基于数字化的高师中学物理实验研究

魏明，王平瑞，宋景萍，杨敏

（贵州师范学院物理与电子科学学院,贵州贵阳 550018）

基于数字化的高师中学物理实验研究

魏明，王平瑞，宋景萍，杨敏

（贵州师范学院物理与电子科学学院,贵州贵阳 550018）

本文采用调查研究的方法，以高师院校物理实验教师和学生以及高中物理教师与学生为研究对象，对高师院校中学物理数字化实验教学现状进行了深入调查，研究得出：学生亲身探究物理理数字化实验的机会较少；教师与学生的物理数字化实验技能缺乏；学校物理数字化实验设备不足，有待进一步完善。并且根据调查研究的结论，提出了相应的建议

物理实验；数字化；建议

1 引言

物理学是一门以实验为基础的学科，在物理学规律的发现及物理理论的建立过程中，物理实验扮演着极为重要的角色，它既是物理教学的重要基础，也是物理教学的的重要内容、方法和手段，在物理教学中有着重要的意义和作用。中学物理实验作为高师院校物理学专业的一门必修课程,对培养作为未来教师的师范生的科学探究能力和实验教学能力具有十分重要的作用。当前，在新一轮的基础教育改革中，实验改革的力度尤为突出，《普通高中物理实验课程标准》把“科学探究及物理实验能力要求”和“共同必修模块”、“选修模块”并列，作为内容标准的三大部分，对信息技术尤其是基于传感器的数字化实验与课程整合提出了明确目标[1][2]。要求信息技术要进入物理实验室，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据，分析实验结果等等。例如，高中物理新教材中的一些演示实验和“做一做”等栏目补充了大量的数字化实验，要求教学必须实现基于传感器和计算机技术的数字化新型教学模式。

数字化实验系统是一种用于实时采集数据的智能化系统，它主要由传感器、数据采集器、计算机及配套软件构成。与传统的实验仪器相比，数字化实验系统能动态地呈现物理现象，便于学生分析理解动态变化的物理过程，同时也能采集瞬间的现象，便于对瞬态过程的把握[3]。将数字化实验用于中学物理实验教学中，是对传统物理实验的重要补充，是实现创新物理实验教学的尝试。

2 研究对象与方法

为了了解高师院校开设中学物理数字化实验教学的必要性及现状，更好的落实基础教育课程改革对实验教学的要求，本次选取的对象为：高一、高二学生201名；高师大三、大四学生120名；高中物理教师32名；高师院校中学物理实验教师12名。

调查问卷根据《普通高中物理新课程标准》对实验的要求和高师中学物理实验的教学大纲进行设计，调查问题严格按照教育与心理测量学关于卷编制的方法完成的[4][5]。主要针对（1）学生对中学物理数字化实验认知情况；（2）教师对中学物理数字化实验的认知情况；（3）高师院校中学物理数字化实验室建设情况等三个方面进行调查和访谈。此次调查发放调查问卷365份，回收350份，有效率95%并对调查结果采用E X CEL进行统计分析。

2 研究结果与分析

2.1 学生对中学物理数字化实验的认知情况

2.1.1 学生对中学物理数字化实验的兴趣程度

关于“学生对中学物理实验的兴趣程度”的调查，数据分析结果如表1所示：

表1 学生对中学物理数字化实验的兴趣程度

从表1可以看出，在学生对中学物理数字化实验的兴趣程度方面，有78.8%的高一学生选择“非常喜欢”与“比较喜欢”；有63.7%的高二学生选择“比较喜欢”与“比较喜欢”；有77.9%的大三学生选择了“非常喜欢”与“比较喜欢”；有87.8%的大四学生选择了“非常喜欢”与“比较喜欢”。可见无论是高中生还是高师生都对中学物理数字化实验感兴趣，对实验有较强的好奇心和探究兴趣。说明目前的高中生对未来从事教师职业的师范生的数字化实验技能提出了挑战。此外，高师生也表现出了很强的兴趣。因此，在高师院校开设中学物理数字化实验是一种必然趋势，也是教学改革的要求和方向。

2.1.2 学生的中学物理数字化实验技能情况

关于“学生的中学物理数字化实验技能情况”的调查，数据分析结果如表2所示：

表2 学生的中学物理数字化实验技能情况

从表2可以看出，无论是高中学生还是高师学生，都对中学物理数字化实验的掌握程度比较低，甚至有的学生完全没有经历过探究机会。尤其是一些偏远中学的学生，由于受各种因素的影响，连传统的中学物理实验探究机会都很难亲身体验。就高师学生而言，条件较好的师范院校学生获得了数字化实验的亲身体验机会，反之，条件相对较差的高师院校学生的数字化实验技能要欠缺得多,完全不能适应实验改革的需要。因此，加强对从事教师职业的高师生的数字化实验教能的培养十分紧迫。

2.2 教师对中学物理数字化实验的认知情况

2.2.1 教师认为开设中学物理数字化实验的必要性情况

关于“教师认为开设中学物理数字化实验的必要性情况”的调查，数据分析结果如表3所示：

表3 教师认为开设中学物理数字化实验的必要性情况

从表3可以看出，无论是高中教师还是高师院校教师，都认为有必要开设中学物理数字化实验。另外，在我们的调查访谈中，绝大多数教师都认为传统的中学物理实验和数字化实验各有优点，希望能在课堂教学中结合使用，充分发挥传统实验和数字化实验的优点，培养学生的综合能力和综合素质。

2.2.2 教师掌握中学物理数字化实验技能的情况

关于“教师掌握中学物理数字化实验技能的情况”的调查，数据分析结果如表4所示：

表4 教师掌握中学物理数字化实验技能的情况

从表4可以看出，无论是高中教师还是高师院校教师，对中学物理数字化实验的掌握程度都比较低，远远达不到基础教育课程改革的需要，完全不能适应数字化实验教学的要求。究其原因，一方面可能是受传统教育的影响，认为实验不是很重要只要学生能考高分就可以；另一方面可能是受课时量的限制，忽略了数字化实验的开设。此外，我们调查访谈发现，绝大多数高师中学物理实验教师和高师院校培养的高中物理教师都没有经过专门的数字化实验的训练，即使有数字化实验仪器也不会懂得操作。

2.2.3 教师指导学生操作中学物理数字化实验的情况

关于“教师指导学生操作中学物理数字化实验的情况”的调查，数据分析结果如表5所示：

表5 教师指导学生操作中学物理数字化实验的情况

演示实验，学生实验和“做一做”栏目作为教材上的三个主要实验类型，其调查结果直接反映了中学物理数字化实验的开课情况。由表5可知，无论是在高中学校还是高师院校，中学物理数字化实验的开设情况都很低，甚至有些学校和老师从来都没开设过数字化实验，学生完全失去了亲自探究体验的机会。说明高师教师和高师院校培养的高中教师的中学物理数字化实验试验技能有待提高，才能有效地指导学生进行实验探究。

2.3 高师院校对中学物理数字化实验设备的配备情况

实验仪器是物理实验教学的载体和基本保证其配备情况直接影响物理实验教学的实施。关于“高师院校对中学物理数字化实验仪器的的配备情况”的调查，数据分析结果如表6所示：

表6 高师院校对中学物理数字化实验设备的配备情况

由表6可知，高师院校目前的中学物理数字化实验仪器设备普遍缺乏，实验器材只能满足部分实验，完全没有数字化实验仪器的高师院校占绝大多数，与物理课程标准要求尚有一定的差距，不能适应课程改革的需要。

3 结论与建议

3.1 研究结论

3.1.1 学生亲身探究中学物理数字化实验的机会较少，实验技能缺乏

学生是教学的主体，每个学生都有自己的认知特点，都具有好奇心和求知欲，都希望得到亲身经历的探究机会，探索事物的真理倾向。根据调查发现，目前无论是高师生还是高中生都对中学物理数字化实验感兴趣，但都很难得到探究的机会，完全达不到课标的要求，加上部分教师受传统教育的影响，从而弱化了对学生物理实验的培养。

3.1.2 教师的物理数字化实验技能缺乏

教师是教学活动的组织者和引导者，物理实验教学活动的成败取决于教师的组织和教学技能的娴熟。调查发现，目前无论是从事高师院校中学物理实验教学的教师，还是高师院校培养的高中教师，其中学物理数字化实验技能都比较欠缺，有待进一步提高和发展。受传统观念的影响，部分教师存在重知识轻实验的思想，甚至有些老师认为不会动手实验不要紧，会考实验就行，实验教学的目的完全是为了完成教学任务，弱化了实验的直观教学功能，忽视了学生的主体地位和实验对学生科学思维方法的培养。

3.1.3中学物理数字化实验设备不完善

物理实验设备是开展物理实验教学的保证，没有配备完整的实验仪器，实验教学很难有效开展。目前，受各种因素的影响，尤其是经济条件的影响，很多高师院校没有专门的中学物理数字化实验室、实验仪器设备严重缺乏，所有的中学物理实验教学还沿用以前的传统中学物理实验设备，导致教材上许多数字化实验做不了，许多物理实验的教学效果不理想。

3.2 研究建议

3.2.1 转变教师教学观念，提高实验教学技能

物理教学必须以实验为载体，离开了物理实验，学生很难建立起物理概念和物理规律。教师作为实验教学的执行者，首先应该提高教师对实验教学地位的认识，正确认识到物理实验不仅是一种教学方法或手段，而是一种重要的教学指导思想，在高师中学物理实验教学中，不仅要重视“知识与技能”的培养，还应该结合“过程与方法”、“情感、态度与价值观”，只有三个方面的有效结合，才能体现新课程的价值追求。

3.2.2 充分发挥学生主体，积极鼓励学生探究

物理实验教学应本着培养学生探究能力的目的,以具体的实验教学为载体,在实验中让学生自己动手去做，突出学生的主体地位，积极鼓励每一位学生参与，充分地调动学生的学习积极性和主动性，使其最大限度地动手、动口和动脑，主动地参与到数字化实验的探究活动中来[7]。

加大实验投入，完善实验设备

高师院校作为培养教师的摇篮，肩负着为基础教育培养物理教师的重要责任。为了提高物理教师的培养质量，高师院校必须加强实验投入，根据基础教育课程改革和教学需要，不断完善中学物理数字化实验设备，保证未来从事教师职业的高师生能有效地掌握实验技能，为将来从事物理教学打下基础。

3.2.3 改革中学物理实验大纲，调整课程计划

高师院校的教学大纲要及时改革变新，紧跟时代步伐，及时根据基础教育课程改革的需要，调整课程计划，改革传统的中学物理实验大纲，增加数字化实验项目。另外，为了加强对未来从事教师职业的高师生物理数字化实验的技能培养，可以以课程选修、定期开放实验室的形式增加高师生亲身探究实验的机会，为进入中学物理实验教学打下坚实的基础。

[1]廖伯琴.中学物理课程改革的目标与实施[M].北京:高等教育出版社,2003.

[2]中华人民共和国教育部．普通高中物理课程标准（实验）[S]．北京：人民教育出版社，2003．[3]孙立萍，刘敏华.数字化实验系统在物理实验教学中的运用[J].中学物理，2012，（7）.

[4]陈国鹏.心理测验与常用量表[M].上海：上海科学普及出版社，2005.

[7]刘电芝.教育与心理研究方法[M].重庆：西南师范大学出版社，1998.

[6]张伟，郭玉英．论“非常规”物理实验的教学地位[J]．课程·教材·教法，2007，（12）．

The Physics Experimental Research inHigher Normal Col lege BasedonDigital ization

W EI M ing,W A NGPingrui,S ONG J ingping,Y A NG M in
(S chool of Physics and Elect ronic S cience，Gui z hou Normal Col lege,，Guiyang，Gui z hou，550018,China)

A ccording to invest igat ion and researchmethods,the research ob j ects are as Physic e x periment teachers and students innormal col legeand Physics teachersand students in seniormiddl school.It surveyedwidely,it turns out that the chanceabout students e x ploring physics digital e x perimental is few,The Physics digital e x perimental s k i l l of teachersand students is not conversant the physics digi tal e x per iment equipments need to be fur ther improved,and some cor responding pro fessional developmentmeasures are provided based on it in this paper.

The Physics E x periment;D igital;S uggestions

G652

A

1672-2094(2013)03-0120-03

责任编辑：张隆辉

2013-04-11

2012年贵州省高等学校教学内容和课程体系改革培育项目——高师物理学专业课程体系改革与应用型人才培养模式研究（黔教高发[2012]426）。

魏明（1980-），男，贵州沿河人，贵州师范学院物理与电子科学学院讲师，硕士。主要从事物理课程与教学论研究