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物理实验教学资源的类型、设计及其开发

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  一、物理实验教学资源
  所谓资源, 是指能够影响和改变人们的认知结构或能够促进人们的认知结构发生变化的一系列内外部支持条件。内部性支持条件是指促使人的认知结构发生变化的新的教学内容, 可称为软件资源; 外部性支持条件是指促进和影响人的认知结构发生变化的一系列外在行为。教学资源是指在教学过程中可被教师与学生利用的一切人力与非人力资源, 主要包括信息、资料、设备、人员、场所等。由此可见,物理实验教学资源是指在物理实验教学、设计、实施和评价过程中,有利于实现实验教学目标,可以利用的各种资源的总和。教学资源的本质和功能是它能够满足教师和学生的教与学需要。教师和学生是教学的主体, 教学资源是教学的客体。客体很多, 主体需要的客体也很多, 只有满足教学需要的客体才是教学资源。它体现的是教学内容, 对教师的教学效果和学生的学习效果的影响是直接的。
  二、实验教学资源的基本类型
  根据教学资源的存在状态和内涵,实验教学资源主要包括以下几种类型:
  (一)文献资料资源。
  主要包括实验教科书、教学参考书、学生实验指导书、教学挂图、投影片、读物(书刊、电子阅览物,比如期刊有实验室研究与探索、物理实验以及实验技术与管理等) 和多媒体实验教学课件。文献资料的鲜明特点是逻辑归纳性好,科学系统性强,内容结构严谨明确,便于提取和保存,信息存储量大,传播展现能力等。例如利用多媒体技术可以模拟一些真实实验环境下难以操作的物理实验,演示动态交互的实验过程( 即仿真物理实验)。学生通过操作鼠标与键盘, 从开启设备电源、调节仪器到连接线路、调整光路、实验过程控制等一系列操作与在实验室动手操作真实仪器的感觉基本相似,这样学生在实验室做实验的触觉、视觉、听觉效果都转化为计算机屏幕上直观的图像和声音,在这个过程中学生既可理解实验设计的物理思想与依据的理论,又可初步掌握实验操作的要领,有利于提高实验教学效果实验。
  (二) 教师与学生资源
  主要包括师生的经验资源和师生之间的情感座资源。师生的经验资源指实验教师和学生的知识结构,智慧能力等。教师是实验教学活动的主导因素,实验教学资源的优化组合及其开发,关键在于教师本身这一资源的主观能动性的发挥和创新。而学生的认知结构、生活经验及对物理科学信息的了解和掌握,如通过对身边自然现象进行观察、阅读课外读物、看电视等途径所获得的知识也是使实验内容紧密联系教学实际情况、激发学生学习兴趣、强化学习动机的重要基础。
  (三)实验学习的时间与空间资源
  随着教学资源领域的扩宽,时间、空间和学习材料等有效的学习环境中的几个极其重要的组成部分的范围也相应的扩展。使良好教学环境的创造,有了更大的灵活性和创造空间。学校和教师应具备利用实验教学环境的能力,确保学习环境的安全性、探索性,并且使学生自主的选择最合适的材料,决定什么时候、什么场所以及用什么样的方式去利用这些资源。对于物理实验课来讲,实验环境是学习者可以在其中进行探索和学习的场所,是学生进行实验学习最重要的教学资源,是落实课程目标,全而提高学生实验素养的重要途径,是教学改革和实施教学的重要保障和课程资源。
  三、实验教学资源开发前的设计原则
  (一)教学内容设计动态化(与实验教学内容的有机结合)
  实验教学有其特殊性,在教学过程中不仅要与课堂教学有机结合,同时与物理学科发展有更紧密的联系。实验资源开发要最大程度满足教学要求和需要。因此在教学过程中把教学设计与资源开发有机结合,才能提高教学效果,满足培养创新人才的需要。
  (二)教学媒体呈现立体化(教学形式互相补充)
  现代信息技术、媒体技术的发展,为资源建设提供了更好的操作平台,根据媒体的特性,适当采用合适的媒体,是实现信息为教学服务的基础。根据教学资源的不同特性,采用不同的表现媒体,能更好的发挥资源在教学和学习过程中的应用水平,更好的体现信息化教学的优势。
  (三)教学实践应用多元化(满足多种实践应用)
  实验教学的任务是使学生能够亲身体验理论的实际应用,从实验中开发学生的创新能力。资源建设也要根据实验的教学要求和教学目标,采用不同的教学方式,适合不同的教学层次和对象。其开发内容着重体现在以下几个方面:
  (1)用先进的教学思想来指导实验教学和开发多种形式的实验学习材料;
  (2)根据不同的应用对象、教学应用环境,采用相应的实验教学方式;
  (3)体现“课堂教学的本质——对话与交流”的教学设计思想;
  (4)充分利用现代教育技术手段,发挥不同教学媒体的特点,实行优势互补。
  四、物理实验教学资源开发的具体实施策略
  (一)实验内容的设置应注意专题系列化
  实验教学内容专题系列化,是今后实验教学改革的重要措施之一。根据现代社会发展对人才规格的要求及学生在学习过程中的需要,物理实验教学内容的设置要做到传统内容与现代科学知识兼顾,基本方法和基本技能的训练与独立设计和高科技设备的应用并存,将预备性、基础性、提高性和综合应用性等四个层次的实验内容设置专题系列化,按科学的发展和实验内容层次教学体系的需要,形成系列化的实验教学内容设置。例如,以干涉法测量波长、光栅衍射法测波长、棱镜摄谱仪测量氢光谱、光栅摄谱仪分析光谱等等组成测量波长及谱线分析的专题系列实验。这样整个系列所包括的基础理论问题十分宽阔,应用广泛。按层次编排内容,学生可以由低层次到高层次循序渐进进行实验;教师也可根据实际教学情况来构思安排实验内容,从层次较高的实验内容入手,遇到原理性问题时再返回基础性实验。这样可以充分地调动学生的积极性和主观能动性,切实提高实验教学质量。
  (二)促进实验教学方式的转变
  教学资源的开发和利用与教学方式的转变相辅相成。一方面,教学方式的转变为教学资源的开发与利用提供了广阔的空间,不同教学资源对学生发展的价值最终是通过教学活动来实现的。另一方面,教学资源的开发与利用水平也制约着教学方式的运用,教学资源的类型以及资源的利用程度直接影响着教学方式以及其他教学活动的开展。因此,资源开发与利用应着眼于促进教学方式和学生的学习方式的变革。对于物理实验教学可通过对原有实验的实践和思考,找出缺陷或不足,重新确定实验仪器、装置和操作方案的改进等促进实验教学方式转变,实现教学资源有效利用。例如在单向整流实验中,用示波器观察负载输出波形后,实验中教师可以提出新问题整流电路的物出电压波形是单向脉动的直流电,如何使波形更平滑请学生在负载前面并联一个大电容,然后用示波器观察负载端电压波形,并与无电容前比较输出电压的变化,最后归纳出电容在整流滤波电路中的作用。这样将验证性实验改成探索性实验,实验结束之后,回到课堂上再讲解电容滤波的工作原理,分析实验中得到的各组数据,归纳总结滤波电路的工作原理。这样有利于培养学生积极探求知识的创新精神, 也使学生的创造性思维得到进一步的发展。
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