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小学教育专业理科方向物理学实验教学问题与对策

时间:2014-08-12


小学教育专业理科方向物理学实验教学问题与对策
摘要: 小学教育专业理科方向以培养高素质的数学和科学教师为己任, 物理学课程是其专业 必修课, 物理实验教学是物理课程的重要组成部分。 新疆师范大学初等教育学院的物理实验 教学中面临着缺乏大学物理分组实验室,演示实验项目较多,课时有限等问题,在具体实验 项目开设中:提出以掌握物理学核心概念体系为目的,熟练操作物理学基本实验仪器,开拓 物理视野的物理实验开设原则, 精选 6 个分组实验, 4 个演示实验,2 个研究性试验实验项目; 在实验教学中:以实验流程图代替传统的实验预习报告,实验记录单代替实验报告,研究性 学习研究性报告代替实验报告的教学策略,保证实验教学的有效性。 关键词:小学教育专业理科方向 ,物理实验教学, 问题, 对策

0 引言 物理学是小学教育理科方向(数学和科学)的专业必修课,物理实验是物理 学课程的重要组成部分。 本文结合新疆师范大学初等教育学院的实验条件与课程 大纲,具体讨论物理实验的项目开设原则、实验项目、实验类型、实验教学、实 验教学评价。 1.非独立设课物理实验开设的存在问题 新疆师范大学初等教育学院是从 2002 年学院成立以来,一直从事本专科层 次小学教师的培养,设立小学教育文科、理科、外语三个方向。小学教育理科方 向以培养能够从事小学数学、小学科学教学的高素质本科层次小学教师为己任, 为保障毕业生的培养质量,已经建成了综合理科实验室、钢琴室、舞蹈室等小学 教育专业实验室,取得了不错的教学效果,但是在具体物理、化学、生物等学科 基础实验的开设中还存在一定的问题。主要表现为: (1)缺少物理基础实验室 新疆师范大学初等教育学院小学教育专业实验室筹建过程中考虑到学校理 科院系已经具备开设物理基础实验的能力,因此没有规划专门的物理、化学、生 物等学科基础实验室。 但是初等教育学院所在的新疆师范大学文光校区主要是人 文、法经、语言、历史与人文等文科院系,物理、化学、生物等理科院系位于新 医路主校区。 在基础物理实验开设的过程中必须考虑跨校区、 跨学院教学的师资、 交通、费用等实际的问题。 (2)具备项目中多的物理演示实验室 初等教育学院实验教学中心综合理科实验室下设物理演示实验室,涵盖力 学、热学、电磁学、光学部分的 84 个实验。见表 1.

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42

学科 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 力学 热学 热学 热学 热学 热学 热学 热学 热学 电磁学 电磁学 电磁学

实验主题 纵波 重心运动 重心运动 重心运动 重心的运动 液体压强 液体压强 液体压强 完全弹性碰撞 牛顿第三定律 牛顿第二定律 牛顿第二定律 能量守恒定律 能量守恒定律 能量守恒定律 流体力学 流体力学 角动量守恒 角动量守恒 简单机械 简单机械 横波 固体压强 共振 共振 刚体角动量 刚体的运动 浮力 浮力 波的形成 波的传播 物体的性质 物体的性质 物体的性质 物态变化 热力学第二定律 分子力 分子的运动 分子的统计规律 同步地球卫星 直流发电机 直流发电机

实验名称 纵波演示仪 袋鼠下坡 翻跟头的魔丸 竞速轨道 锥体上滚演示装置 彩色喷泉实验系统 奇怪的漏斗 液体内部压强的演示 碰碰球实验系统 水的反冲实验系统 翻板车实验 奇异的翻转环 筋斗鼠 麦克斯韦滚摆 能量穿梭机 伯努利原理 气悬球的演示 飞机模型演示角动量守恒 茹克夫斯基凳演示组合 杠杆原理 起重机工作原理 横波演示仪 压力与压强演示仪 共振小娃 鱼洗 陀螺仪 车轮演示进动 会浮沉的小鱼 潜水艇原理 水波演示仪 奇妙的声传播演示仪 记忆合金花 热磁轮 温差发电 饮水鸟 电冰箱制冷原理演示 表面张力实验器 气体扩散的投影演示 投影式伽耳顿板 GPS 全球定位系统演示仪 脚踏发电机 手摇发电

43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85

电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 电磁学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学 光学

原电池 太阳能转化为电能 摩擦起电 摩擦起点 楞次定律 楞次定律 楞次定律 空气电离 空气电离 空气电离 静电作用规律 静电屏蔽 交流电磁场 辉光放电 辉光放电 高压放电 电路的连接 电磁加速 电磁感应 电磁波发射、接收 地磁场与磁体作用 导体、绝缘体 磁体间作用规律 磁体间作用规律 磁场对导体的作用 磁场的分布 常温磁体间作用 左右图像叠加形成立体视觉 凸透镜成像 双凹面镜成像 视觉暂留 全反射 平行光栅成像 平面镜组合成像 平面镜成像 激光的干涉 光学器件作用 光电效应 光电效应 错觉 凹面镜成像、平面镜成像组合 凹面镜成像 Led 视觉暂留

手触式蓄电池演示仪 太阳能风车 范式起电机 水滴发电 法拉第楞次定律演示 楞次转环 跳环式楞次定律 富兰克林电风车 静电马达 雅各布天梯 怒发冲冠 静电屏蔽演示器 三相交流磁场 辉光盘 辉光球 避雷针放电原理 简单电路组合探究实验仪 电磁炮 电磁感应现象 无线电发射台模拟实验仪 司南 人体导电 磁悬浮列车 磁悬浮哑铃 三相涡流旋转仪 立体磁力线 磁悬浮地球仪 3D 影像系统 菲涅尔透镜 双曲面镜成像 看得见的声波 导光水柱 你中有我、我中有你 真实的镜子 窥视无穷 激光监听实验仪 光岛演示仪 激光琴 无皮鼓 错觉画 幻影合成 同自已握手 梦幻点阵

物理学是小学教育专业理科方向的专业必修课, 小学教师专业标准要求 “26. 掌握所教学科知识体系、 基本思想与方法。 ” ,作为科学课程三个领域之一的物质 领域,有必要掌握物理学的学科知识体系、基本思想和方法。物理实验是物理课 程的重要组成部分, 可以理解物理学的基本概念知识体系,掌握基本的物理实验 仪器的使用方法,加深物理概念体系与现实世界的联系。 1.物理实验教学面临的问题 新疆师范大学初等教育学院位于文光校区,学院现有综合理科实验室,下设 科学探究实验室有力学、热学、电磁学、光学等演示实验项目 84 个,如何在物 理学课堂教学中将这么多的演示实验开设其中是需要探讨的问题。 物理分组实验课程
阶段 序号 实验项目 学时 3 基 本 内 容 游标卡尺、千分尺的使用、直接测量和间接测 量的数据处理 天平的使用、固体密度的测量、间接测量的数 据处理 自组电桥、测中值电阻、测电桥灵敏度、不确 定度传递公式 移测显微镜的使用、测平凸透镜曲率半径、双 变量测量的数据处理 性 质 验证性

1 长度与体积的测量 预 备 性 实 验 2 密度的测量 3 惠斯通电桥 用牛顿环法测平凸透镜曲率半 4 径 5 透镜焦距的测量 6 金属杨氏弹性模量的测量 基 础 性 实 验 11 分光计的调节和使用 热电阻和热敏电阻的温度特性 7 的测量 8 用模拟法测绘静电场 9 金属线胀系数的测量 用板式电位差计测电池电动势 10 和内阻

3

验证性

3

验证性

3

验证性 验证性 综合性

3 光学系统的等高共轴调节、测凸凹透镜的焦距 3 用拉伸法测金属丝杨氏模量、用光杠杆测微小 伸长 测金属铜电阻及负温度系数、热敏电阻的温度 特性 用稳恒电流场模拟静电场、用模拟法测绘点电 荷的静电场

3

综合性

3

验证性 综合性 验证性

3 用光杠杆测微小伸长 3 用板式电位差计测电池电动势和内阻 分光计的调节、测三棱镜顶角、用最小偏向角 法测定玻璃折射率

3

综合性

12 迈克尔逊干涉仪测钠光波长 13 验证牛顿第二定律 14 冲击法测量磁感应强度 15 示波器的使用 16 平行光管的调节和使用 17 水的表面张力系数的测量 18 声速的测量 19 用光电效应测量普朗克常量 20 不良导体导热系数的测量 序号 21 实验项目 万用表的设计与组装 伏安法测电阻的误差分析与仪 表选择 23 测温电桥的电路设计、安装与 使用 24 示波法观测磁滞回线 磁流体表观密度随外磁场变化 规律的实验研究 26 磁流体密封泄放压与外磁场变 化关系的研究 27 传感器的应用研究——电子秤 6 28 电饭锅温度控制电路的设计和 组装 6 6 6 6

3 迈克尔逊干涉仪的调节、测钠光波长 3 气垫导轨的调节、验证 a∝F、a∝1/m 3 冲击法测螺线管的磁感应强度分布 3 观测交流信号及整流电压波形、测电压和周期 3 用平行光管测透镜的焦距及其分辨本领 3 拉脱法测水的表面张力系数 3 用相位法测空气中的声速 3 光电效应测普朗克常量 6 热电偶测散热曲线、稳态法测导热系数 学时 6 基 本 内 容 设计和安装一台能测交直流电压、直流电流和 电阻的万用表

综合性 验证性 验证性 验证性 验证性 验证性 验证性 验证性 综合性 性 质 设计性

22

6

根据给定的误差要求选择测量方法和测量仪器 研究性

利用负温度系数的热敏电阻器设计组装一台温 度计 用示波器观测软磁、硬磁及磁流体材料的磁滞 回线 研究磁流体表观密度与磁场的变化规律

设计性

研究性

25

6

研究性

研究磁流体密封压力与磁场变化的规律 用箔式应变片传感器组装一台电子秤 设计组装电饭锅的控制电路 根据电阻、电容、电感、二极管、热敏电阻等

研究性 研究性 设计性

29

黑箱中电子器件探密

6

电子元件特性,借助万用表等仪器来探求锁在 综合性 箱中的电子元件的名称和参数

30 三线摆测转动惯量误差的分析 6 31 铜热电阻温度计的设计与组装 6 32 6

研究三线摆测转动惯量测量误差与摆长、摆角 及用不同记时仪器之间的关系 根据铜热电阻的温度特性,利用非平衡电桥原 理设计组装一台温度计 在学生熟悉的电路中人为设置若干故障,要求 学生利用万用表对故障做出诊断并给予排除 学生自行设计校准电路,通过实验给出校准结 果 基 本 内 容

研究性

设计性

电路故障的诊断和排除

综合性

33 序号

电位差计校表 实验项目

6 学时

设计性 性 质

34 35

表头内阻的测量 用分光计测低压汞灯光栅波长 分布

6 6

多种方法测量表头内阻及不确定度分析 学生自行设计光路测低压汞灯光栅波长分布, 并测出光栅常数、分辨本领等有关参数 用光栅摄谱仪测氢氘原子光谱分布,求里德堡

设计性 研究性

36

氢氘原子光谱

6

常数,计算电子与质子的质量比、氢、氘的核 研究性 质量比。

37

发射光谱定性分析

6

用棱镜摄谱仪拍摄发射光谱,对发射光谱定性 分析。 低温下测量 YbaCu 高温超导体的温度特性曲

综合性

38

高温超导材料特性的测定

6

线。了解超导材料的基本特性,理解零电阻现 综合性 象和完全抗磁性的概念。

39

密立根油滴实验

6

用密立根油滴仪测电子的电量,研究带电油滴 在重力场和静电场中运动的规律。

研究性

物理学在人的科学素质培养中具有重要的地位, 实验为物理学的 基础,它反映了理工科实验的共性和普遍性问题, 在人才科学素 质培养中起着不可替代的重要作用。20 世纪中叶以来,以计算 机信息科学技术、生命科学、空间科学、材料科学等为代表的新 的科学技术革命, 极大地加速了科学技术的发展和各学科之间的 相互交叉和渗透, 新的综合化趋势已成为科学发展的主流。 因此, 物理实验课程体系,教学内容和教学方法、手段必须由封闭型向 开放型转变。 大学物理实验作为大学生在进校后的第一门科学实 验课程,不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练,掌握 科学实验的基本知识、 方法和技巧, 更主要的是要培养学生严谨

的科学思维能力和创新精神,培养学生理论联系实际、 分析和解 决实际问题的能力,特别是与科学技术的发展相适应的综合能 力,适应时代的发展,科技进步的创新能力。

新实验课程的组成部分为: 基本实验、 综合性实验、 设计性实验、 科学小实验等,形成从低到高、从基础到前沿、从接授知识到培 养综合能力,逐级提高的一、二、三、四级基础物理实验课程新 体系。每一级物理实验用一个学期的时间完成,不同的级标志着 不同实验技能和科学思维水平。 使学生从较高起点上进入大学物 理实验,逐级提高地走向科学的高峰。 一级物理实验(基础物理实验):
主要为基本物理量的测量、 基本实验仪器的使用、基本实验技能的训练和基 本测量方法与误差分析等,涉及到力、热、电、光、近代和物理各个学科,是大 学物理实验的入门实验,也是适合于各专业的普及性实验。 实验题目如下:
用示波器测量时间 用天平测量质量 直流电表和直流测量电路 用热敏电阻测量温度 半导体温度计的设计与制作 表面张力系数的测定 液体粘度的测定 落球法测定液体粘度 转筒法测定液体粘度 钢丝杨氏模量的测量 测量螺线管的磁场 透镜参数的测量 分光计的调节与使用 用密立根油滴实验测电子电荷 光电效应法测普朗克常量

直线运动中速度的测量 碰撞过程中守恒定律的研究 单摆的设计与研究

切变模量的测量 固体比热容的测量 交流电及整流滤波电路

干涉法测几何量

1.重视演示实验和近代物理实验的教学 诺贝尔物理学奖获得者格拉肖指出: “在我们研究物理问题的时候,往往会见到现实世界的 各种形式.对世界或人类社会的事物形象掌握得越多,越有助于抽象思维. ”青年时期,抽 象逻辑思维逐渐占主导地位,如果能在大学物理教学中就“物”论“理” , “物”中有“理” , 即“物”想“理” ,喻“理”用“物” ,将更有利于形象思维和逻辑思维相互沟通、互相补充, 以促进学生解决复杂问题的能力.物理学是以实验为基础的学科,生动的、直观的、可信度 强的物理实验为培养学生观察、分析、解决问题的能力和创造性思维提供了条件.因此,它 在培养小学教师的科学素质中显示出极大的优越性. 演示实验在大学物理教学中的必要性和重要性, 专家和教师已经形成共识. 演示实验要体现 实验与理论相结合、演示与展示相结合,体现实验的多层次、多方面,还要联系现代科技, 并能体现师生的探索和创新.因此如何规划演示实验和教学相结合,体现其多层次、多模块 的教学体系非常重要.关键是根据教学内容和对象的不同,如何优化组合实验仪器,使其达 到以下功能:趣味物理演示实验,服务课堂教学的演示实验,展示物理前沿科技和尖端技术 的演示实验,学生动手操作的探索性演示实验,开展演示实验科技创新活动,由于时间、空 间等因素的影响,不便或无法进行实物演示,需借助网络、计算机和多媒体等设备代替实物 演示,进而提高演示的效率和效果.同时要把演示实验引入到讨论课中,促进物理课教学方 法改革.课堂演示教学实验一般与教学内容同步,配合理论课堂教学,帮助学生理解和掌握 物理概念、物理规律,激发学生学习的兴趣.能否把演示实验引入到大学物理讨论课甚至是 复习课中,使学生所学知识能融会贯通,加深理解,提高分析和解决问题的能力,无疑是物 理演示实验建设的一个新的思路.其中的关键是如何选择、设计讨论课上的演示实验,既要 让学生觉的有趣味性、启发性,又要学生必须仔细深入分析才能理解,这需要教师在上课前 做充分准备.当然由于课堂演示的局限性——学生多,参与少,现象不明显,同步观察的空 间小,这样会削弱了课堂演示的实践性、直观性及可测性,因此还可以考虑开设演示实验选 修课. 李春雷,小学教育专业学生物理素质的培养【J】赤峰学院学报(自然科学版),第 27 卷第 6 期,2011 年 6 月,11-13 页。


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