高中物理电学实验设计能力培养的教学策略.docx
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1、高中物理电学实验设计能力培养的教学策略电学实验是高中物理教学内容中十分重要的一个版块,对于培养学生科学探究、发现问题解决问题的能力具有重要意义。传统的电学实验教学往往是由教师主导的,教师先进行演示,学生只进行观看,然后学生需要按照教师的指令进行实验,这种实验教学方式限制了学生的创新思维和实践能力的发展。想要改变这一现状,教师必须转变实验教学理念和方法,充分发挥学生的主观能动性,引导学生基于观察和实验提出物理问题、形成猜想和假设、自主制定实验方案、获取和处理信息,鼓励学生从多角度思考实验的可能性,设计出更安全的、更精确的、更有创意的电学实验,从而促进物理学科核心素养的发展。一、实验设计的基本概述
2、1.实验设计的概念。实验设计是指实验者依据实验目的,运用物理原理和实验技能,借助一定的实验仪器,严格尊重实验要求,探究实验操作的活动。具体包括实验方案设计、实验流程和步骤的设计、实验改进方法的设计等。实验设计是物理实验的基础,也是核心,为实验提供了理论支撑和行动依据。其中实验方案和实验原理二者是相辅相成、密不可分的关系,一切物理实验方案的设计都应该围绕着一定的物理实验原理展开。设计的实验计划要充分符合现有实验室和实验仪器的要求,选择最适合的操作方法,这样才能从实验中获得更加准确的、具体的实验结果。在设计实验过程中,可能会遇到一些要求精准测量的数据,这就需要实验设计者将各种实验理念相融合,对实验
3、过程和实验结果进行全方位的、科学合理的预测,并且提出针对性的解决方案。2.实验设计思想。不论是演示实验、课外实验还是分组实验,在实验仪器配备、操作、数据采集和分析等各个环节都蕴藏着丰富的实验思想。比如,类比思想、替代思想、转化思想、放大思想等,只有灵活运用这些实验设计思想,才能设计出更加符合实验要求的、精巧具体、科学合理的实验。二、电学实验设计1.基本原则。(1)安全性。电学实验需要进行通电,当电路选择不正确、实验仪器选择不正确时都会对实验仪器和人身安全产生威胁,仪器可能会损坏严重,实验人员也有遭受电击的危险。所以进行电学实验,首先要保证实验的安全性和可靠性,保证实验仪器不受到损害,人身安全不
4、受到威胁,这也是实验成功的基础。(2)科学性。电学实验设计一定能够反映真实的物理本质,实事求是,不能存在弄虚作假,保证实验原理的选择无误,实验操作准确无误,实验仪器选择无误。(3)精确性。物理实验结果追求精准、具体、有价值,所以在电学实验设计环节就应该追求精准性,选用优质的实验仪器和最规范的实验操作,控制误差,保证实验的精准度。因为电学实验很多情况会因为一些细微的因素产生误差,这时实验人员需要对误差进行科学分析,做出最科学的解释,也可以进行多次反复测量,去平均值,保证实验误差最小。(4)便捷性。在保证安全性和精准性的基础上,应该采用最为简便的、最容易操作的实验器材和实验操作方法。比如,在电路实
5、验中,选用滑动变阻器可以省去了更换电阻的操作,也可以有效控制电流。(5)经济性。实验人员应该具有节约资源和保护环境的意识,尽量选用节能环保绿色的实验材料,在合理范围内降低实验成本。(6)趣味性。用于教学的电学物理实验应该符合趣味性原则,可以以学生在生活中常见的,或者亲身经历、亲眼看到的物理现象和物理原理为基础进行实验,尽量选用生活中的实验素材,这样更容易激发学生的探索欲望,主动投入到实验中,也更容易理解其中的实验原理。2.基本思路。首先,根据实验探究的目的与所给条件,构建实验模型,确定合适的实验原理,所需的器材及相应的规格。其次,确定控制电路(分压或限流)和测量电路(内接或外接)。再次,根据器
6、材的规格(电表的量程、内阻等),确定是否要采用特殊的设计方法,如是否要改装、扩程、保护等,并思考如何减小或消除系统误差。最后,统筹考虑各方面因素和条件,设计实验步骤和操作流程。三、创新高中物理电学实验设计的策略分析1.运用信息技术手段。高中阶段的物理电学的教学内容更抽象、更复杂,难度也更大。在设计电学物理实验的时候,需要考虑的条件也更多。这就需要教师提前对物理实验的原理和过程进行详细的说明,引导学生讨论分析,建立电路模型,确定实验原理和控制电路。我们可以巧妙运用多媒体设备落实可视化教学,通过展示图片、动画、视频、计算机采集与处理数据的方式使教材中的物理原理活起来,将抽象难懂的物理知识形象化、具
7、体化,使学生可以更好地、更准确地模拟电学实验情境,预测实验过程中的可能情况,设计出更加安全、精准的实验计划,也可以在潜移默化中培养学生的实验设计能力。例如,在“科学测量:金属丝的电阻率”实验中滑动变阻器要用限流式接法,而在“描绘小灯泡的伏安特性曲线”的实验中滑动变阻器要用分压式接法,分压式接法与限流式接法在对电路的控制作用上有什么区别,基于实验目的与器材确定滑动变阻器的接法,以及分压式接法时滑动变阻器的规格等等问题都是教学的难点。我们可以运用信息技术手段努力突破教学难点:如通过数据采集器和计算机软件处理,探究“改变分压器的电阻大小时被测电阻上的电压变化情况”,作出相应的曲线,得出“滑动变阻器相
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