提高學(xué)生物理實驗探究能力的途徑.ppt

物理實驗探究能力的評價與培養(yǎng),江蘇省中小學(xué)教研室 葉兵 ,實驗教學(xué)情況調(diào)查結(jié)果,江蘇高考物理考試說明上的10個學(xué)生實驗開設(shè)情況,開設(shè)4個及以下的，蘇南只占1.4%，蘇中占6.4%，而蘇北卻占17.3%。,40.5%,27%,22.3%,10.3%,教學(xué)中對教材中的物理實驗（包括小實驗、課外實驗）的實施情況是,14.7%,24.1%,37.2%,24.1%,注意：做80%以上的，二星高中只占8.2%；三星高中占12.4%；四星高中只占19.9%。,全省義務(wù)教育質(zhì)量監(jiān)測問卷,問 題,實驗教學(xué)現(xiàn)狀： 實驗條件的改善，但實驗弱化嚴(yán)重； 實驗重視在口頭，學(xué)生真正動手機會不多，教師關(guān)注習(xí)題甚于關(guān)注實驗； 實驗拘泥于教材規(guī)定的內(nèi)容，拓展不多。豐富的實驗探究活動名存實亡 弄清楚三個問題： 實驗探究能力是什么？ 實驗?zāi)芰θ绾芜M行評價？ 實驗?zāi)芰θ绾芜M行培養(yǎng)？,實驗該如何考？,現(xiàn)狀：說起來重要，教起來次要，忙起來不要。 原因：受紙筆測試功能的局限，講實驗比做實驗考得好 問題：如何在紙筆測試中挖掘?qū)嶒灴疾榈囊蛩?，考查實驗的素養(yǎng)，引導(dǎo)教學(xué)重視實驗？,實驗?zāi)芰Φ囊?能獨立地完成表2、表3中所列的實驗，能明確實驗?zāi)康模芾斫鈱嶒炘砗头椒?，能控制實驗條件，會使用儀器，會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對結(jié)論進行分析和評價;能發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，并制訂解決方案;能運用已學(xué)過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題，包括簡單的設(shè)計性實驗。 2016年全國考綱“實驗?zāi)芰Α?實驗與探究能力（江蘇）,能獨立地完成表中所列的實驗、能明確實驗?zāi)康?，理解實驗原理和方法，控制實驗條件。會使用儀器，會觀察、分析實驗現(xiàn)象，會記錄、處理實驗數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對結(jié)論進行分析和評價；能在實驗中，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，對解決問題的方式和問題的答案提出假設(shè)；能制定實驗方案，對實驗結(jié)果進行預(yù)測。能運用已學(xué)過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去解決問題，包括簡單的設(shè)計性實驗。 經(jīng)歷過程、規(guī)范操作、主動思維（實驗意識）、解決問題,實驗考試命題的要求,避免紙上談兵（不要實驗背景的計算題，要有問題、數(shù)據(jù)、操作等實驗的基本要素） 體現(xiàn)能力要求（體現(xiàn)實驗的重要能力要求，不簡單重復(fù)訓(xùn)練題） 區(qū)分兩類學(xué)生（將做與不做的學(xué)生有效區(qū)分，引導(dǎo)實驗教學(xué)） 確保信度效度（遵循筆試命題的要求，關(guān)注重點，控制開放）,紙筆測試下實驗該考什么？,實踐的意識與相應(yīng)的實驗?zāi)芰Γ哼@是與實驗操作與問題解決相關(guān)聯(lián)，長期積累形成的一種自動化的行為表現(xiàn)，表現(xiàn)在規(guī)范、安全、合理的操作及靈活地解決實驗中各類問題的能力。這是做實驗與不做實驗的重要區(qū)別。 重點包括： 聯(lián)系實際的意識：從實際出發(fā)考慮問題 規(guī)范操作的能力：特別是非教材中描述的操作細節(jié) 方案的設(shè)計與問題解決的能力：閱卷要求高，信度易受影響，非預(yù)設(shè)性問題的靈活解決 數(shù)據(jù)的分析能力：獲取、處理（作圖）及分析等 誤差的判斷能力：定性非定量,策略1：設(shè)計現(xiàn)場操作試題,要求考生按照一定的要求，現(xiàn)場解決問題或再現(xiàn)實驗操作的過程片段。,本題涉及光的衍射現(xiàn)象，命題意圖并非要求根據(jù)縫寬0.3mm與可見光波長在400-700nm來進行比較判斷。 考查實踐的意識，現(xiàn)場進行實驗操作的能力。 對 30cm、0.2mm 的判斷、估計以及在實驗過程中為獲取理想的觀察效果進行調(diào)節(jié)的能力，同時也是對學(xué)生一種科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)真實表達觀察到的現(xiàn)象。實測難度為 0.32。,2011年江蘇高考試題,試題再現(xiàn)了實驗的操作過程（片段）。 如何計算夾角的正弦值，體現(xiàn)了實踐的意識 試題難度0.35,利用手邊的直尺（或鉛筆、圓珠筆等）做一個小實驗：用兩只手的食指水平放置，分別托在直尺的兩邊，如右圖所示，然后讓這兩個食指緩慢向中間靠攏。根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，請你提一個與物理有關(guān)的問題（不要求解答） 問題： ？,重2N的文具盒，放在今年中考物理化學(xué)答題卡上，用相機正對它們拍攝的全景照片如圖請估測文具盒對答題卡的壓強最接近于 A100Pa B200Pa C300Pa D400Pa,這是一道估算題，需要估測出圖中文具盒的長寬。估測的關(guān)鍵是“文具盒放在今年中考物理化學(xué)答題卡上拍的全景照片”，因為是全景照片，所以，根據(jù)圖片測出文具盒長寬與答題卡的比例，這樣題目就變?yōu)閷嶋H測量答題卡的長寬，再根據(jù)比例估測出長寬。,策略1：設(shè)計現(xiàn)場操作試題,此類試題的優(yōu)點： 有效考查考生的實踐意識； 拓展了紙筆測試功能（需要動手進行操作才能完成答題）； 考查了基本的操作技能。 局限性： 器材選擇的局限性 內(nèi)容及方案選擇的局限性 考查內(nèi)涵的局限性（不夠豐富）,策略2：關(guān)注實驗操作的細節(jié)考查,這是學(xué)生基本實驗意識及能力的重要方面。能夠?qū)虒W(xué)起到良好的導(dǎo)向作用。 規(guī)范的意識（如校零、讀數(shù)） 安全的意識（如變阻器滑片位置、拆線順序、試觸等） 操作合理的意識（電路出現(xiàn)故障先檢查判斷哪個?）等,2012年考查電表調(diào)零及判斷電源的操作,換一種呈現(xiàn)方式,2013年,2016年考查了變阻箱的使用,策略2：關(guān)注實驗操作的細節(jié)考查,注意點： 與學(xué)生實驗相關(guān)要求相吻合 不一定是在教材中強調(diào)的操作 重在引導(dǎo)學(xué)生積極參與到實驗中，在實驗中多動手，多思考,策略3：重視問題（非預(yù)設(shè)）解決,實驗設(shè)計的考查難在哪里？ 這是實驗的起點，后續(xù)難以設(shè)問 答題量、開放性影響客觀評價 問題解決在某種程度上同樣考查了相關(guān)的能力，且評分較為客觀，操作方便，不影響試題設(shè)計的流暢性。,實驗問題的解決（簡單設(shè)計）,策略4：關(guān)注數(shù)據(jù)的處理及誤差分析,策略4：關(guān)注數(shù)據(jù)的處理及誤差分析,案例分析1（2016年實驗試題設(shè)計）,該實驗為測量電阻隨溫度的變化規(guī)律，以教材中小燈泡伏安特性曲線測量為原型。采用替代法進行試驗。 考點落在實驗器材的選擇，變阻器的操作和數(shù)據(jù)的圖像處理及規(guī)律的得出上。 試題難度0.56,案例分析2（2016年試題設(shè)計）,以教材中驗證機械能守恒為背景，采用光電門進行試驗，器材操作均發(fā)生變化。 在告知實驗原理的基礎(chǔ)上，考點落在基本物理量的測量、測量的操作、數(shù)據(jù)的計算。重點考查數(shù)據(jù)的誤差分析（注意與傳統(tǒng)實驗情況不一致，呈現(xiàn)方式凸顯實驗的特色） 試題難度0.63,案例分析3（如何體現(xiàn)科學(xué)探究？）,2014年高考優(yōu)秀試題,考實驗基本操作。,理解操作過程非常關(guān)鍵。,實驗題：對橡皮筋彈性的探究,實驗探究如何考？,方案一：學(xué)生設(shè)計方案（要求只有一個砝碼、量角器、刻度尺等，測量橡皮筋在不同拉力下的長度） 優(yōu)點：實驗設(shè)計具有挑戰(zhàn)性，能考出學(xué)生的實驗?zāi)芰Α?缺點：閱卷困難，接下去的設(shè)問難以順暢銜接，容易造成答題的相互暗示。,實驗探究如何考？,方案二：給出實驗數(shù)據(jù)，重在考查對數(shù)據(jù)的分析 優(yōu)點：試題容易命制，試題簡潔。 缺點：考查點落在對數(shù)據(jù)的分析上，對探究過程體現(xiàn)不夠。比較常規(guī)，落入俗套。,實驗探究如何考？,方案三：將上述兩者相結(jié)合，陳述實驗的關(guān)鍵操作，學(xué)生要在理解（第2問）的基礎(chǔ)上對其進行分析，簡化數(shù)據(jù)的采集。要求學(xué)生從實驗中分析，得出結(jié)果（第3問）。并以此來指導(dǎo)實驗改進（第4問）。,本題是對教材實驗的進一步深化。 本題具有一定的探究性。 對探究能力的考查方式還需進一步研究（提出問題、猜想假設(shè)、交流評價等）。,2014年學(xué)業(yè)水平測試,25小明通過實驗探究求合力的方法： 實驗所用的一只彈簧測力計如題251圖所示，在用它測力前應(yīng)對它進行的操作是 （2）在測出F1、F2和對應(yīng)的合力后，他在紙上畫出了F1、F2的圖示，如題252圖所示請你幫他在圖中畫出合力F的圖示（測得F = 4.9 N，圖中a、b為記錄方向的兩點）,（3）小明用虛線把F的箭頭末端分別與F1、F2的箭頭末端連接起來；觀察圖形后，他覺得所畫的圖形很像平行四邊形至此，為正確得出求合力的一般方法，你認為小明接下來應(yīng)該做些什么（寫出兩點即可）？ ,參考答案 驗證所畫四邊形十分接近于平行四邊形； 提出求合力方法的猜想； 改變F1、F2的大小和方向，重復(fù)上述實驗，驗證猜想； 與同學(xué)交流討論實驗結(jié)果，得出結(jié)論,實驗試題命制注意點,一份試卷中實驗的試題占分比不宜過高，約為15%左右 背景盡可能與教材實驗相似或相近，一般選用其他的方案來做教材中的實驗，有助于對實驗?zāi)芰Φ挠行Э疾?試卷中實驗?zāi)芰疾椴恢貜?fù)，盡可能覆蓋面廣，一般涉及器材的選擇、操作的規(guī)范、問題的解決、數(shù)據(jù)的分析和處理、誤差定性分析及實驗評價改進等方面,活動：請評價這兩道實驗試題,實踐意識培養(yǎng)的有效途徑,教材必做實驗主動做、認真做、多樣化做 功能：經(jīng)歷過程，培養(yǎng)基本的實驗技能 基于教材開發(fā)實驗活動努力做、經(jīng)常做 功能：深化知識的理解，培養(yǎng)實踐意識 課外探究（制作）活動嘗試做、鼓勵做 功能：激發(fā)興趣，提高實踐意識,案例1：驗證機械能守恒,主動做：讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計的過程 不是做實驗操。,44,45,測量：h=hB v=（hc-hA）/2T,自由落體運動+打點計時器,hA,hB,hC,方案一：,46,光滑斜面,測量：H、h v=s（g/2h）1/2,方案二：,47,測量：h， v,h,單擺,方案三：,48,比較三種方案：,49,自由落體運動+打點計時器： 優(yōu)點：1、操作簡單； 2、一次實驗獲得多組數(shù)據(jù)； 缺點：1、紙帶點跡不清稀疏； 2、紙帶與打點計時器間 有摩擦； 3、紙帶運算復(fù)雜,認真做：思考實驗中應(yīng)注意的問題 重力加速度如何獲得？ 數(shù)據(jù)處理的紙帶應(yīng)如何選擇？ 為減小誤差，操作中應(yīng)注意什么？,1、如何解決點跡不清和過于稀疏的問題？,2、如何解決紙帶與打點計時器間摩擦問題？,3、如何解決紙帶運算復(fù)雜問題？,光電門測速度v=d/t,氣墊導(dǎo)軌,多樣化做：思考實驗中問題的改進方法,52,氣墊導(dǎo)軌（斜面）+光電門,自由落體運動+光電門,改進后方案,53,如何解決只有一組數(shù)據(jù)，偶然誤差較大的問題？,54,（1）,比較兩種數(shù)據(jù)處理方法：,0,B,（2）,55,案例2：對交流電有效值的研究,高中物理新課標(biāo)教材中涉及正（余）弦交流電的有效值與峰值關(guān)系時是在介紹了有效值的定義后直接給出的，并未進行理論的證明和實驗的證實。事實上在進行這部分教學(xué)時如能組織學(xué)生圍繞這一問題進行理論和實驗的探究，可以讓學(xué)生對有效值有更為深刻的認識，從而取得良好的教學(xué)效果。,問題的提出：如何證明或證實正（余）弦交流電有效值與峰值間的關(guān)系？ 探究要求：利用已學(xué)過的三角函數(shù)相關(guān)知識進行理論的證明推導(dǎo)或通過設(shè)計實驗方案，利用實驗來研究交流電有效值與真實值之間的關(guān)系。 任務(wù)布置后，學(xué)生自行組織了學(xué)習(xí)小組，進行了深入的討論和研究。一周后進行成果交流，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的許多方法很有創(chuàng)意，現(xiàn)將學(xué)生的成果介紹如下：,研究思路：根據(jù)有效值定義,探究正弦交流電有效值的研究,直流、交流電直接交替加在小燈 泡上，觀察亮度的變化情況,測量熱量困難且誤差大,改變思路（小燈泡發(fā)光亮度）,直流電壓如何實現(xiàn)調(diào)節(jié),如何能觀察到交、直流電壓,實驗電路,（課外實驗）測量一張紙與桌面的動摩擦因素 需要測哪些量？怎樣測？ 研究橡皮筋的伸長和外力的關(guān)系 給你一根較長的橡皮筋，20g的鉤碼一只，細線一段，刻度尺一把，請你設(shè)計實驗研究橡皮筋伸長和所受拉力的關(guān)系，并對實驗結(jié)果進行分析討論。,案例3：制做“最簡單”的電動機,直流電動機是科學(xué)向技術(shù)轉(zhuǎn)換的典型案例，是磁場對電流作用原理的應(yīng)用。在學(xué)生設(shè)計與制作過程中，能學(xué)到哪些東西？ 1.把線圈架在支架上，通電線圈不能持續(xù)轉(zhuǎn)動，原因是什么？,圖12-3-5,案例：制做“最簡單”的電動機,2.怎樣才能使線圈持續(xù)轉(zhuǎn)動？ 如果沒有換向器，可以把線圈軸的漆包線的漆括除半個柱面。 想一想，如何刮？與線圈平面之間應(yīng)有怎樣的關(guān)系？,圖12-4-5,案例：制做“最簡單”的電動機,3.若器材作一些簡化 小圓柱形強磁鐵、干電池、銅絲。 沒有換向器，也沒有支架和底座。 能做一個電動機嗎？,用不同的方式讓學(xué)生活動,方式一：告訴學(xué)生怎樣自制，并說明原理； 方式二：放手讓學(xué)生設(shè)計并自制； 方式三：在學(xué)生自主設(shè)計并實踐的過程中，教師指導(dǎo)學(xué)生，在失敗中思考和改進，經(jīng)歷技術(shù)設(shè)計的曲折過程。,讓學(xué)生在思考中經(jīng)歷創(chuàng)造的過程,轉(zhuǎn)動的原理是什么？ 要有電流和磁場。 器材如何擺布？ 轉(zhuǎn)軸在哪里？ 磁極在哪里？ 這樣能否轉(zhuǎn)動？ 為什么不能轉(zhuǎn)動？ 怎么辦？,讓學(xué)生在思考中經(jīng)歷創(chuàng)造的過程,為什么還是不能持續(xù)轉(zhuǎn)動？ 怎么辦？ 磁鐵位置能否調(diào)一下？,讓學(xué)生在思考中經(jīng)歷創(chuàng)造的過程,可以持續(xù)轉(zhuǎn)動了！ 如何固定轉(zhuǎn)軸？ 轉(zhuǎn)動中不停地顫動。 如何改進？,技術(shù)設(shè)計是不斷創(chuàng)新的過程,基本方案確定了,還能改進嗎？ 創(chuàng)意無限,謝 謝 各 位！,一道有爭議的中考試題,12如圖所示，小剛將盛滿水的圓柱形透明玻璃杯貼近書本，透過玻璃杯觀看書上的鸚鵡圖片（圓圈中的鸚鵡圖與書本中的鸚鵡圖實際大小相等），他所看到的虛像可能是,一個中考實驗知識點的兩種考法,考法一： 在用電流表、電壓表測電阻的實驗中 在連接電路時，開關(guān)應(yīng)處于 狀態(tài)。 該問的正確率達到95%。,一個中考實驗知識點的兩種考法,考法二： 在用電流表、電壓表測電阻的試驗中 下圖為某同學(xué)剛連接完成的實驗電路圖，該同學(xué)在連接電路時存在的錯誤或不妥有 。,注意到開關(guān)應(yīng)斷開的占到60%左右,這幾個試題如何解？,問題：給你一把刻度尺和一彈簧測力計，如何測出其中彈簧的勁度系數(shù)？ （86年高考試題）一把刻度尺和一根桿秤，如何測出秤砣的質(zhì)量，寫出要測的量和最終的表達式。 課外