微實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效能分析

潘海龍 王風(fēng)巍

【摘要】本研究采用對(duì)比實(shí)驗(yàn)法，研究微實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)中，對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、學(xué)習(xí)效果四個(gè)方面的影響。數(shù)據(jù)分析表明：微實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生提高了物理實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)的效率，對(duì)理解記憶性的內(nèi)容有明顯提升;微實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生觀察能力和動(dòng)手操作的能力，但微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算提高不明顯;微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果有6%到68%的提高。

【關(guān)鍵詞】微實(shí)驗(yàn)，物理教學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，效?/p>

1 ? 引言

社會(huì)學(xué)習(xí)理論認(rèn)為[1]，人的多數(shù)行為是通過(guò)觀察別人的行為和行為的結(jié)果而習(xí)得的，依靠觀察學(xué)習(xí)可以迅速掌握大量的行為模式。經(jīng)驗(yàn)之塔理論[2]提出有效的學(xué)習(xí)之路應(yīng)緣于具體經(jīng)驗(yàn)，美國(guó)視聽(tīng)教育家戴爾認(rèn)為，學(xué)生積累了一些具體經(jīng)驗(yàn)，并能夠理解真實(shí)事物的抽象表現(xiàn)形式，在這個(gè)基礎(chǔ)上，才能有效地參加更加抽象的教學(xué)活動(dòng)。而視聽(tīng)媒體相比語(yǔ)言、視覺(jué)符號(hào)更能為學(xué)生提供具體和易于理解的經(jīng)驗(yàn)，并能沖破時(shí)空的限制，彌補(bǔ)其他直接經(jīng)驗(yàn)方式之不足，視聽(tīng)媒體應(yīng)用教學(xué)有不可比擬的優(yōu)越性。學(xué)習(xí)金字塔理論[3]也表明，學(xué)習(xí)者觀摩視聽(tīng)媒體演示，3小時(shí)后保持率微90%，3天后保持率仍在75%，兩周還有30%學(xué)習(xí)保持率。

微實(shí)驗(yàn)是一種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ絒4]，微實(shí)驗(yàn)與微課程相結(jié)合也是一種新型教與學(xué)的資源。微實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供可視化學(xué)習(xí)材料，能讓學(xué)生充分感知物理現(xiàn)象，能使物理抽象問(wèn)題形象化，降低學(xué)生物理知識(shí)認(rèn)知的難度，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。微實(shí)驗(yàn)可反復(fù)演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，助力學(xué)生思維由感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生物理思維的深度，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的觀察能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維能力也有很好的訓(xùn)練和培養(yǎng)。高中物理實(shí)驗(yàn)由于實(shí)驗(yàn)器材不足、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象受外界干擾大、體驗(yàn)性不強(qiáng)、組織困難等，多數(shù)教師以講授代替了實(shí)驗(yàn)操作。微實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芎玫媒鉀Q上述問(wèn)題。

本次選定新課標(biāo)人教版（2019版）物理必修1第二章第一節(jié)《探究速度隨時(shí)間的變化規(guī)律》的內(nèi)容作為應(yīng)用教學(xué)研究，本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）正確使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;（2）使用紙帶測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度和某時(shí)刻的瞬時(shí)速度;（3）用圖像法、列表法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。本節(jié)課所用儀器是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，它是高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)重要的實(shí)驗(yàn)儀器;實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法是圖像法、列表法，它們也是高中力學(xué)實(shí)驗(yàn)和電學(xué)實(shí)驗(yàn)常用的數(shù)據(jù)處理方法。

本研究采用課題組錄制的微實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)材料，應(yīng)用于理論學(xué)習(xí)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)兩環(huán)節(jié)，收集數(shù)據(jù)。分析微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、學(xué)習(xí)效果四方面的影響。本次研究選擇高一級(jí)同一老師所帶四個(gè)班進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在學(xué)習(xí)效果方面，同時(shí)把實(shí)驗(yàn)班與高一級(jí)其他班月考測(cè)試成績(jī)對(duì)比分析。

2 ?實(shí)驗(yàn)

2.1研究的方法

2.1.1被試對(duì)象

兩個(gè)本校班（高一7班50人，高一8班50人）入學(xué)班物理平均成績(jī)分別為24.6分和23分;兩個(gè)分校班（高一17班50人，高一18班50人）入學(xué)班物理平均成績(jī)分別為16.4分和17分。

實(shí)驗(yàn)班：高一7班、高一17、高一18班;對(duì)比班：高一8班。

2.1.2實(shí)驗(yàn)材料

課題組錄制的微實(shí)驗(yàn)《探究速度隨時(shí)間的變化規(guī)律》、分組實(shí)驗(yàn)儀器（實(shí)驗(yàn)室）、檢測(cè)試卷（2份）、分組實(shí)驗(yàn)觀察表、月考成績(jī)、好分?jǐn)?shù)閱卷系統(tǒng)。

2.1.3實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括三個(gè)階段：理論學(xué)習(xí)階段、分組實(shí)驗(yàn)階段和課后檢測(cè)階段。

理論學(xué)習(xí)階段：1課時(shí)，實(shí)驗(yàn)班觀看微實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)材料，然后使用教材和導(dǎo)學(xué)案自主預(yù)習(xí);對(duì)比班僅使用教材和導(dǎo)學(xué)案自主預(yù)習(xí)。當(dāng)堂后15分鐘完成預(yù)習(xí)檢測(cè)試卷。檢測(cè)試卷從五個(gè)維度考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)效果，分別是實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)、使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。預(yù)習(xí)測(cè)評(píng)的目的是檢測(cè)微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)和瞬時(shí)記憶的影響程度。

分組實(shí)驗(yàn)階段：1課時(shí)，從時(shí)間層面設(shè)定五個(gè)維度考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，分別是儀器組裝、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、繪制v-t圖像。教師介紹實(shí)驗(yàn)儀器使用，示范儀器組裝和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的方法，用時(shí)10分鐘。隨后學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo)并每隔5分鐘統(tǒng)計(jì)學(xué)生依次在各維度的完成小組數(shù)，目的是檢驗(yàn)微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)效率影響程度。

課后檢測(cè)階段：檢測(cè)1：分組實(shí)驗(yàn)1天后，學(xué)生完成一份檢測(cè)試卷，用時(shí)25分鐘，教師閱卷并統(tǒng)計(jì)每道題的得分;檢測(cè)2：7天后月考測(cè)試，通過(guò)好分?jǐn)?shù)閱卷系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)成績(jī)。目的是檢測(cè)微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)技能的養(yǎng)成影響程度。

2.2 ?結(jié)果分析

2.2.1 理論學(xué)習(xí)階段

由圖1可看出，在本校班之間，理論學(xué)習(xí)效果實(shí)驗(yàn)班優(yōu)于對(duì)比班，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟維度的掌握，實(shí)驗(yàn)班高于對(duì)比班163%，在分校班之間，理論學(xué)習(xí)效果兩實(shí)驗(yàn)班基本持平。在本校對(duì)比班和分校實(shí)驗(yàn)班之間，本校對(duì)比班入學(xué)班物理平均成績(jī)?yōu)?3分，分校實(shí)驗(yàn)班入學(xué)班物理平均成績(jī)?yōu)?6.4分，兩班差距約在28%間。在理論學(xué)習(xí)效果上，使原有差距的分校實(shí)驗(yàn)班反而超越了本校對(duì)比班，對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟維度的理解記憶，分校實(shí)驗(yàn)班高于本校對(duì)比班124%。在本校實(shí)驗(yàn)班和分校實(shí)驗(yàn)班之間，本校實(shí)驗(yàn)班入學(xué)班物理平均成績(jī)?yōu)?4.6分，分校實(shí)驗(yàn)班入學(xué)班物理平均成績(jī)?yōu)?6.4分，兩班差距約在33%間。在理論學(xué)習(xí)效果上，使原有差距的分校實(shí)驗(yàn)班和本校實(shí)驗(yàn)班也達(dá)到同一層次的學(xué)習(xí)效果。說(shuō)明微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)理論的學(xué)習(xí)幫助明顯。

2.2.2 分組實(shí)驗(yàn)階段

由圖2可看出，在實(shí)驗(yàn)儀器組裝和實(shí)驗(yàn)操作兩維度上，限定時(shí)間內(nèi)，學(xué)生完成小組數(shù)實(shí)驗(yàn)班高于對(duì)比班，分校實(shí)驗(yàn)班與本校實(shí)驗(yàn)班完成小組數(shù)相同。說(shuō)明微實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供具體的實(shí)驗(yàn)操作演示，培養(yǎng)學(xué)生觀察的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?xùn)練了學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。?shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理兩維度對(duì)學(xué)生有難度，在兩倍限定的時(shí)間內(nèi)，兩維度的學(xué)生完成小組數(shù)相對(duì)較少，本校實(shí)驗(yàn)班7組，本校對(duì)比班5組，分校實(shí)驗(yàn)班5組，原有差距的分校實(shí)驗(yàn)班與本校對(duì)比班完成小組數(shù)相同，微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理兩維度也產(chǎn)生了正向影響。由于課堂時(shí)間限制，當(dāng)堂沒(méi)能繪制出v-t圖像。

2.2.3課后檢測(cè)階段

課后檢測(cè)1：

課后被試對(duì)象都學(xué)習(xí)微實(shí)驗(yàn)2遍。由圖3可看出，實(shí)驗(yàn)班和對(duì)比班學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)微實(shí)驗(yàn)后，最終學(xué)習(xí)效果基本持平，與學(xué)生入學(xué)成績(jī)呈正相關(guān)。但本校班和分校班間的差距縮小，數(shù)據(jù)處理方面差距縮小為11%，數(shù)據(jù)計(jì)算方面差距縮小為17%。

月考檢測(cè)2：

月考成績(jī)數(shù)據(jù)來(lái)自好分?jǐn)?shù)閱卷系統(tǒng)。由圖4可看出，使用微實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的4個(gè)實(shí)驗(yàn)班，在本次月考檢測(cè)中物理成績(jī)相對(duì)較高。由圖5可看出，在本校班（高一2班至高一15班）之間，月考試卷物理實(shí)驗(yàn)題得分率，實(shí)驗(yàn)班明顯高于其他班，有6%—68%的差距;在分校班（高一16班至高一20班）之間，月考試卷物理實(shí)驗(yàn)題得分率，實(shí)驗(yàn)班處于前列。表明微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果影響明顯。整體來(lái)看，微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)習(xí)力較強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)產(chǎn)生的影響更顯著。

3 ?討論

微實(shí)驗(yàn)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，為學(xué)生提供具體的經(jīng)驗(yàn)，彌補(bǔ)學(xué)生直接經(jīng)驗(yàn)之不足，幫助學(xué)生更好的掌握實(shí)驗(yàn)理論，促進(jìn)教學(xué)效果的提升。結(jié)果分析中表明，在理論學(xué)習(xí)方面，實(shí)驗(yàn)班優(yōu)于對(duì)比班，使原有差距的分校實(shí)驗(yàn)班與本校實(shí)驗(yàn)班也達(dá)到相同的學(xué)習(xí)效果，可以肯定微實(shí)驗(yàn)?zāi)茌o助學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理論的預(yù)習(xí)，加深學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)原理的理解和記憶，這點(diǎn)符合學(xué)習(xí)金字塔理論。在實(shí)驗(yàn)操作方面，實(shí)驗(yàn)班也優(yōu)于對(duì)比班，使原有差距的分校實(shí)驗(yàn)班與本校實(shí)驗(yàn)班也達(dá)到同樣的操作技能水準(zhǔn)，可以肯定微實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生正確使用實(shí)驗(yàn)儀器，能夠培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?dòng)手操作實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＴ跀?shù)據(jù)處理方面，本校實(shí)驗(yàn)班和對(duì)比班基本一樣，分校班低于本校班，微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算能力影響不明顯，此方面與學(xué)生入學(xué)成績(jī)呈正相關(guān)。在學(xué)習(xí)效果方面，兩次檢測(cè)結(jié)果都表明，實(shí)驗(yàn)班高于對(duì)比班，分校班與本校班間差距縮小，說(shuō)明微實(shí)驗(yàn)提升了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果，對(duì)學(xué)習(xí)力較強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)影響更顯著。同時(shí)微實(shí)驗(yàn)減輕教師重復(fù)工作的負(fù)擔(dān)，提高了教學(xué)的效率[5]。

4 ? 結(jié)論

在本研究下，得出以下結(jié)果：（1）微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)理論的學(xué)習(xí)影響明顯，微實(shí)驗(yàn)提高了學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的效果，對(duì)理解記憶性的內(nèi)容提升明顯。（2）微實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能，反復(fù)學(xué)習(xí)，能提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效果。（3）微實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生數(shù)據(jù)處理的運(yùn)算方面影響不明顯，還有待進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)

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甘肅省教育科學(xué)‘十三五’規(guī)劃2020年度《“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下物理微實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究》課題（課題批準(zhǔn)號(hào)：GS（2020）GHB3017）

課題負(fù)責(zé)人：潘海龍，2001年畢業(yè)于甘肅省西北師范大學(xué)，物理教育專(zhuān)業(yè)，從事高中物理一線教學(xué)20年，多次獲市級(jí)優(yōu)質(zhì)課獎(jiǎng)，參與縣級(jí)課題《高中物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新研究》，主持縣級(jí)課題《微實(shí)驗(yàn)在突破物理認(rèn)識(shí)性難點(diǎn)中的實(shí)效性研究》。