摘要：本课题是现代教育科学研究方法与现代教学理论、现代教育技术相结合的结晶。现代教育科学研究的方法使我们认识到了传统实验教学模式存在的问题，现代教学理论使我们对学生实验技能习得的条件有了充分认识，运用教学设计方法，对物理学生实验进行了优化设计，现代教育技术又使得我们的教学设计得以实现。研究中对学生的行为进行了结构化观察，对学生的态度进行了问卷调查，对学生在新与旧的教学模式下的实验技能形成情况进行了对比研究，既得出了富有普遍意义的对优化学生实验过程有用的结论，又对多媒体学生实验课的教学模式进行了有益的探索，形成了一套使学生有序与高效习得实验技能的教学方法与课件。以此为基础开设的各级观摩课受到全体听课教师和专家的好评。
一、问题的提出背景
1、背景--传统实验教学模式存在的问题剖析
我们通过观察对比班级在实验课时的学生行为，发现传统的实验教学方法存在如下一些问题：
（1）在教师介绍实验器材时是学生注意力最不集中之时。例如在学生实验《练习使用打点计时器》时，有的学生在固定打点计时器，有的学生穿纸带，有的学生在调整电源电压。当教师叫学生回答器材名称时，因大多数同学看不清教师所指部位，所以只是管自己边看边摸。又例如有一些学生开始是听教师在讲，但当教师讲了如何选择电源电压后，就只顾自己动手不再听讲了，这种情况在传统的实验课中是十分普遍的，究其原因，我们认为这是由于信息相互干扰的结果。当教师介绍实验器材时，由于学生看不清教师手上的器材，肯定得看自己桌上的器材，这样的话，学生接受的视觉信息来自实验桌上，而听觉信息来自教师，教师对学生的引导能力就大大下降，出现大量学生注意力不集中现象也就不奇怪了。由于学生听讲时的不认真，导致一些学生在十分基本的知识点上也要发生错误，例如我们在观察《练习使用打点计时器》实验的学生行为时就发现有两个小组把导线接在直流电源上，又如在《练习使用多用电表》的对比实验中，有的学生把表笔插在插孔内。
（2）在教师介绍实验原理时也是学生注意力不集中之时。除了前面所述的由于信息干扰这一原因外，主要原因是因为教师只利用静态的示意图及板书，讲解对学生产生的吸引力不及实验器材对学生产生的吸引力大。我们通过观察发现，近三分之一的同学在教师讲解实验原理时一直在摆弄实验器材，例如在《测玻璃的折射率》这个实验中，当教师在讲解实验原理时，有不少学生在摆弄玻璃砖。
（3）学生注意力相对集中及积极参与是在"仪器安装及调节""操作并记录数据""数据分析及处理"这三个阶段。在这三个阶段学生的积极性虽然很高，但实验效果并不好，这是因为由于学生在前面几阶段的基础没有打好，导致学生的操作无序，通过实验操作并没有达到培养学生良好的操作技能这一目标。例如在练习使用打点计时器时，一些学生一开始在固定打点计时器，而另一些学生在连接导线；一些学生是先放复写纸，后穿纸带，而另一些同学则是先穿纸带，后放复写纸。又例如在《测凸透镜焦距》这个实验时，由于学生在教师讲解实验原理时不专心，所以在用共轭法测透镜焦距时还在移动光屏的位置，不能保证L不变这一实验条件的满足。在数据分析及处理阶段，由于条件的限制，教师无法对学生的实验及数据处理情况进行反馈，失去了对错误操作进行纠正的机会。
（4）在反馈与评价阶段，也是学生注意力相对不集中之时。由于传统教学模式中缺乏强有力的反馈手段，所以反馈这一技能学习必须的教学环节通常在实验课中很少得到体现。虽然有部分教师认识到反馈的重要性，用嘴讲解观察到的一些规范的实验行为，但由于学生没有亲眼看见，所以常常引不起学生的兴趣与重视。例如在《练习使用打点计时器》这一实验的反馈阶段，由于教师无法将学生打出的纸带投影出来，故只能画几张图让学生讨论一下，学生对此兴趣不大。
2、理论依据
(1) 现代教育技术为高效的实验教学提供了硬件基础
如果说过去学生实验教学的失败还有着物质条件、高考、师资等多方面因素的制约的话，那么随着现代教育技术的普及、素质教育目标的确定、教师队伍素质的提高，优化学生实验教学过程，改进实验教学方法，提高实验教学的效率是完全有可能的。
在教学过程中，教师是教学信息的传播者，学生是教学信息的接受者，媒体是教学信息的载体，传播效果与多种因素有关，在传统教学中，文字和实物形式的信息传输比较直接和简单，教学信息通道和流量相对来说比较小。现代教育技术的作用，就是将先进的、宏观的、微观的和课外的教学信息以多媒体技术为载体集中传递给学生，拓宽了信息通道，加大了信息流量，而且由于声、光、电技术的采用提高了信息传递的质量。
(2)现代教学设计方法为实验教学的优化提供了可操作的方法
教学设计不仅仅是一门方法论的学科，它是以认知学习理论为基础，以教学传播过程为对象，以系统方法论为指导所进行的一种计划过程。教学设计既是教学技术 学的重要领域，又是教学科学的重要组成部分。（a）教学设计是一种用以开发学习经验和学习环境的技术，这些学习经验和环境有利于学生获得特定的知识与技能；（b）教学设计是一种将不同学习策略整合进教学经验的一门技术，利用这些教学经验可以使知识、技能的获得更有效率，更有效果和更吸引人；(c)教学设计是一种创设学习情景和学习环境的技术，正是这些学习经验和学习环境能够有利于教学活动的顺利开展。
3、对优化物理学生实验的思考与设计
通过对传统教学模式下的学生实验过程的观察，我们认为存在着三大问题，按照教学设计更有效率、更有效果和更吸引人的要求，我们进行了如下的思考与设计。
(1)变视听信息相互干扰为协调一致
视听信息相互干扰大大影响了教师对学生的控制与引导，使开始阶段的信息传输受阻，降低了课堂教学的效率，这对于以动作技能为特征的学生实验课（特别需要示范与反馈）来说，确实是一个致命的问题。我们认为在开始讲解器材作用与介绍实验原理时一定要让学生的头抬起来，为了做到这一点，我们认为可以用视频展示台将实验器材放大，这样学生既可以看到清晰的仪器，又可以听教师讲解。如果为了做成一个相对完整的课件，也可以用扫描仪将仪器的照片扫入CAI课件。在实验原理讲解时，我们力求用生动活泼的形式来吸引学生的注意力，例如在《练习使用打点计时器》中我们制作了"打点计时器工作原理"的动画。在动画中，交流电的大小与方向的变化通过电流表的指针偏转来表现，振片的磁极变化通过与永久磁铁对应的颜色变化来反映，打点周期通过周期为0.02S的一个小时钟来表达。又例如在《测定玻璃的折射率》实验时，在操作步骤讲解时，由于学生还没有实际看大头针像的经验，教师很难用语言把物像"遮挡"及其本质讲清楚，我们通过制作动画很好地突破了这一教学难点。由于动画生动形象，所以大大提高了学生的注意力，整个学习过程十分顺利，教学效率大大提高。
（2）用动作技能的学习规律指导动作技能的学习
传统教学模式下培养出来的学生的动作技能是十分缺乏的，具体表现在参加实验考查时，既便面对十分简单的实验，例如"打点计时器的使用""用万用表测电阻"学生也是手不断地抖，看一步操作步骤做一步，根本达不到熟练（自动化）程度，另外在传统模式下的学生实验时，不同组的学生其操作常常各不相同，经常出现错误的操作方法，例如在《用玻璃测折射率》这一实验时，有的学生用玻璃砖作工具固定大头针。究其原因，我们认为这是由于教师不熟悉动作技能的学习规律的缘故。有的教师把动作技能的学习等同于知识的学习，认为我己经把它讲清楚了,你们也就会了。有的教师由于自己已经掌握了动作技能（达到自动化）而认为动作技能的学习很简单。其实既使是比较简单的骑车、游泳等动作技能，哪个人是一学就会的呢？动作技能的学习的特点是先知觉再通过训练成为动作技能，一般说来它的学习需要经历三个阶段：第一是认知阶段，学习者通过外部的言语指导，或通过观察他人的动作示范，试图理解任务及要求。这里的"动作示范"可以是指导者的示范也可以是其他学习者动作的示范。这一阶段的主要任务是领会技能的基本要求，掌握组成技能性活动的局部动作；第二是联系形成阶段，此时学习者要建立外部刺激与动作之间的联系，这一阶段的基本任务是把局部动作组成大的单元；第三是自动化阶段，学习者经过学习，各个局部动作之间联系已经形成，一长串的动作系列已联合成一个有机的整体，其中的多余动作已消失，整套动作进行得流畅、省力，可以一气呵成。在我们的研究中，我们十分重视教师的示范，不仅教师通过视频展示台演示每一步操作步骤，还把操作步骤拍成录像后制作在CAI课件中，这些录像中有一些学生易犯的错误，我们借鉴中央电视台《正大综艺》栏目中的"找错误"节目，让学生也找一找录像中的错误之处，对此学生兴趣很高，每当学生发现一次错误，都会发出一阵开心的笑声。经过教师示范、学生找错误以后，学生实验操作的正确率大大提高，教学效果及教学的吸引力大大提高。
（3）加强对实验操作过程及数据处理的反馈
研究表明，只有不断地进行反馈，学生不良的操作行为才能得到纠正。在传统的教学模式中，学生的操作过程与实验数据的处理通常得不到及时反馈，正是由于对学生的操作过程缺乏有效的反馈，使得学生对自己的操作显得随便，正是因为对学生的操作过程缺乏有效的反馈，学生常常觉察不到自己操作上存在的错误与不规范。就数据处理来说，因为学生的实验数据都是记载在实验册中，而且数据处理过程中的错误，在实验册的批改中难以发现，如在打出纸带后，位移的测量有的学生采取分段测量，验证机械能守恒定律中测量点的选取不同等。另外，从完成实验到上交实验册再到教师批改后发还给学生，需要一周多时间，这时学生与教师都早已进入另一种教学与学习情景，教师对学生在实验时出现的抄袭数据、凑数据的现象也因不能及时反馈而难以发现与纠正，既使教师在批改实验册时发现并在课堂中加以指出，也会因事过境迁而使学生触动不大，这样长此以往，学生肯定无法形成良好的科学素养。视频展示台为实验操作的反馈与实验数据处理的反馈提供了很好的工具。我们可以让学生在视频展示台上进行操作，也可以把学生打出的纸带或实验册中的图表在视频展示台上展示。例如在实验《练习使用打点计时器》中，开始时由于学生的拉带速度较小，纸带上打出的点非常密，教师抽取几条纸带通过视频展示台一展出，同时启发学生：怎样才能获取间隔合适的纸带？又例如在《用玻璃测折射率》这一实验时，通过教师对学生所画光路图的及时反馈，学生的操作错误得到了改正，学生的操作技能得到了优化。
二、实验教学模式构建的理论依据、目标及实际操作
1、实验教学的目标
我们认为实验课的教学目标是既要培养学生良好的实验操作技能，又要培养学生的创造能力与创新意识。完成这一教学目标的关键问题之一是针对不同的教学目标采用不同的教学策略。例如培养学生良好的实验操作技能的关键是示范与反馈，这时，我们对学生的要求是统一的，规范的，学生必须按照正确的方法进行训练。但如果要培养学生的创造能力与创新意识，我们又必须鼓励学生有自己的设计，允许学生进行自己独特的，甚至反常的一些操作。关键问题之二是，在实验室，我们必须给学生一定的时间，保证他们进行探索性实验。
2、实验教学模式构建的理论依据
我们在教学模式的构建中体现了系统方法、现代教学思想与现代教育技术优化组合的思想。例如从教学方式（过程）角度的设计强化了教师在实验教学中的主导地位，从师生双边活动角度所进行的设计体现了重视学生的主体地位及认知结构建构的过程，从教学内容角度进行的设计注重了物理实验教学本身应遵循的规律，从与现代教育技术结合角度所进行的设计体现了现代教育技术对提高教学效率、教学效果及教学吸引力所起的针对性作用。在我们的教学模式中，第一阶段以实验技能的培养为主，着重应体现教师的主导作用，教师要讲清原理、器材，讲清操作步骤，要示范演示，要在学生操作时进行指导，但也不能忽视学生的主体作用。例如我们可以在实验原理讲解时启发学生根据实验原理设计实验方案，选择实验器材，在操作示范阶段，也可以让学生做示范，在"找错误"及评价阶段发动学生进行讨论、评价等等。在实验课课堂教学模式的构建中，我们特意留有一定的时间用于学生进行创造能力与创新意识的培养，第二阶段以创造能力的培养为主，着重应体现学生的主体作用，尊重每一个学生的创造性，给学生的探索以一个宽松的环境，但也不能忽视教师的主导作用。教师的主导作用在这一阶段着重应体现在对创造性思维的启发与引导。由于学生一开始对实验探索有一定的困难，教师的引导往往给他们很大的启发，能使他们的探索既有一定的方向，又有充分的自主性。
下面是第一阶段学生实验课教学的模式。
3、实验课教学的实际操作
实验课既不能上成放手让学生自己做的"放羊型"课，又不能上成只让学生进行操作训练的"操作训练型"课。通常，我们将学生实验课的内容制作成一个CAI课件，其中有"教学目标"、"实验原理"、"实验器材"、"实验步骤"、"找错误"、"练习"、"实验拓展"等内容。课件中有动画、照片、录像等等。在实验原理讲解时，我们力求用生动活泼的形式来吸引学生的注意力，例如在《练习使用打点计时器》中我们制作了"打点计时器工作原理"的动画。又例如在《测定玻璃的折射率》实验时，在操作步骤讲解时，由于学生还没有实际看大头针像的经验，教师很难用语言把物像"遮挡"及其本质讲清楚，我们通过制作动画很好地突破了这一教学难点。由于动画生动形象，所以大大提高了学生的注意力，整个学习过程十分顺利，教学效率大大提高。在实验步骤讲解时，我们十分重视教师的示范，不仅教师通过视频展示台或播放CAI课件中的录像演示每一步操作步骤，还针对学生的典型操作错误，设计"找错误"栏目，让学生找一找录像中的错误之处，对此学生兴趣很高，每当学生发现一次错误都会发出一阵开心的笑声。经过教师示范、学生找错误以后，学生实验操作的正确率大大提高，教学效果及教学的吸引力大大提高。在操作反馈阶段，视频展示台的使用为实验操作的反馈与实验数据处理的反馈提供了很好的工具。我们可以让学生在视频展示台上进行操作，也可以把学生打出的纸带或实验册中的图表在视频展示台上展示。 1 2 下一页