高中课题研究《高中物理探究式实验教学的设计与实施》研究报告文档格式.docx
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“5e”模式则进一步运用认知科学新发现,对“学习环”进行改进,建立由“吸引--探索--解释--加工--评价”五个阶段紧密结合的教学模式,使探究式教学更完备、更符合学生认知特点。
我国从八十年代起开始对探究式教学展开理论与实践研究,特别随全面推进素质教育的不断深入,探究式教学逐渐成为教法探索的热点之一,并取得众多研究成果。
例如:
靳玉乐主编的《探究教学法》;
由“研究性学习”设计编写委员会汇编的《研究性学习》丛书等。
这些著作有些系统介绍了国内外有关探究教法研究成果,有些提出了将各种探究教学模式运用于基础教育中,还有的是各种探究教学实践指导资料。
从2001年开始,我国各高中都在课程中安排了研究性学习,每周两课时。
在这项活动中,很多老师也对研究性学习作了指导,大家感到虽然探究式教学设计复杂,在现行条件下教学组织难度大,缺少强化知识运用训练。
探究式教学也不是唯一可行的教学方法,并不一定适用于所有物理内容的教学。
但是大家都感到探究式教学不可否认有助于发展学生的科学素养,能有效激发学生的学习积极性、主动性,也有利于学生理解较为抽象的物理概念、规律,发展学生的探索能力。
二.高中物理探究式实验教学模式
2.1高中物理探究式实验教学模式的理论构思
探究式教学模式就是在科学探究教学思想、理论指导下,教师在进行探究式教学时展开的稳定、具体的教学框架结构。
以培养学生的物理创新意识、创新精神、创新能力和解决实际问题的能力为宗旨,以物理实验为主要教学方法,以学生自我评价为主要评价方式的,以学生为主体、以教师为主导、以学生自主探究为主线的,以建构主义“学与教”理论和认知工具理论为主要理论依据的,以学生自主学习为核心的“探究式”高中物理课堂教学模式。
在这一教学模式中,教师通过“教学意图和策略影响学生”,把学生置于主体地位并提供主体地位的天地,使学生成为学习的行动者。
把学生作为交往活动的主体,通过与学生交往活动的展开,实施对学生的了解,交流与指导。
此模式中,教师和学生分享彼此的思考,见解、知识,交流彼此的情感,观念与理念,丰富教学内容,求得新的发现。
学生主动参与知识形成过程,并从中获取新知,掌握方法,成为知识的“发现者”和“应用者”上体现着科学探究的意义。
2.2高中物理探究式教学模式的理论基础
2.2.1实用主义探究式教学理论
杜威从实用主义立场出发,认为社会发展变幻莫测,充满危险,具有不确定性和不安定性。
因而,“实用效果有用与否”就成为一切知识是否是真理的标准。
他认为世界不存在永恒的真理,人在不确定的世界能延续下来不是靠“所谓的真理”,而是靠不断改造的经验,从根本上说是凭借着探究能力。
杜威首次提出了较为系统的探究式教学理论,强调培养学生的主动性探索精神和解决实际问题的能力,可以说开辟了教学研究与实践的新领域,引起人们对学生主体性的极大关注以及师生
在教育过程中的地位和作用的深刻反思。
2.2.2建构主义学习理论
建构主义学习理论提倡的学习方法是教师指导下的、以学生为中心的学习;
建构主义学习环境包含情境、协作、会话和意义建构等四大要素。
建构主义强调在教学活动中:
⑴明确“以学生为中心”;
⑵重视“情境”对意义建构的重要作用;
⑶强调“协作学习”对意义建构的关键作用;
⑷在建构主义学习理论指导下的教学设计应是针对学习环境的设计而非教学环境的设计;
⑸利用各种信息资源来支持“学”;
⑹学习过程的最终目的是完成意义建构。
2.2.3探究式教学的信息加工理论
20世纪中期,科学哲学家波普尔和科学史家库恩等人认为:
科学知识是暂时的、相对的,而不是绝对的。
科学在本质上是探究,处在不断发展和变化中。
库恩还对当时的教育提出强烈批评,认为把教科书上的知识当作不变的真理,把实验仅当作验证科学概念和原理的方法去教学生,容易使他们形成绝对化的科学知识观、错误的科学方法论和片面的科学发展观。
在这种背景下,萨其曼、施瓦布和加涅等人于是从信息加工的角度对探究式教学进行研究。
他们从信息处理过程出发,认为教学与其着眼于知识的掌握,毋宁更注意教学信息处理过程本身,并建立了与此种思想相对应的探究式教学模式。
2.2.4人本主义的探究式教学理论
人本主义探究式教学理论主要体现20世纪末期开始的美国科学教育改革运动中,指导这场改革的纲领性文献是《美国国家科学教育标准》。
总体来讲,人本主义把科学看作是人类的一种事业,是人们观察和解释世界的一种方式。
其所倡导的探究式教学,在目的、方法、内容和环境要求等方面无不体现出以人的发展为出发点,对学生个性的充分尊重及其能力的高度信任,以及对现实世界的高度重视。
人本主义探究式教学理论不仅对学生提出了科学探究的具体目标,而且为了使科学教师能切实开展探究式教学,还列举了适合不同年级水平的探究式教学案例,使教师有据可依,具有较强的操作性。
《美国国家科学教育标准》主张“对从学生们所亲历的事物中产生的一些实际问题进行探究,是科学教学所要采用的主要做法。
”反对把探究式教学演变成纯粹的学术活动,使其脱离社会和学生个人的生活实际,而是围绕与社会和个人生活有紧密联系的重大现实问题进行。
因而与施瓦布倡导的探究式教学相比,它更加切合教学实际,对广大师生更具吸引力。
三.研究一高中学生学习情况的调查
新课标下高中课改的临近为探究式教学模式在重庆市渝中区的开展和推广创造了一个相当有利的局面。
为了对学生的学习习惯有一个基本的了解,更好地实施探究式教学模式,笔者对临沂第十八中学部分高中学生物理习环节进行了调查。
3.1高中学生物理学习环节的调查
为了了解学生平时的学习习惯,以及教师通常所采用的教学方法,学生喜欢什么教法。
依照学生日常学习中最常采用的学习方式,参考其他研究者的设计笔者设计了“关于高中学生物理学习环节的问卷调查”。
“问卷调查”在高一、高二两个年级进行,发放问卷186份,收回有效问卷170份,输入Excel。
统计结果如下图:
1.课前看书预习2.课后看书复习
3.听同学讨论问题4.听老师讲授基础知识
5.听老师分析讲解物理题6.正规的物理考试
7.自我测验8.老师做演示
9.自己做实验10.与老师讨论问题
3.2调查结果分析
统计结果显示,有90%的学生将“自己做实验”列为最喜欢的学习方式,另有7%的学生最喜欢的方式是“看老师做演示”。
只有个别学生将“听同学讨论问题”、“听老师分析讲解物理题”作为最喜欢的学习方式。
没有学生将“课前预习”、“课后复习”、“正规的物理考试”、“自我测验”、“与老师讨论问题”、“听老师讲授基础知识”作为最喜欢的学习方式。
相反有95%的学生将“正规的物理考试”列在最后一位。
总的来讲大多数学生都没有“课前看书预习”和“课后复习”的习惯;
“与同学讨论问题”不多,“与老师讨论问题”也少;
不是很喜欢“听老师讲授基础知识”,但是比较喜欢“听老师分析讲解物理题”;
不喜欢“自我测验”,更讨厌“正规的物理考试”;
不管是“老师做演示”还是“自己做实验”都很喜欢。
说明大多数学生缺乏主动学习的精神,他们对物理实验比较感兴趣,在解题时不喜欢自己动脑,或是不知道怎样动脑,习惯于老师的讲解。
我们以为学生对实验感兴趣说明他们对外界有较强的好奇心,有一定的探究欲望,不喜欢课前预习、课后复习又说明他们更容易接受感性知识。
缺乏自主学习习惯,不爱或者是不会思考问题,所以也就很少讨论问题。
他们不喜欢自我测验,却比较喜欢教师讲解习题说明学生有较强的依赖性,缺乏主动性。
由于学生缺乏自主学习的习惯和能力,因此我们在实验中更多的是采用交互式探究教学模式。
四.研究二.探究式教学模式对学生学习兴趣及学习成绩的影响
4.1目的
考查探究式教学模式和传统教学模式对学生学习兴趣、学习成绩的影响。
4.2方法
本实验从2008年11月至2009年3月。
主试:
研究者本人和原任物理教师,研究者执教实验班,原任教师执教对照班。
注:
原任教师与笔者均为临沂第十八中学高中物理教师,教龄均在十年左右.
被试:
临沂第十八中学高2006级6、8班学生、高2007级8、10班学生为被试,高2006级两位班主任均为年青教师分别执教外语和政治。
高2007级两位班主任均为中年语文教师。
其中2006级八班、2007级十班为实验班;
2006级六班、2008级八班为对照班,实验班进行本研究所提倡的探究式教学模式,对照班进行传统讲授—接受式教学。
4.3实验材料
前测:
(1)成绩测试:
高一、高二均由临沂第十八中学2007-2008年度上期期中考试试题作为前测试卷。
测试时间2007年11月19日
(2)兴趣测试:
结合我校学生实际采用曲阜师范大学胡象岭老师编制《物理兴趣测量量表》
后测:
兴趣量表与前测量表相同,由临沂第十八中学物理教研组编制高一、高二各一套单元试题作为后测试卷(满分100)。
测试时间2008年3月18日
4.4实验设计
本实验为单因素两水平设计,该因素为教学方法,它有两个水平:
本研究所倡导的探究式教学模式和传统以讲授一一接受为主的教学模式:
因变量为物理学习兴趣和学生物理成绩。
传统以讲授一一接受为主的教学模式通常包含下列内容与步骤:
⑴确定教学目标;
⑵分析学习者的特征;
⑶根据教学目标确定教学内容和教学顺序;
⑷根据教学内容和学习者特征的分析确定教学的起点;
⑸制定教学策略;
⑹根据教学目标和教学内容的要求选择与设计教学媒体;
⑺进行教学评价,并根据评价所得到的反馈信息对上述教学设计中的某一个或某几个环节做出修改或调整。
传统“讲授一接受”为主的教学模式一般有以下几个环节:
激发动机→复习旧课→讲授新课→运用巩固→检查效果
探究式教学模式分以下六个环节:
(1)创设情景;
(2)提出课题;
(3)自主探究;
(4)相互协作;
(5)课题小结;
(6)自我测试。
五.实验结果及分析
5.1探究式教学模式对物理学习兴趣的影响
兴趣是个体积极探究某种事物或进行某种活动,并在其中产生积极情绪体验的心理倾向。
学习兴趣是指学生对学习活动产生的心理上的爱好和追求的倾向,是推动学习活动的内部动机。
它在教学中有举足轻重的作用。
学习兴趣能有效地强化学习动力,调动学生学习的积极性,是影响物理学习的重要变量,所以笔者对实验前后学生的兴趣水平做了调查。
高一年级物理学习兴趣调查结果:
高一年级兴趣水平
项目
实验前平均分
试验后平均分
纵向显著性检验
高一六班
8.90
10.47
P=0.015<
0.05
高一八班
9.34
9.43
P=0.853>
横向显著性检验
P=0.42>
P=0.089>
由图表可见,实验前高一年级实验班物理学习兴趣的平均水平和离散程度与高一年级对照班并无明显差异,说明两者学习物理的兴趣是相差无几。
实验后两者对比虽然有了一定变化,但是实验班与对照班仍然没有差异。
不过我们看到实验班前后测变化显著,说明探究式教学模式对提高高一学生学习兴趣是有帮助的。
高二年级物理学习兴趣调查结果:
其中高二年级发放调查表91份,收回有效调查表87份。
输入EXCEL2000得到下列图表。
高二年级兴趣水平
高二十班
8.553
10.077
P=0.000<
高二八班
8.725
9.026
P=0.522>
P=0.701>
P=0.017>
由图表可见,实验前高二年级实验班物理学习兴趣的平均水平和离散程度与高二年级对照班并无明显差异,说明两者学习物理的兴趣是相差无几。
实验后两者对比实验班与对照班有差异,而且我们看到实验班前后测变化显著,说明探究式教学模式对提高高二学生学习兴趣有更大的帮助。
从学生的反馈来看,无论高一还是高二,经过实验后的学生学习物理的兴趣得到了提高。
同时也注意到实验前高二年级学生的兴趣水平低于高一学生,实验后高二实验班学生的兴趣水平与高一实验班相差无几。
这说明探究式教学模式的确让学生从内心接受,值得肯定和推广。
5.2探究式教学模式对物理成绩的影响
高一年级实验班与对照班成绩均值及差异比较:
我们采用高一年级2008-2009学年度上期期中考试作为前测试卷,时间2008年11月19日,采用临沂第十八中学物理教研组编制单元试题为后测,时间2009年3月18日。
高一年级成绩
66.75
70.72
P=0.038<
68.81
70.06
P=0.626>
P=0.475>
P=0.297>
从图表可以看出实验前高一年级实验班物理学习成绩相比高一年级对照班略低但并无明显差异,说明两班物理学习的基础相差无几。
实验后实验班的增幅大于对照班,但是两班成绩相比较仍然没有差异。
不过我们看到实验班前后测变化显著,而对照班前后测成绩没有差异。
说明探究式教学模式对提高高一学生学习成绩是有帮助的。
高二年级实验班与对照班成绩均值及差异比较:
笔者采用重庆四十二中高二年级2008-2009学年度上期期中考试作为前测试卷,时间2008年11月19日,采用临沂第十八中学物理教研组编制高二单元试题为后测,时间2009年3月18日。
高二年级成绩
55.70
60.05
P=0.136<
0.01
56.53
57.78
P=0.685>
P=0.771>
P=0.062>
由上表可以看出,实验前高二年级实验班物理成绩与高二年级对照班略低但并无明显差异,说明两者物理学习的基础相当。
实验后两者对比实验班增幅明显超过对照班,但是两者相比仍然没有差异,实验班前后测变化也不显著,而对照班前后测成绩没有差异。
说明探究式教学模式对提高该阶段高二学生物理成绩没有大的帮助。
六.实验结论
从实验结果可以看出,高一年级实验班前后测兴趣水平、成绩差异显著;
但是与对照班相比兴趣水平和成绩都不显著;
对照班兴趣水平和成绩差异不显著。
高二年级实验班前后测兴趣水平非常显著,成绩差异不显著;
与对照班相比实验后成绩差异不显著但是兴趣水平差异显著;
对照班兴趣水平和成绩均不显著。
实验表明,本实验对提高高一、高二学生学生学习兴趣有较大帮助对提高学习成绩帮助不大。
根据现有实验条件,本研究可以得到如下结论:
(1)学生对缺乏良好的学习习惯,不爱或者是不会思考问题,很少讨论问题,有较强的依赖性,缺乏主动性。
(2)探究式实验教学模式较传统教学模式更能提高学生学习物理的兴趣,激发学生对物理学习的热情、学生也更喜爱探究式物理教学下的物理课
(3)探究式实验教学模式与“传统以讲授—接受为主的教学模式”相比,更有助于学生对物理概念(规律)深层理解及灵活应用;
有助于学生对开放型探究问题的圆满解决。
(4)两种教学模式下的学生物理成绩没有显著的差异,说明在现行考试下探究式教学模式没有明显优势。
(5)实验总结了三种实验课型的模式
A.从课本的“演示实验”中培养学生的科学探究能力
众所周知,在教学实验中,课本中的演示实验为概念的提出、规律的得出和模型的建立提供了感性认识和探索的工具,在提供感性认识和探索工具的同时,教师应进一步根据新课程教育理念,挖掘演示实验的功能,进行演示实验的教学创新,着重结合演示实验的教学培养学生的科学探索研究能力,这是新课程教育与实验教学的一个很好结合点。
现以《自感》教学中的演示实验为例加以说明。
演示实验:
如图1所示,磁铁插入线圈过程中闭合回路中产生感应电流。
提出问题:
如图2所示,当线圈中电流发生变化时,引起通过线圈的磁通量变化,线圈中是否会产生感应电动势?
产生感应电动势与线圈中电流变化关系如何?
进行猜想:
(1)这应是一种特殊的电磁感应现象,线圈中会产生感应电动势;
(2)由楞次定律可得到启发,线圈中产生的感应电动势方向阻碍原有电流变化。
实验设计、探索、验证:
教师引导学生进行如下实验探索过程。
1、研究电流增大情形。
(1)设计图3所示电路。
(2)理论预言:
K闭合时,小灯应延迟发光。
(3)演示实验:
如图3电路,闭合电键,观察小灯泡的发光情况。
(4)实验结果:
K闭合时,灯几乎立即发光。
(5)实验失败原因分析:
是由于人眼睛分辨不出小灯延迟发光现象,但根据电磁感应一般和特殊关系,原有猜想应该对的。
(6)运用对比:
比较L1和L2二灯发光情况和补偿(调节变阻器使K闭合时二灯亮度相同)实验思想方法设计出如图4所示的电路。
(7)演示实验:
如图4电路,闭合电键,观察小灯泡的发光情况。
(8)实验结果表明,L1比L2延迟发光,验证原有猜想。
2.研究电流变小情形。
(1)设计如图4所示电路;
当K断开时,灯应延迟熄灭。
(3)实验演示:
当K断开时,二灯立即熄灭。
(4)实验失败原因分析:
回路中电阻太大。
(5)运用电路理论设计出如图5所示的电路。
(6)实验演示:
当K断开时,灯闪烁一下再熄灭,验证原有猜想。
从定性到定量提出问题:
线圈中产生自感电动势与电流强度变化关系如何?
类比猜想:
感应电动势方向阻碍原磁通量变化自感电动势方向阻碍原电流变化,感应电动势大小与磁通量变化率成正比自感电动势大小与电流强度变化率成正比。
理论论证:
线圈中电流产生的磁感强度与线圈中电流强度成正比,B=KI,由法拉弟电磁感应定律得线圈中产生的自感电动势为:
ε=NΔΦ/Δt=NΔ(BS)/Δt=NΔ(KIS)/Δt=NKSΔI/Δt=LΔI/Δt,从而证明了学生的猜想是正确的。
上述《自感》教学中,以演示实验为契机,运用特殊化思维方法提出问题,培养了学生提出问题能力;
运用特殊化思维方法和类比思维方法进行科学猜想,培养学生直觉思维能力;
运用电路理论和比较、补偿方法进行实验设计和失败原因分析,培养学生的实验思想方法和批判分析能力;
运用物理理论论证猜想,培养学生的逻辑推理能力。
整个实验教学过程中渗透了理论思维,既加深了学生对自感知识的理解,同时培养了新课程教育所要求的科学研究探究能力。
这样就可以进一步发挥演示实验的教学功能,同时,也是对演示实验教学的一个创新。
B.根据课本内容,在“学生实验”中培养学生的科学探究能力
教材中有的内容没有设计学生实验或设计的学生实验不够完善,如果我们根据教学实际设计出符合教学内容的学生实验,并从中展示学生实验的设计目的、原理、思路等等,从而培养学生的科学探究能力,这也是学生实验教学中体现新课程教育的另一个方面。
下面以《牛顿第二定律》教学为例,通过设计学生实验为线索组织教学,培养学生的科学探究能力。
关于本节课的教学,课本上有了结论,学生看了课本都知道了,还让学生“大胆猜想是不是正比”,探究的可行性比较差。
•探究的问题怎么来?
我们的做法是,老师与学生一起“提出问题”,“猜想”,“设计实验方案”,这些不是本节课的重点。
重点是“学生实验操作”,通过对实验结果引出问题,进行探究。
那么,如何引出有探究价值的问题呢?
下面的教学实录将做出回答。
•在研究三个变量的关系时,要使其中一个量不变,即控制变量的方法。
使用两个相同的小车,满足m1=m2;
•老师要求学生进行实验并进行数据处理,并画a—F图。
老师巡堂,展示一些同学的实验结果。
•女生1:
直线与坐标轴的交点在横坐标轴上。
•男生1:
描绘的直线与坐标轴的交点在纵坐标轴上。
•男生2:
但离原点比较近。
•教师把三组数据图线画在同一坐标轴。
•对展示的结果,老师提出问题,请大家思考:
是猜错了吗?
为什么有这个结果呢?
(点评:
探究的问题来源于学生的实验结果,而这个结果的出现,是老师教学设计的一个突破:
不象以前在实验前把所有的问题都交代给学生,这节课学生做实验前,老师没有强调让学生平衡摩擦力,增加了探究的可能性。
)
•老师:
我们可以从研究的对象开始分析。
教师的指导在学生的探究活动中是很重要的)
•探究与思考:
“实验记录的是合外力吗?
”是加速度与拉力的关系。
•看女生1图线,进一步探究,老师问:
为什么没拉力就有加速度了?
•老师指着实验器材:
看他的装置,抬高了。
•看男生1图线,老师问:
为什么有拉力还没有加速度?
•再看看实验装置,他的木板是水平放置的。
•看男生2的图线,老师问:
为什么他的图线离原点比较近?
老师点题,平衡摩擦力可以减小实验误差。
这个结论是学生经历了探究过程通过思考得来的,不是老师灌输的。
全课以研究方法为纲,基础知识为目。
突出了培养学生的科学探究能力这一目的。
在学生实验教学上作了一个有益的创新教育的尝试。
C.延展课堂,在“课外实验”中实践探究
经论证和实践,我们开创了将课上学生探究过程扩展到课外学生实验探究行为的教学方法,这种时空转移的教学方式大大提高了学生对物理学习的参与度和兴趣,同时促进了课堂教学的有效性。
课外学生实验探究过程是建议学生根据身边的工具如:
相机、手机、手表、刻度尺、弹簧等,利用所学知识,或者自主选题,利用课外时间自主完成实
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