[高中物理电学实验教学设计的探索] 高中物理电学知识点

　　电学实验是高二物理实验教学中的一个重点，同时也是高考实验题目中的热点题型，尤其是近几年的高考题目中的设计型实验。它源于课本上的基本知识，但又高于课本上的实验要求，一个条件稍有变化，就会引起实验中的器材、线路、测量原理等各部分的变化，是考查学生能否应用所学知识解决实际问题的很好的内容。
　　1电学实验教学设计的意义及特点
　　1.1教学设计的含义
　　教学设计是根据教学对象和教学目标，确定合适的教学起点与终点，将教学诸要素有序、优化地安排，形成教学方案的过程。它是一门运用系统方法科学解决教学问题的学问，它以教学效果最优化为目的，以解决教学问题为宗旨，是为了提高教学效率和教学质量，使学生在单位时间内能够学到更多的知识，更大幅度地提高学生各方面的能力，从而使学生获得良好的发展。
　　现有的教学理论认为，教师在教学活动中居于主导地位。而要发挥好教师的主导作用，教师必须对自己的教学活动进行周密的安排和精心的设计，这一过程不仅要思考教什么，还要思考怎样教；不仅要考虑教学过程的细节，甚至要预测课堂上可能出现的意外及相应的应对措施。教学设计以学生为主体，以教学过程为对象，为教学实践提供一种策略、实施方案或操作规程，是实施有效教学的关键，是提高教学质量的重要手段，是指导教学实践的一门教育实用技术。教学设计的内容包括教学目标、教学策略、教学过程和教学评价四个方面。其中，教学目标设计又是教学设计中的关键一环，对教学活动起着导向、激励、调节、检测、评价的作用，是教学活动的出发点和归宿。因此，只有确定了科学、合理、良好的教学目标，教学设计才有意义，实现有效的教学才会成为可能。
　　　1.2电学实验教学设计的原则
　　高中电学实验教学设计的原则，概括起来可以归纳为六个方面，即要求所完成的教学设计尽可能达到：安全、精确、方便、可行、创新、经济。
　　1.2.1安全性原则
　　安全性原则是指在实验过程中，不产生由于器材和电路的选择不当而使人身遭到电击、仪器发生损坏等不良后果，以达到保护人身和实验器材安全的目的。
　　1.2.2精确性原则
　　精确性原则是指选用的实验器材要考虑尽可能减小实验误差。不同的实验方案，其实验原理、所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差是不同的，应对各种可能的方案进行初步的误差分析，尽可能选用精确度高的实验方案。
　　1.2.3方便性原则
　　方便性原则是指在保证实验能够顺利进行的条件下，使实验操作方便易行。即要求所选方案原理简单、操作简便，各物理量容易测量。
　　1.2.4可行性原则
　　教学设计要成为现实，必须具备两个可行性条件。一是符合主客观条件，主观条件应考虑学生的年龄特点、已有知识基础和师资水平；客观条件应考虑教学设备、地区差异等因素。二是具有操作性，教学设计应能指导具体的实践，实验方案的实施要安全可靠，不会对人身和器材造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际，不能超越现有条件。
　　1.2.5创新性原则
　　教学设计水平体现了教学者的智慧，因为教学设计不仅是一门科学，还是一门艺术。作为一门科学，它必须遵循一定的教育理论和心理学规律。作为一门艺术，它融入了许多个人的经验与体会，需要根据教材和学生特点进行再创造，并灵活、巧妙地运用教学设计的方法与策略。
　　1.2.6经济性原则
　　经济性原则主要表现在节省能量和实验器材上，有节约材料和能源的意识，使实验尽可能经济些。
　　1.3物理实验教学设计的意义
　　物理实验教学设计要求以物理教学论揭示的教学过程规律为理论基础，运用系统科学方法，针对物理实验教学目标对实验教学过程构成要素的集合作出最优的组合，开发并利用有助于实现实验教学目标的各种技术、手段、方法，并将这些技术加以体系化。随着教学改革的深化，物理实验在中学物理教育中的作用和地位显得更加突出。因此，教师加强对物理实验教学设计的研究，对优化物理教学、促进物理教学改革具有深远的意义。
　　1.3.1进行物理实验的教学设计是加强物理实验教学的现实需要
　　①在实验教学的各个环节中，选择哪些实验，选择的依据是什么?选择哪些器材，选择的依据又是哪些?②如何设计实验教学结构，安排实验教学程序，为什么要这样安排?③如何运用语言技能演示实验并引导学生操作，引导学生思考，引导学生讨论，以达到一定的教学目的?④如何实施实验教学组织和管理，使教学进程控而不死，活而不乱?
　　1.3.2搞好物理实验教学设计是发挥教学仪器设备的投资效益和开发实验教学功能的关键
　　学生刚接触实验的时候确实会表现出浓厚的兴趣，但随着学习的深入，学生开始厌烦重复性的、枯燥的操作，特别是那些过多的结论已知的验证性实验。这种情况提醒我们，在激发学生操作兴趣的同时，应该改变一下实验的内容和形式，进一步激发学生的思维兴趣。如何使学生通过实验更深刻和持久地理解物理概念和定律?如何运用实验使学生更好地学习科学方法，理解理论与实验的关系?这些都涉及到实验教学设计的问题。
　　1.3.3搞好物理实验教学设计是培育学生科学探究能力提高学生科学素养的重要途径
　　物理实验以其形象、生动、形式多样等特点蕴藏了非常活跃的教学因素，对指导学生应用科学探究的方法以获得物理知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家研究自然界所用的方法，从而培养学生科学思维能力，达到提高学生科学素养的目的。
　　1.3.4通过物理实验的教学设计提高教师实验教学工作科学化的水平和教学艺术性的修养
　　物理教师有目的、有计划、积极主动地进行物理实验的教学设计，是物理教师提高教学技能、提高自身业务素质的重要一环。通过实验教学设计，物理教师积极吸收先进的教改经验和成果，采用科学合理的教学方式和现代化教学手段，更深刻全面地理解理论知识，熟悉实验教学内容和要求，注重实验原理和有关理论内容，对实验关键步骤及注意事，项做到心中有数，树立实验的系统观，掌握实验的方方面面，有利于提高教学质量和自身教学水平。
　　1.4电学实验教学设计的特点
　　1.4.1科学合理
　　教育是艺术，但教育首先是一门科学，它的目的是培养人才，教学设计就是围绕如何更有效地把知识传授给学生，为提高学生素质服务。电学实验的教学设计要符合教育教学的科学理论，符合其他相关学科的科学理论，才能达到培养人的目的。
　　1.4.1.1实验原理应体现科学性
　　主要指物理原理是否正确，实验的物理现象是否真实、正确地反映了实验原理。原理的正确性要求不能弄虚作假、制造假象代替真实的物理现象来欺骗学生。实验的误差是不可避免的，但是决不能把一切不成功的实验结果都归于误差了事，而是要用正确的原理来解释误差。
　　1.4.1.2实验的设计应具有针对性
　　具体地讲就是要明确解决什么问题，得出什么 结论，验证什么定理、定律，建立什么概念，等等。教材中某些重要的概念、规律等可以通过演示实验归纳得出，比教师单纯地讲授更容易使学生接受；教材的某些重点、难点学生存在疑虑，必须通过实验才能使学生真正地领会。所以，我们设计实验时一定要牢记，设计的实验一定要重点突出，结论直接。
　　1.4.2严谨周密
　　
　　教学设计是最直接作用于学生，直接关系到人的素质培养的问题。因此，电学实验教学设计的整体应是严谨周密的，每一个细节都应是一丝不苟的，不严密而产生的漏洞和错误，既会浪费教学时间，又无从谈教学效果。
　　1.4.2.1取材方便经济实用
　　实验器材的选择要从多方面考虑，但首先要取材方便，经济实惠，且为学生所常见。提倡教师能够尽量地做到一物多用，即利用现有的装置，进行尽可能多的实验，显示尽可能多的实验现象和实验原理。
　　1.4.2.2实验步骤应简单易行
　　实验的操作步骤应尽量简单，只要演示实验的科学性强，现象明显，越简单越好。实验可行性是指从仪器制作、器材选择、实验条件和操作等各个步骤来保证实验的成功。
　　1.4.2.3实验结果应明显
　　一般地说，观察明显、清晰的现象比观察细微、模糊的现象效果更佳，学生兴趣更浓。为了使实验效果明显清晰，我们应从这样几个方面来考虑：变小为大、变弱为强、变快为慢、变轻为重，等等。
　　1.4.3新颖有趣
　　教育心理学研究实践证明，学生在学习过程中，不论是观察、记忆、思维还是想象，没有注意的参与是不行的。因此实验的教学设计要突出实验现象的直观、新奇有趣、贴近生活。
　　1.4.3.1实验现象应直观形象
　　现象越直观，越有利于学生利用直觉思维，进行有效学习。
　　1.4.3.2实验应新奇有趣
　　学生都有好奇心理，奇特的物理现象、出乎意料的实验结论，都会在不同程度上激发起学生的求知欲望，从而促使学生更用心地学习。
　　1.4.3.3实验应贴近生活的实际
　　贴近生活的实验会使学生具有“亲近感”，学习起来更有效率。这类实验可以使学生在好奇中感受物理知识的魅力，在轻松的环境中获得真知。
　　2电学实验教学设计的任务
　　实验教学设计是物理实验顺利进行的重要保障，教学设计是运用系统方法与技术分析、研究教学问题和需求，确立解决它们的途径和方法，并对教学结果做出评价的系统计划过程。高中物理电学实验的教学设计主要有三个方面的任务。
　　2.1演示实验的教学设计
　　演示实验在物理教学中占有十分重要的地位，科学准确的演示实验，不仅可以培养学生的观察能力和思维能力，还可以对学生实验能力的培养起到潜移默化的影响。
　　一般地，课堂演示实验教学设计应包括以下四个阶段：第一，选择实验教学的具体目标，确定方向；第二，选择能够达到这些目标的教学策略，教学内容和总的步骤；第三，选择能实现上述教学策略的手段和方法；第四，选择适当的手段和方法来评价和检查所做的工作。具体说来，演示实验的教学设计应经过选题、实验教学目标的制定、实验方案的设计包括(局部设计和总体设计)、方案评价(包括试教与修改定型)等阶段。
　　2.2验证性实验的教学设计
　　验证性实验目的旨在一个设计完整的实验框架下重新验证结果，让学生通过实验验证由已学过的相关理论推导出的结论的正确性，从而加深对知识的理解，培养学生的推理能力、分析能力，训练其实验技能。
　　验证性实验是以训练学生的实验技能、验证基本理论原理为主要目标，即注重培养学生使用实验仪器，进行实验操作、实验观察、实验记录，并正确、合理地处理实验数据的技能，因此，在实际教学中，往往强调操作技能的程序化和规范化。学生所要做的，就是按照已经设计好的实验方案去检验一个已知的结果是否正确，而无需对实验设计方案的优劣、好坏进行论证和评估。
　　2.3探究性实验的教学设计
　　物理探究实验是物理学科探究中重要的探究方式和物理学习中主要的学习方式。探究性实验包含七个要素：提出探究的问题和任务；猜想与假设；制定计划与设计实验；进行实验与搜集证据；分析与论证；评估；进行准确的表达和交流。探究性实验教学模式的基本教学程序为：问题——实验——讨论，即按“问——做——议”的程序去组织教学。在“实验——探究”模式中，“实验”是手段，“探究”是模式的核心。显然，这种对实验教学功能全面开发的教学模式，是一种以学生发展为目标的，是探索性、发现性学习的实验教学模式。在探究发现的过程中，发展学生理性的、批判的思想方法，体验学者研究的苦衷和愉悦，培养他们的发现、探究能力。
　　3电学实验教学设计的指导思想和策略
　　3.1电学实验教学设计的指导思想
　　3.1.1确立学生的主体地位
　　实验教学设计的指导思想是还学生在实验中的主体位置，充分发挥其创造性，培养思维能力和动手能力。提出需要研究的问题，这一步在时间上要以学生有足够的时间去思考、设计实验方案为准，一个实验从最初的准备到最终完成，往往不是一两节课，一两次实验就能成功的，我们要加强对实验教学设计的研究并用于实践教学中，以进一步提高学生学习物理的兴趣，从而提高学习效果和学生的物理成绩及学生的动手能力和创新能力。
　　3.1.2要围绕教学目标进行实验教学设计
　　教学设计是实现教学目标的手段，是为教学目标服务的。教学设计最忌脱离教学目标，摆花架子，让人觉得教学设计的外表看起来很好，或者实际教学应用起来很花哨，但无实际作用，不能为实现教学目标服务。
　　3.1.3实验教学设计要讲究教学效果
　　教学效果就是教师为达到实验教学目标而使学生的知识、情感、技能有较大的发展和提高。实验教学设计就是要让这种效果得到最大限度的发挥。教师进行实验教学设计时要充分重视对学生学习情况的了解，即要对学生的认知水平、情感态度、实验技能有较全面的、准确的了解，才能因材施教，制定完善的实验教学措施。教学设计要重视效能反馈，调控教与学的活动，尽量缩小实验教学效果与教学目标的差距。
　　3.1.4实验教学设计要有一定的远见
　　教学设计是一种设想，实际应用的情况如何还是一个未知数，要创造出优秀的实验教学设计来，除了依据教学愿景和学生实际两大主要因素外，从·教师素质方面来说，还要有一定的教学远见和灵活运用实验教学策略的能力。教师要在积累实验教学经验的基础上形成对学生能力发展、教学情况变化等的预见力，这样，在实验教学设计时就能表现出创新意识，实验教学设计就会具备新颖性的特点。
　　3.2电学实验教学设计的策略
　　进行电学实验教学设计时还要讲究一定的策略。教学策略是教学设计时为实现教学目标而使用的谋略，教师要想方设法运用实验教学策略去调动学生的学习积极性，努力把学生的注意力吸引到实验教学的课题上来。
　　在树立正确的实验教学思想和理念，坚持实验 教学改革，正确使用传统仪器，收集资源，制作教具，改良、创新仪器，改变教学方式等的基本设计策略的基础上利用现代技术进行实验教学设计。
　　3.2.1利用网络进行电学实验教学设计
　　网络应用于电学实验教学，使传统的课堂教学具有开放性。网络辅助电学实验教学可以丰富电学实验教学信息资源以及利用网络技术的BBS和电子邮件开展合作学习，实现网上交流。教师利用网络进行电学实验教学设计的主要程序为：收集资料，制作课件。这项工作在课前由教师完成，教师可根据教学设计的要求，尽可能多的搜集与实验任务有关的各种资料，然后分门别类，将搜集的资料用FrontPage软件，做成超文本链接功能的web页面；或用Authorware软件、软件PowerPoint制作所需课件，并把制作的课件安装在网络教室的主机上。另外，还必须收集一些与学习任务相关的物理教学网站的地址，以及与学习任务有关的栏目，以便学生查找，提出任务，自主探究。教学的开始阶段，教师要创设问题情景，提出任务，介绍课件的使用。然后，引导学生利用网上资源自主探究，开展讨论，完成教师提出的学习任务。最后，学生通过网络选择适合自己的问题情景，利用获得的新知识解决新问题，通过计算机得到反馈信息和提示，进一步巩固所学知识。
　　3.2.2充分利用多媒体教学技术弥补实验中的不足
　　物理是一门以实验为基础的自然科学，这既是物理学科的特点又是物理学科的优势。利用常用仪器、教具进行实验是一种最基本的手段，而利用多媒体进行物理实验教学，不但为教和学增添了信息的传输和接收通道，而且为实验教学创设了良好的情境，是教学现代化的重要标志，是教学改革的重要组成部分。应用多媒体可展示某些实验无法演示的宏观的、微观的、极快的、极慢的物理过程，从而突破时间以及空间的束缚，进行逼真的模拟，灵活地放大或缩小物理场景，将物理过程生动形象地展现在学生眼前，使学生认识加强，理解透彻。多媒体技术的合理运用可以将物理知识形象化、具体化，把抽象变为具体，静态化为动态，更易反映出物理现象的本质，声、像结合，使学生的多种器官同时参与到学习中来，使教与学变得容易。如用Flash制作动画进行演示，展现了随着电容充放电的进行，LC回路中的电场能和磁场能之间的周期性变化，振荡电流的大小和方向变化的全过程，等等。
　　3.2.3充分发挥仿真软件在电学实验教学设计中的作用
　　仿真物理实验室、Edison4.O、Multisiml 1等仿真软件就是适用于物理电学实验的仿真教学软件。它为用户提供了一个实验器具完备的综合性实验室，可以创建用户所能想象的所有电学实验。
　　用Edison4.0进行仿真模拟实验，实验过程非常接近实际操作的效果。即能够模仿实物电路的连接，而且各元器件选择范围广，参数修改方便，不会像实际操作那样多次地使用元件而损坏器材，使电路调试变得快捷方便。Edison4.O是实物图和电路图相结合的多媒体实验室，学生通过实验，加深对电路理论知识的理解。
　　Multisimll提供了虚拟的电路实验环境，可以进行各种电路的仿真，在Multisimll软件的元器件库中，提供了17000多种元器件和仪器，在此可以完成各种电路实验，而不用担心器件被烧坏。Multisimll操作简单、降低了实验的成本和实验风险，实验的效果明显，同时也能激发学生的兴趣，能使学生自己接触电路，边连线、边测试、边分析，并与理论计算结果进行对照，极大调动了学生学习的积极性和创造性，提高了学生发现、分析和解决问题的能力，取得良好的教学效果。同时实验的过程都可以搬上多媒体屏幕，与物理课件融为一体。
　　3结论
　　电学实验的教学设计是教师教学思想的充分体现，而实验是物理教学中最直观、最形象的手段，是提高物理教学质量的重要途径，也是激发学生对物理学科产生兴趣的最好手段。在物理实验教学中，教师要敢于改革传统的实验教学模式，积极主动地做好实验的教学设计，充分调动学生学习的积极性，让学生在实验中去观察、记录，进行分析和讨论，在实践中掌握知识，并创造一种良好的学习氛围，努力实现实验教学过程的最优化，提高实验教学效益，注意引导学生科学发现，让学生感知到科学发现不仅要依据物理实验的事实和必要的数据处理、演绎，而且还需要合理的思维加工。