高考实验对现代化仪器考查及运用“先行组织者技术”进行仪器教

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  每一个中学物理实验都必须有实验仪器.常用的实验仪器有:刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、打点计时器、弹簧测力计、电压表、电流表、多用电表、滑动变阻器等.但随着信息时代的发展,高考物理实验题为了与科技发展相结合,同时也使实验测量更精确、误差更小.高考考查的实验仪器增加了光电门、气垫导轨、传感器、光敏电阻、热敏电阻等现代化设备.随着高中物理教材的改版,这些现代化实验仪器在高中物理教材中出现得越发普遍.这体现今后高考实验现代化仪器的使用将更频繁.
  自2004年实施高考新课程改革,高考物理卷的命题更注重全体学生的发展,注重科学探究,让物理与生活,物理与技术结合得更紧密.2014年广东高考物理学考纲里对学生实验能力的要求:会使用仪器,会观察、分析实验现象,会记录、处理实验数据,并得出结论,对结论进行分析和评价等.其中基本仪器的使用能力是学生最基本的实验能力.
  随着涉及现代化仪器使用的物理实验题开始出现,高考实验题目的考查越来越趋向于探究性实验、设计性实验.“注重科学探究,提倡学习方式多样化”意味着如果仅用传统的实验仪器已经很难再适应新课程标准,辅以新仪器能使试题更富灵活性.如2004年江苏卷第12题,2009年四川卷第22题,2011年全国理综卷,2014年广东卷等.从考题中可以看出,目前现代化仪器设备考查的内容相对单一,考虑到部分山区学校的学生没有条件接触现代设备的使用,主要分值比重还在实验原理,但随着高考改革的深入,这类考题会将逐渐变得灵活.
  1学生学习现代化仪器存在的问题
  现有许多中学的物理实验室还不够完善.很多学校的实验仪器偏旧,久不更新,光电门、气垫导轨等仪器缺乏.很多同学在高中阶段没有机会接触这些仪器,对仪器的工作原理和使用方法很陌生,以至于在高考这方面失分过多.教师在实验教学方面大部分重视传统实验的训练,仅重视学生对基本仪器的认识,忽视学生对新仪器的学习和认知.在如今注重实验的探究性和开放性的背景下,不仅内容丰富,解题方法也很有探索性.不再是局限于教材上要求的固定的实验.
  2传统仪器教学的状况和缺点
  大部分物理教师在仪器教学方面都倾向于若设备不足则教师直接在课堂上讲解仪器工作原理和使用的教学方式.这使得学生进入一个被动接受学习的局面.美国教育心理学家奥苏泊尔认为:接受式学习适合于有较丰富的知识和经验的人.要求学习者具有一定的基础知识,在接受学习过程中需要原有认知结构中具有同化新知识的有关概念.学生在接受一种新实验仪器时候,往往之前并没有接触过.教师讲解枯燥的仪器理论知识,不能引起学生学习兴趣,也没有机会亲自操作.同时学生也因为之前没有建立对仪器具有一定认识的知识基础而导致学起来比较吃力.因此,我们需要找到一个效果更好的教学方式.
  3先行组织者技术在仪器教学的应用
  在教学中,先行组织者技术的运用比较普遍.“先行组织者”即是先于学习任务本身呈现一种引导性材料,与原有认知结构中的观念和新的学习任务相关联.其目的是为新的学习任务提供观念上的固定点,增加新旧知识之间的可辨性,促进学习的迁移,或帮助学生回顾原有知识,将其架构到新知识体系中.学生的预习和导学案就是典型的先行组织者.
  案例在高中物理利用光电门和气垫导轨的使用的教学中,通常的教学方法是讲授法,教师直接在课堂中介绍光电门和气垫导轨的工作原理.由于在此之前学生并未接触过这些仪器,且教学过程中,学生一直处在接受学习的状态.这种教学方式不能充分调动学生自主思考的能力,学习的积极性大打折扣,导致课堂氛围不够活跃.在这个知识点的学习前,学生需要备有之前所学过的内容:无穷短时间内的平均速度等于瞬时速度.同时为了让学生初步建立起对光电门的第一印象,我让同学们预习.但这种预习并不是单纯地浏览书本内容,而是通过布置一道作业题引导学生自己思考光电门和气垫导轨的原理:
  如图1,有一气垫导轨,导轨上有两个光电门,光电门内部有一激光发射器和接收器,两光电门分别连接着一计时器.导轨上有一滑块,滑块上装有一小硬纸片,宽度为2 cm.气垫导轨工作时,导轨上许多小孔会喷出气体,使得滑块被抬起,可在导轨上自由滑动,当滑块上纸片经过光电门时,就能挡住激光,于是计时器开始计时.当滑块离开光电门时,硬纸片便不能再挡住激光,于是停止计时.现滑块在导轨上做匀变速直线运动,计时器显示出经过光电门1的时间为0.1 s,经过光电门2的时间为0.04 s,滑块从光电门1到光电门2所用时间为4 s,求滑块的加速度.
  这道作业题的训练,教学效果比原有的传统教学方式有很很大改善.具体总结为以下几点:(1)通过作业的形式让学生主动思考问题,通过作业的形式预习无形中比单纯地阅读课本内容效果更好.因为作业的激励,学生思考的主动性会更强,通过题目对实验仪器的描述,主动思考光电门和气垫导轨的原理,培养他们主动分析问题解决问题的能力和审题能力;(2)可以通过先行组织者策略让学生对气垫导轨和光电门形成一个初步的印象,学生在课堂只需在自己已有印象的基础上进行深化即可; (3)此情景解答题帮助学生巩固瞬时速度的知识应用.通过本题的训练后,学生在课堂中对光电门和气垫导轨的学习热情提高了许多.习题用于引导学生思考、探究,课堂用来让学生印证自己的思考,两次对知识的强化让学生巩固所学知识,印象进一步加深.课后作业的正答率有了很大改观.这一适当难度的作业题使学生对物理学习的自我效能感得以提高,强化学生学习物理的兴趣和动机,对今后认识新的物理仪器有一定帮助.
  本文分析了高考物理实验中基本仪器的考查的趋势,现代化仪器的使用使得高考实验命题更富探究性和灵活性.很多地方的学生因为学校实验仪器设备没有完善而没有机会亲自操作.这为我们的实验教学带来不便的同时,该如何弥补这一不足呢?本文对仪器设备相对缺乏的学校该如何进行有效的仪器教学提出自己的见解.反思传统仪器教学的不足,运用教育学原理——先行者技术,采用新的教学思路,使仪器教学方法更加科学有效,提高学生学习的效率和热情.
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