物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理教學(xué)中怎樣體現(xiàn)這一學(xué)科特性是課程標(biāo)準(zhǔn)理念下中學(xué)物理改革的重要內(nèi)容。數(shù)字技術(shù)正在改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞健⑺季S方式和教育方式，如何發(fā)揮數(shù)字技術(shù)在課程改革中的作用，也是當(dāng)前課程改革研究的一個重要問題。筆者就這兩個基本問題及兩者聯(lián)系談?wù)効捶ā?/p>
1、物理實驗教學(xué)的歷史回顧
長期以來人們往往把物理實驗分成兩種基本形式，一種是演示性實驗，一種是學(xué)生分組實驗。前者定位于培養(yǎng)觀察能力，后者著眼于培養(yǎng)操作技能和驗證物理原理。這種基本思想和教學(xué)目標(biāo)決定了實驗的性質(zhì)和基本教學(xué)方式。在演示實驗中，教師做、學(xué)生看，教師講、學(xué)生聽，體現(xiàn)了以教師為中心的傳統(tǒng)物理教學(xué)模式。學(xué)生分組實驗雖然是學(xué)生動手，但實驗?zāi)康摹x器準(zhǔn)備、操作步驟、實驗報告全部由教師預(yù)先設(shè)計好，學(xué)生僅僅是熟悉儀器，進(jìn)行連接，然后按步驟進(jìn)行操作、觀察，記錄和分析實驗數(shù)據(jù)，得到結(jié)果。在這種實驗中，學(xué)生是完全按教師設(shè)計好的方案進(jìn)行，與工人在車間中“照圖施工”非常相似，缺乏學(xué)生自主的獨立思考和創(chuàng)造性活動。因此，學(xué)生做完實驗印象不深，興趣也不太大，久而久之對實驗也就不太重視。
造成傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)這種局面的原因是多方面的，首先，過去的物理教學(xué)大綱沒有很好的體現(xiàn)以“實驗為基礎(chǔ)”的學(xué)科特征，只是對有限的十幾個學(xué)生分組實驗作了規(guī)定。那個時代，對物理實驗的教育功能缺乏根本性的認(rèn)識，只認(rèn)為知識是根本的，僅僅把實驗看作是一種技能訓(xùn)練，沒能認(rèn)識到實驗在知識、能力、方法、情感態(tài)度價值觀等綜合科學(xué)素質(zhì)教育中的重要作用，沒認(rèn)識到物理實驗在培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)方面具有無可替代的獨特功能。另一方面是考試指揮棒的影響，長期以來筆試占絕對統(tǒng)治地位，實驗教學(xué)在升學(xué)考試內(nèi)容中一直缺乏應(yīng)有的地位，所以評價方式也是導(dǎo)致人們對實驗缺乏足夠重視的重要原因。
改革開放后，隨著教育改革的逐步深入，人們對物理實驗的重要性、教學(xué)目的、結(jié)構(gòu)和內(nèi)容逐漸有了新的認(rèn)識，逐步突破了傳統(tǒng)框架。首先從課程結(jié)構(gòu)上突破了演示實驗、學(xué)生分組實驗的界線，在兩者之間派生出一個“邊講邊實驗”，或“隨堂實驗”。一方面，把一些演示實驗變成全體學(xué)生參與的隨堂實驗；另一方面，把常規(guī)學(xué)生分組實驗變成課堂中的邊講邊實驗。除此之外，還形成豐富多彩的身邊小實驗也稱小實驗、小制作。這樣在物理教學(xué)中就形成了四個實驗層次即：演示性實驗、隨堂實驗、學(xué)生分組實驗和小實驗。從上世紀(jì)80年代開始，物理通報社編寫九年義務(wù)教育教材，在序言中就明確提出了這四種實驗，并將這四種物理實驗層次納入物理通報版九年義務(wù)教育物理教科書之中，受到廣大師生的普遍歡迎，對我國物理教學(xué)改革起到了積極的推動作用。
2、課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的中學(xué)物理實驗教學(xué)
世紀(jì)之交，我國啟動的基礎(chǔ)教育課程改革，是一場劃時代的深刻改革，就物理學(xué)科而言，幾乎所有的改革理念都緊緊地聯(lián)系著物理實驗。在這場課程改革中，最基本的理念是提倡“以學(xué)生為本”，面向全體學(xué)生科學(xué)素質(zhì)提高，旨在培養(yǎng)全體學(xué)生終生發(fā)展的興趣和能力。因此，怎樣改革實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)科學(xué)探究的興趣和能力成為課程改革的重點，在這樣的理念下自然就要求人們?nèi)ト娴�、深刻地研究揭露物理學(xué)的學(xué)科特性和教育功能。課程標(biāo)準(zhǔn)理念深刻地改變了物理實驗教學(xué)的目標(biāo)、性質(zhì)和模式，從單純?yōu)榱藢W(xué)習(xí)知識驗證理論，學(xué)習(xí)操作技能，轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀娴嘏囵B(yǎng)科學(xué)素質(zhì)為目標(biāo)的課程，提出了“知識與技能，過程與方法，情感態(tài)度價值觀”三維教學(xué)目標(biāo)。這樣的物理教學(xué)目標(biāo)決定了物理實驗教學(xué)的性質(zhì)、內(nèi)容和模式。
課程標(biāo)準(zhǔn)并沒有排斥更沒有否定在改革開放后形成的演示性實驗、隨堂實驗、學(xué)生分組實驗和小實驗這樣一種基本結(jié)構(gòu)。相反，在課程標(biāo)準(zhǔn)理念下，更有利于發(fā)揮多層次物理實驗教學(xué)結(jié)構(gòu)的教育功能。在課程標(biāo)準(zhǔn)理念下，演示實驗仍是不可缺少的重要形式，只是應(yīng)在演示實驗中重視學(xué)生的參與；在學(xué)生分組實驗中，要盡量采用探究式的實驗方式，應(yīng)改變一切由教師準(zhǔn)備好、設(shè)計好，廣播操式的程式化實驗；至于“隨堂實驗”則更要注入較多的探究式內(nèi)容，包括讓學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計方案，選擇儀器、制訂步驟、設(shè)計表格、收集信息、處理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論并進(jìn)行評價分析等過程，旨在讓學(xué)生真正進(jìn)入科學(xué)學(xué)習(xí)的狀態(tài)和角色；在課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的小實驗或家庭實驗，則有更大的自主性、開放性、創(chuàng)造性，更多地鼓勵學(xué)生利用身邊器材、家用電器和同學(xué)、家長共同開展多種形式的家庭實驗�，F(xiàn)在物質(zhì)財富大大豐富，應(yīng)鼓勵同學(xué)們建立家庭實驗室，廢舊材料很多，很多東西都是科學(xué)實驗的好材料。
當(dāng)然，在物理教學(xué)中要求這樣做肯定會有不少困難，不僅對學(xué)生要有一個培養(yǎng)過程，而且教師、學(xué)校和家長也都要有一個適應(yīng)過程，可以逐步到位，逐步提高要求，但必須堅持這種科學(xué)教育的原則和方向。
課程標(biāo)準(zhǔn)理念下的物理實驗教學(xué)，從根本上改革了物理實驗教學(xué)目標(biāo)和性質(zhì)，因此，必須相應(yīng)地改革實驗教學(xué)的內(nèi)容和形式。這樣的`改革使學(xué)校教學(xué)與社會活動、家庭生活結(jié)合起來，有利于促成全民關(guān)心教育、全民學(xué)習(xí)的嶄新文化。
3、數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念的結(jié)合將開創(chuàng)嶄新的物理實驗教學(xué)體系
文化是教育的基礎(chǔ)，課程標(biāo)準(zhǔn)理念為物理實驗教學(xué)改革提供了新的思想理論，數(shù)字技術(shù)的普及則為物理教學(xué)提供了全新的技術(shù)手段和教學(xué)平臺。數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念的結(jié)合必將為物理實驗教學(xué)乃至物理課程現(xiàn)代化產(chǎn)生重大影響。有人擔(dān)心多媒體是否會削弱物理實驗教學(xué)，其實這是一種偏見。在數(shù)字化的平臺上，將使物理實驗教學(xué)的現(xiàn)代特性得到進(jìn)一步發(fā)揮，而且將會創(chuàng)造出一些全新的實驗教學(xué)模式。下面將簡要地討論一下在這樣一個平臺上，物理實驗教學(xué)的改革問題。
3。1計算機(jī)、多媒體、仿真實驗擴(kuò)大了物理實驗的內(nèi)涵，擴(kuò)展了物理實驗的教育功能
在觀察環(huán)節(jié)，數(shù)字化手段可以極大地擴(kuò)展實驗的可視性和可重復(fù)性，以往用肉眼觀察非常困難的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在可以借助數(shù)字視頻技術(shù)在時間和空間上的擴(kuò)展可以清楚地采集下來反復(fù)觀察。
在數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)上，計算機(jī)和傳感器等數(shù)字手段的介入，可以更快更準(zhǔn)地得到實驗數(shù)據(jù)。從而節(jié)省寶貴的教學(xué)時間，把更多的時間用于討論物理問題之中。
在數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)上，利用計算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力，可將學(xué)生從簡單、機(jī)械、繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程中解脫出來，讓他們的時間和精力用在更有創(chuàng)造力的方面。お
3。2數(shù)字化實驗系統(tǒng)（DIS系統(tǒng)）對物理實驗教學(xué)將產(chǎn)生的影響
從總體上講，DIS系統(tǒng)是以計算機(jī)及傳感器為核心器件的實驗體系，而與傳統(tǒng)或有計算機(jī)傳感器參與的實驗系統(tǒng)相區(qū)別。DIS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將使實驗教學(xué)的設(shè)計思想、學(xué)生的操作過程和實驗中間環(huán)節(jié)發(fā)生很大變化。
模塊化和功能封裝是現(xiàn)代工業(yè)的特點之一，DIS具備了這些特點，也就是系統(tǒng)將在“黑箱”模式下提供我們需要的功能，不能也不必過份關(guān)心系統(tǒng)提供功能之外的事情。我們所要做的事情就是根據(jù)需要，選擇想要的模塊，要關(guān)心的事情就是該模塊的功能是否能滿足我們的需要。如測量類型、測量范圍、測量精度是否合乎要求，軟件支持的情況。在這種情況下，實驗教學(xué)將使一些層面相對簡化，而使另一些層面更深入。比如，在數(shù)據(jù)處理上，有明確的處理形式的機(jī)械性工作，可以交給計算機(jī)來自動完成，使處理數(shù)據(jù)層面上工作簡單化；這樣做的目的是否意味我們對數(shù)據(jù)的關(guān)注可以減少呢？答案是否定的。因為我們要求學(xué)生轉(zhuǎn)而關(guān)注數(shù)據(jù)之間的物理關(guān)系和數(shù)據(jù)背后更深入層次上的物理分析，就是說可以引導(dǎo)學(xué)生把精力從簡單層面上轉(zhuǎn)移到較深入的地方。
面對DIS系統(tǒng)的功能全面增強(qiáng)，為物理實驗教學(xué)在實驗內(nèi)容上調(diào)整帶來機(jī)遇。比如，在傳統(tǒng)中學(xué)物理實驗中，沒有設(shè)備能很方便地測量磁場強(qiáng)度，現(xiàn)在有了磁場強(qiáng)度測量模塊。我們可以用它和電流傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器等模塊組合使用，設(shè)計一系列較復(fù)雜的物理實驗。由于傳感器的應(yīng)用，給測量帶來方便，我們可以將力、熱、聲、光、電等模塊組合使用，設(shè)計出跨章節(jié)甚至跨學(xué)年的綜合性實驗，以適應(yīng)高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)中“物理實驗專題”選修模塊的需要。
DIS系統(tǒng)將打破傳統(tǒng)實驗教學(xué)的固有模式，使中學(xué)物理實驗具有高度的自主性、開放性和探索性，學(xué)生可以比較方便地根據(jù)不同的目的設(shè)計實驗，如可以設(shè)計某個實驗專門為了仔細(xì)深入地觀察某一過程，研究一些物理量之間的關(guān)系等等。另一方面，對于同一個實驗，不同學(xué)生之間在學(xué)習(xí)目的上可以互不相同。實驗既可以探究性的，也可以是驗證性的，由于DIS具有便于使用的模塊，學(xué)生可以更自由設(shè)計某個實驗來驗證他們的想法，為學(xué)生大膽創(chuàng)造提供實驗平臺。
3。3虛擬實驗對傳統(tǒng)實驗教學(xué)的影響
虛擬實驗是從計算機(jī)領(lǐng)域中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)與實驗教學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。它將實驗儀器、實驗環(huán)境、實驗環(huán)節(jié)等全部由計算機(jī)仿真系統(tǒng)來完成，既可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)實驗，也可以仿真?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)實驗無法涉及的條件要求很苛刻的實驗，如高溫、強(qiáng)電、強(qiáng)磁實驗、高能粒子實驗、空間實驗等等。
權(quán)威人士斷言，虛擬現(xiàn)實技術(shù)將是21世紀(jì)信息技術(shù)的代表。它的發(fā)展，不僅從根本上改變?nèi)藗兊墓ぷ鞣绞胶蜕罘绞剑瑯铀矊⒏淖內(nèi)藗兊乃季S方式，改變實驗教學(xué)的格局。
首先，它可以極大地擴(kuò)展教學(xué)實驗的內(nèi)容，涉及以前教學(xué)實驗無法涉及的領(lǐng)域，給予學(xué)生更大的學(xué)習(xí)空間，激發(fā)他們的想象力、創(chuàng)造力。第二，它可以方便地對實驗教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行擴(kuò)充，只用少量的資金去購買相關(guān)軟件而不必用大量的資金去添置實際設(shè)備，從而給實驗教學(xué)本身以更大的自由度。第三，它可以作為真實實驗的事前準(zhǔn)備，使學(xué)生在做真實實驗之前就對實驗設(shè)備和內(nèi)容有深刻的了解，從而提高實驗教學(xué)效果和減少不必要的設(shè)備損失。第四，它可以方便地作為實驗教學(xué)評價手段，解決以往實驗教學(xué)不方便考試的問題等。
有什么文化就會有什么樣的教育，數(shù)字文化與課程標(biāo)準(zhǔn)理念相結(jié)合，必將使實驗教學(xué)呈現(xiàn)出多姿多彩的新格局。在面向全體學(xué)生基本科學(xué)素質(zhì)提高的大目標(biāo)下，貫徹課標(biāo)基本理念，轉(zhuǎn)變觀念，繼承傳統(tǒng)實驗教學(xué)優(yōu)秀成果，充分地利用數(shù)字文化的強(qiáng)大力量，展示物理教育的時代特點，將是我國物理實驗教學(xué)改革的長期奮斗目標(biāo)。
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