培养学生的自主探究能力、研究能力和创新能力的目的,而传统实验的设计要求具有很大的局限性,限制了学生探究和钻研的深度和广度。综上所述,DIS实验和传统实验在高中物理“力学”教学中只有取长补短,才会达到更好的实验教学效果,才会达到新教材中培养学生实验探究能力的教学目标。
(二) 新课程改革下“力学”实验教学对教师的能力要求
新教材中,高中物理“力学”中的很多实验都可以用DIS来完成,但为了达到教学效果的最优化、为了培养学生的探究能力、实验设计能力、数据处理等多方面能力的教学目标,很多实验单方面用DIS来完成是不行的,需要DIS实验与传统实验的有机整合。这样,对教师的能力就提出了较高的要求。
首先,教师要有自我学习能力,要将“数字化信息系统”即DIS这套实验装备熟练掌握。DIS实验设备综合了现代的电子、计算机、程序开发等一系列前沿尖端技术,想要熟练应用这套设备,就需要教师不断地学习和进取、不断地钻研新的科学知识。
其次,教师要改变自己的观念,排除畏惧心理,要敢于迎难而上,主动地对DIS实验系统进行了解和学习,就像学习电脑技术一样,只要多使用,多钻研,虚心向其他有经验的教师请教,最终一定会达到:能使用、能操作、能创新的地步。同时还要对学生进行必要的课前技术培训,教给他们DIS的简单操作原理,强化和提升他们的DIS实验技能。只有这样,才可能达到最终的教学目的。
再者,课前要做好充分的准备。实验准备用DIS完成,还是设计成传统实验,还是两者结合使用,提前都要想好设计好。并且,设计实验要有创新,能吸引学生的注意力,能让他们也参与到实验过程中。当然,提前做好充分的准备,也能让实验课顺利、快捷的完成,以达到最终的教学目的,培养学生的实验探究能力。 (三)要科学、有效地利用DIS实验
DIS虽然在现阶段高中物理“力学”实验教学中得到了广泛的应用,但也不能不加分析地到处使用,在高中物理“力学”中使用DIS实验要注意以下几点:
1 不能所有“力学”实验都用DIS来完成
在教学实践中,学生是主体,教师是主导。如果不考虑学生能否接受,全部“力学”实验都使用DIS来设计,就会出现有些DIS实验学生接受不了,也不符合高中学生的认知特点,教师就成为DIS实验的“讲解员”,学生就盲目成为DIS实验的“听客”。例如:研究“平抛运动竖直方向和水平方向的运动情况”实验,利用传统的实验设计方案(平台上放置一个斜槽,斜槽末端必须水平,末端带有一个支柱,支柱和斜槽末端中间有一个小空隙,恰好能让小球落下。支柱上放置一个小球,让一个与其等大的小球从斜槽的某一位置自由滚下,与另一个小球发生碰撞,让学生观察实验现象),学生通过仔细观察,很容易能够得到实验结论:做平抛运动的物体,竖直方向做自由落体运动,水平方向做运算直线运动。实验装置图如下:
图3-1 研究平抛运动竖直方向的运动
图 图3-2 研究平抛运动水平方向的运动
若此实验采用DIS来设计,最后通过位移时间图像来得出结论。相比之下,在这个实验的过程中,传统实验便显示出了明显的优势:既便于通过观察得出实验结论,又能调动学生的学习兴趣,还能激发他们去设计一些其它的简单实验来得出同样的结论,可以培养他们的实验探究能力。而DIS实验最终又回到了枯燥的图像研究中,使教学起不到应有的作用,必然会导致学生听不懂、厌学、成绩不好等事情的出现。
2要合理把握DIS实验的使用度
人的认知是有规律的,记忆的基础是反复,记忆的工具是理解。DIS实验只不过是学生认知道路上的一个“助跑器”,而不是学生达到认知目标的特效工具。高中物理“力学”实验教学效果的提高还需要教师刻苦地钻研教材,认真并且具有创新地设计实验,将DIS实验与传统实验有效结合,这样一点一滴的不断积累,不断实践,最后以达到从量变到质变的效果。不能盲目地认为几个DIS实验就可以直接使学生的学习能力达到质的提升。
在DIS实验与传统实验结合使用的过程中,不难发现课堂教学中出现了因技术崇拜而忽视教育规律的形式主义。有的教师片面追求效果的最优化,不分课型、内容,不顾实际教学需要,盲目使用各种媒体,热衷于在计算机上模拟操作而忽视学生的实际操作,结果弄巧成拙,使课堂中的信息过多过剩,造成无效信息的泛滥,分散了学生的注意力,不仅不能提高教学效率,反倒影响了教学目标的落实。此外,教学过程是动态的、发展的过程,时常会出现不可预见的情况。教学中过分依赖传感器技术,全部教学环节由技术手段再现,用电子数据代替教师丰富的情感交流语言,用荧屏画面代替教师形体交流语言,使得传统教学方式下师生情感交流的优势荡然无存,反而使师生间产生一种“教与学的阻隔”,不可避免地抑制了学生的创造力,影响了学生的听课效果,最终可能会使他们丧失质疑、创新的欲望和能力。
对此,在DIS实验与传统实验结合使用的过程中,必须贯彻适时、适量地使用DIS的原则,正确处理好DIS实验与传统实验的关系。传统实验能留给学生的一定的思考的时间和空间,在
实验教学中,一定要体现传统实验的优势,同时结合以DIS实验,两者互相补充,扬长避短,以达到培养学生各方面能力的目的。
3不能用DIS实验的演示代替学生的实际操作
DIS演示实验不能代替学生的操作而直接塞给学生结论,知识的探求还需要学生自己动手去揣摩。我们对知识的真正获取是有一定过程的,这是不可否认的认知规律。当我们的学生通过这样的认知过程后仍旧对某些规律心存不解时,在他们的脑海中急需要有一种可以从想象中抽取出来的形象的场景来解开心中的疑问,DIS实验在此时
出现,可以说是给学生解决疑问的最佳工具,是学生动手操作与动脑思索的完美结合。例如:如何能较为准确地绘制出物体做平抛运动的轨迹?在此实验中,可以先给学生们提供一些传统的实验器材,如小球、斜槽、木板、支架、白纸、重锤等,让学生们自己设计实验方案。在实验中,不难发现学生们都知道小球做平抛运动的轨迹是一条抛物线,要想描出这条抛物线,就必须先描出抛物线上的一些点,但如何能准确描出这些点呢?学生在实验过程中,想了很多办法,有的根本实施不了,有的则误差非常大,而且很耗时间。这时我们提供DIS设计方案,如下图所示:
图3-3 用DIS研究平抛运动的装置图
利用DIS,帮助学生轻易而准确地在计算机屏幕上描出了小球做平抛运动的过程中,在其
轨迹上相应的一些点,把这些点我们用一条平滑的曲线连起来,就是学生们想要划出的抛物现了。这样,利用DIS帮助学生解决了他们在实验过程中解决不了的问题,让他们对DIS的实验过程产生浓厚的兴趣,刺激他们去探究、去创造,这才是DIS实验的真正魅力所在。
4要注重DIS实验与传统实验的配合使用
高中物理“力学”DIS实验应与传统实验进行合理统筹安排。高中物理“力学”DIS实验的课堂教学特征是以学生为主体,教师为主导,它突出表现为师生互动。学生的积极参与不仅活跃了课堂气氛,更重要的是能加强对分析问题和解决问题能力的培养。在实验过程中,DIS实验主要是从具体实验数据分析归纳实验结论,侧重于实验过程中的探究过程和思维能力的培养,但对学生的实验观察能力、数学运算能力、手工作图能力的培养却突显出了不足。
传统实验必然与传统的教学方法相配套,即以教师讲述、演示为主的传统教学方法,这种教学方法是以教师为中心、学生被动接受为特征的。这种教学方法弊端是显而易见的,它会使学生产生厌学心理,会让学生感到物理的学习很累、很烦,更不利于培养学生的探究能力。但传统的实验教学方法也有着自身的优势,它侧重于实验过程的具体操作、常用仪器的使用规范和用途、实验现象的细致观察以及从现象分析结论,尤其能培养学生的数学运算能力、作图读图能力,这是DIS实验所不具备的。
应该说,DIS实验与传统实验各有优势,当然也各有弊端。高中物理“力学”DIS实验完全取代物理传统实验手段并不是可取的好方法,而应根据教学实验内容的实际将两者有机地结合起来,这将是一种理想的教学方式。有两种模式可供参考:①以传统实验为主,以恰当的DIS实验为辅;②以DIS实验为主,以传统实验为辅。只有将高中物理DIS实验与传统物理实验配合使用,才能充分发挥各自的优势,以达到实验过程的优化处理,帮助学生成功完成实验,并能在实验过程中掌握到了应有的知识,学到了相应的技能,培养了相应的能力。
高中物理“力学”DIS实验是社会进步的需要,是物理实验教学现代化的一种体现形式,它能有效地提高高中物理“力学”实验教学的质量,培养高中生学习和应用数字化技术的兴趣和意识,培养学生利用数字化技术获取信息、分析信息和处理信息的能力,让学生获得适应未