺教师思路想”的课堂过程有很大差别的学习过程。但事实上很多老师可能会更多地以演示实验代替学生分组实验。一来准备简单,演示实验只需准备一组器材,省时省心省力;二来好管理,可以避免乱糟糟的课堂纪律,便于发挥老师一个人的“表演”,完成教学任务得心应手。
  事实上,当下很多农村学校的班额都不大,30多人一个班,6人一组,5到6组器材也就够了,无论是到实验室还是将器材带到教室上都没有太大的工作量,因此要多给学生分组实验的机会。至于分组实验的效果需要通过教师加强实验前的引导和实验过程中的巡视指导来加以保证。
  在实验前引导时,尤其要注重科学方法的渗透和启发学生的思考。比如控制变量法、转换法、建立模型法、类比法、等效替代法、实验推理法等科学方法都是贯穿于每个物理实验中的。要让学生从中感悟并会在以后的实验中自觉地加以实践和应用。学生实验的过程中,教师不能当甩手掌柜,让学生放羊式地进行实验,只等学生得出实验结论,忽视过程与方法的指导。放羊式的实验教学只会导致纪律一团糟,沦为低水平的学生活动。教师应该不断巡视指导,发现共性问题及时提醒,个性问题个别指导。学生实验的时间要有限定,既不能太短,草草收场,也不需要等所有同学都做完,这点老师要在巡视的过程中予以关注。对于一个较为复杂的实验来说,教师可让全体学生分大组合作完成。例如在《电功与电能》的教学中,要探究电功与电压和电流的关系,若一课时完成教学任务,可让一部分小组探究电功与电压的关系;另一部分小组探究电功与电流的关系。分组实验按照学生的自主程度可分为菜单式实验、填空式实验和自主式实验。所谓菜单式实验是指实验目的、原理、器材、步骤都由老师事先规定好,学生只需按照老师的要求一步步去做就可以了。填空式实验就像导学案,给出一些提示,还有部分步骤需要学生思考完成。学生完成一个一切都被安排好的实验,和从目的和任务开始完成一个需要他们自己从选择原理、器材入手的自主式探究实验,他们学到的东西是有很大不同的。在后一种情况,他们学习的不仅是知识和技能,还将是充满挑战和创造的思维与操作。因此,自主探究实验应当成为我们追求的目标。当然,这种完全自主式的实验需要教师逐步分阶段加以实施,不可指望一步到位,否则容易出现一团糟的现象。
  2.4充分利用身边物品做实验   在实验器材数量不足的情况下,尽可能利用身边器材开发实验资源不失为一种较好的方法,这也是上好物理课的底线,每位老师都要有这种意识。如:利用刻度尺可以做声调与频率的实验、也可做形变、惯性、摩擦等实验;利用铅笔可做压强、惯性、变阻器、分子模型等实验;利用眼镜和放大镜可区分透镜、探究成像规律、估测焦距等光学实验。如果课前发动学生带一些玩具(如音乐盒、磁铁、玩具电动机等),就几乎能完成覆盖所有知识点的实验。
  甚至于利用自己的身体也可以完成不少实验:利用手指、手臂、身高可估测长度及距离;用脉搏测时间;手掌摩擦体验机械能转化为内能;感受压力的作用效果等。物理课堂中能否实施此类教学行为的关键是教师要有让学生成为学习主体的意识,否则学生很难真正去体验、感知身边的物理。
  2.5在作业评价中培养学生的实验意识
  平时作业或练习中,可适当布置一些实验制作,这方面教材较为注重,但老师们关注的程度不高,其实有时这些作业不仅对学生理解巩固所学知识有帮助,就是对考试也是有很大作用的。
  考试试题也可设置一些具有引导学生实验意识的习题。如2009年江苏中考的12题。
  如图4所示,小刚将盛满水的圆柱形透明玻璃杯贴近书本,透过玻璃杯观看书上的鹦鹉图片(圆圈中的鹦鹉图与书本中的鹦鹉图实际大小相等),他所看到的虚像可能是
  当时的正确率只有11.6%,选C的占71.4%。据说,某校教师中十有七八做错了该题。于是这题引起了很大的争议:比如有人认为该题超纲、有投机倾向等等。教材主编刘炳昇教授也积极参与了讨论,他曾撰文说:“这是一道源自实践的题目,不是凭空想象的,是我们今后命题的方向”。关于公平和投机的问题,他认为:“现在培养的学生,非常缺乏实践意识,遇到问题不能解决,或是找书本翻答案,或是问老师、同学,很少有人去试一试,鼓励和培养学生试一试的习惯,对提高素养是很重要的。”再如下面一道题:如图所示,在两伸直的食指上水平地放一根质量均匀的横棍,起初两指分开一定的距离,棍的位置左右不对称。在横棍不掉下的情况下,缓慢移动两指,缩小其间距离,直到并拢,这时会发现两指会合的地方在 A。若左边手指先移动,则会合处在棍的中央右侧B。若左边手指先移动,则会合处在棍的中央左侧C。由于开始时左边手指离中心近,会合处在棍的中央右侧D。不管开始情况如何,会合处总在棍的中央附近 它不一定考查所学的哪个知识点,而主要考查学生的实验意识。即当场通过实验就可得出结论的题目,为什么不能做一下实验呢?错的学生大多是没做实验的。这点也是我们中国学生的一个通病。很多年前就听说过一个故事,中美两国学生在国际数学竞赛中碰到一道数学题:5点到6点之间,时针和分针何时在一条直线上?学生反应的差别是巨大的:中国学生无一例外地通过方程进行运算;而美国学生却在用手表做实验!
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