中学物理实验教具开发与改进的案例研究

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物理学是一门精密的实验科学,物理实验是形成物理理论的基础,为物理规律的建立提供了科学依据。中学物理实验教学是培养学生科学探究精神的有效方法,也是提升物理科学核心素养的有效途径,同时通过物理实验培养学生实验的操作能力和探究能力本就是中学物理教学中非常重要的目标,所以物理实验教学是物理教学的重要组成部分,在日常的物理教学中有着不可磨灭的作用。但是在中学物理实验教学中,存在着诸多困难,一方面当前大多普通中学,特别是农村等经济欠发达地区的一些学校,物理实验不仅存在着教学仪器和教具等硬件设施的不足,而且其现有的教具也大多质量较差,更新速度较慢,损坏率较高,在具体的教学应用中,直观性不强,经常难以调动起学生的积极性,所以导致教学效果大打折扣。另一方面对于现有教学仪器和教具本身而言,现有部分教具存在有如实验可见度低、操作不便、现象不明显、仪器结构存在缺陷等,甚至有些知识领域存在实验仪器的空白,导致教师只能通过语言或仿真软件进行讲解,因而对于学生的教学并不完全具有信服力,失去了实验教学的本真。首先,本论文从研究背景出发,分析了当前国内外研究现状,讨论了目前国内关于教具开发和改进探究中存在的问题,拟定了访谈法、观察法及文献研究,对部分优秀自制教具开发的过程进行了深入的案例分析,对于中学物理教具开发时的选题问题、开发过程中遇见的常见问题等给出有效的解决策略,并且给出了教具开发中应注意的几点开发原则。对广大教师自制教具具有启发意义的研究结果是:对于选题提出三点建议:(1)在教学中发现问题,在教学中部分传统实验器材效果差现象不明显,或者组装繁琐需要长时间进行调试难以做出实验结果,或者教材中由于其他原因虽有教学需求但未编排的实验,或教辅或教学中出现的实验和理论相违背都可以为选题进行入手和开发。(2)利用新技术对原仪器进行改进,利用新的技术和元件,开发或改进实验教具,使实验效果更佳明显。(3)重现学史中的实验,科学前辈在探索中为证明一些理论的经典实验,也可以作为选题进行开发,给学生重现科学探索的实验过程。其次,对于开发过程中常见问题提出一些解决策略:(1)学习和利用新型技术,随着科技的不断发展,新型材料和新技术越来越多,如超级电容、钕铁磁、3D打印、红外热成像仪等的普及,利用这些新材料改进实验教具往往会有不错的成效建议教具开发者多去关注前沿的科技的发展,多去参加科技类博览会。(2)做更多的实验,问更多的问题,除教材中的实验教具外也可以多注意观察生活中常见的器具的设计,甚至自己从生活入手尝试改进常见的器具提升自己的动手实验的能力,并在这一过程多思考多发问,如“为何这样设计”等,以提升自己的实验设计能力。最后笔者自己总结了关于教具设计中需要注意的几点事项:(1)科学性(2)直观性(3)探究性(4)安全性(5)简易性和一体化。
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