微实验应用实验教学的效能分析

潘海龙 王风巍

【摘要】本研究采用对比实验法，研究微实验应用物理实验课教学中，对学生在实验理论学习、实验操作、数据处理、学习效果四个方面的影响。数据分析表明：微实验帮助学生提高了物理实验理论学习的效率，对理解记忆性的内容有明显提升;微实验能够培养学生观察能力和动手操作的能力，但微实验对学生实验数据处理的运算提高不明显;微实验对学生的实验学习效果有6%到68%的提高。

【关键词】微实验，物理教学，物理实验，实验能力，效能

1   引言

社会学习理论认为[1]，人的多数行为是通过观察别人的行为和行为的结果而习得的，依靠观察学习可以迅速掌握大量的行为模式。经验之塔理论[2]提出有效的学习之路应缘于具体经验，美国视听教育家戴尔认为，学生积累了一些具体经验，并能够理解真实事物的抽象表现形式，在这个基础上，才能有效地参加更加抽象的教学活动。而视听媒体相比语言、视觉符号更能为学生提供具体和易于理解的经验，并能冲破时空的限制，弥补其他直接经验方式之不足，视听媒体应用教学有不可比拟的优越性。学习金字塔理论[3]也表明，学习者观摩视听媒体演示，3小时后保持率微90%，3天后保持率仍在75%，两周还有30%学习保持率。

微实验是一种实验模式[4]，微实验与微课程相结合也是一种新型教与学的资源。微实验为学生提供可视化学习材料，能让学生充分感知物理现象，能使物理抽象问题形象化，降低学生物理知识认知的难度，从而激发学生学习物理的兴趣。微实验可反复演示实验现象、实验操作过程，助力學生思维由感性认识上升到理性认识，提升学生物理思维的深度，从而提高学生学习的效率。微实验对学生的观察能力、实验能力和创新思维能力也有很好的训练和培养。高中物理实验由于实验器材不足、实验现象受外界干扰大、体验性不强、组织困难等，多数教师以讲授代替了实验操作。微实验能很好得解决上述问题。

本次选定新课标人教版（2019版）物理必修1第二章第一节《探究速度随时间的变化规律》的内容作为应用教学研究，本节课学习目标：（1）正确使用打点计时器;（2）使用纸带测定匀变速直线运动的加速度和某时刻的瞬时速度;（3）用图像法、列表法处理实验数据。本节课所用仪器是打点计时器，它是高中力学实验重要的实验仪器;实验数据处理方法是图像法、列表法，它们也是高中力学实验和电学实验常用的数据处理方法。

本研究采用课题组录制的微实验学习材料，应用于理论学习、学生分组实验两环节，收集数据。分析微实验对学生在实验理论学习、实验操作、数据处理、学习效果四方面的影响。本次研究选择高一级同一老师所带四个班进行对比实验，在学习效果方面，同时把实验班与高一级其他班月考测试成绩对比分析。

2  实验

2.1研究的方法

2.1.1被试对象

两个本校班（高一7班50人，高一8班50人）入学班物理平均成绩分别为24.6分和23分;两个分校班（高一17班50人，高一18班50人）入学班物理平均成绩分别为16.4分和17分。

实验班：高一7班、高一17、高一18班;对比班：高一8班。

2.1.2实验材料

课题组录制的微实验《探究速度随时间的变化规律》、分组实验仪器（实验室）、检测试卷（2份）、分组实验观察表、月考成绩、好分数阅卷系统。

2.1.3实验程序

实验过程包括三个阶段：理论学习阶段、分组实验阶段和课后检测阶段。

理论学习阶段：1课时，实验班观看微实验学习材料，然后使用教材和导学案自主预习;对比班仅使用教材和导学案自主预习。当堂后15分钟完成预习检测试卷。检测试卷从五个维度考查学生的实验理论学习效果，分别是实验原理、实验仪器、实验步骤、注意事项、使用打点计时器。预习测评的目的是检测微实验对学生实验理论学习和瞬时记忆的影响程度。

分组实验阶段：1课时，从时间层面设定五个维度考查学生的实验能力，分别是仪器组装、实验操作、数据测量、数据处理、绘制v-t图像。教师介绍实验仪器使用，示范仪器组装和实验操作过程，说明实验数据处理的方法，用时10分钟。随后学生分组实验，教师巡回指导并每隔5分钟统计学生依次在各维度的完成小组数，目的是检验微实验对学生的实验操作和实验效率影响程度。

课后检测阶段：检测1：分组实验1天后，学生完成一份检测试卷，用时25分钟，教师阅卷并统计每道题的得分;检测2：7天后月考测试，通过好分数阅卷系统统计成绩。目的是检测微实验对学生的实验理论学习和实验技能的养成影响程度。

2.2  结果分析

2.2.1 理论学习阶段

由图1可看出，在本校班之间，理论学习效果实验班优于对比班，对实验步骤维度的掌握，实验班高于对比班163%，在分校班之间，理论学习效果两实验班基本持平。在本校对比班和分校实验班之间，本校对比班入学班物理平均成绩为23分，分校实验班入学班物理平均成绩为16.4分，两班差距约在28%间。在理论学习效果上，使原有差距的分校实验班反而超越了本校对比班，对实验步骤维度的理解记忆，分校实验班高于本校对比班124%。在本校实验班和分校实验班之间，本校实验班入学班物理平均成绩为24.6分，分校实验班入学班物理平均成绩为16.4分，两班差距约在33%间。在理论学习效果上，使原有差距的分校实验班和本校实验班也达到同一层次的学习效果。说明微实验对学生实验理论的学习帮助明显。

2.2.2 分组实验阶段

由图2可看出，在实验仪器组装和实验操作两维度上，限定时间内，学生完成小组数实验班高于对比班，分校实验班与本校实验班完成小组数相同。说明微实验为学生提供具体的实验操作演示，培养学生观察的实验能力，训练了学生动手操作的实验能力。数据测量和数据处理两维度对学生有难度，在两倍限定的时间内，两维度的学生完成小组数相对较少，本校实验班7组，本校对比班5组，分校实验班5组，原有差距的分校实验班与本校对比班完成小组数相同，微实验对学生数据测量和数据处理两维度也产生了正向影响。由于课堂时间限制，当堂没能绘制出v-t图像。

2.2.3课后检测阶段

课后检测1：

课后被试对象都学习微实验2遍。由图3可看出，实验班和对比班学生反复学习微实验后，最终学习效果基本持平，与学生入学成绩呈正相关。但本校班和分校班间的差距缩小，数据处理方面差距缩小为11%，数据计算方面差距缩小为17%。

月考检测2：

月考成绩数据来自好分数阅卷系统。由图4可看出，使用微实验学习的4个实验班，在本次月考检测中物理成绩相对较高。由图5可看出，在本校班（高一2班至高一15班）之间，月考试卷物理实验题得分率，实验班明显高于其他班，有6%—68%的差距;在分校班（高一16班至高一20班）之间，月考试卷物理实验题得分率，实验班处于前列。表明微实验对学生实验学习效果影响明显。整体来看，微实驗对学习力较强学生的实验素养产生的影响更显著。

3  讨论

微实验应用物理实验教学中，为学生提供具体的经验，弥补学生直接经验之不足，帮助学生更好的掌握实验理论，促进教学效果的提升。结果分析中表明，在理论学习方面，实验班优于对比班，使原有差距的分校实验班与本校实验班也达到相同的学习效果，可以肯定微实验能辅助学生对实验理论的预习，加深学生对物理实验原理的理解和记忆，这点符合学习金字塔理论。在实验操作方面，实验班也优于对比班，使原有差距的分校实验班与本校实验班也达到同样的操作技能水准，可以肯定微实验能够帮助学生正确使用实验仪器，能够培养学生观察实验能力和动手操作实验能力。在数据处理方面，本校实验班和对比班基本一样，分校班低于本校班，微实验对学生数据处理的运算能力影响不明显，此方面与学生入学成绩呈正相关。在学习效果方面，两次检测结果都表明，实验班高于对比班，分校班与本校班间差距缩小，说明微实验提升了学生的实验学习效果，对学习力较强学生的实验学习影响更显著。同时微实验减轻教师重复工作的负担，提高了教学的效率[5]。

4   结论

在本研究下，得出以下结果：（1）微实验对学生实验理论的学习影响明显，微实验提高了学生物理实验预习的效果，对理解记忆性的内容提升明显。（2）微实验能够培养学生实验操作技能，反复学习，能提升学生实验学习效果。（3）微实验对学生数据处理的运算方面影响不明显，还有待进一步研究。

参考文献

[1]学习心理学/韦洪涛.2011.

[2]经验之塔理论.网络360百科

[3]学习金字塔理论.网络百科

[4] 姚峰超，孟现美.新课程下微实验的开发与实例[J].物理实验.2016，（6）：40-43.

[5]崔庆国.微视频在物理教学中的运用探究[J].新课程导学.2015，（11）：11.

甘肃省教育科学‘十三五’规划2020年度《“互联网+”背景下物理微实验开发与应用研究》课题（课题批准号：GS（2020）GHB3017）

课题负责人：潘海龙，2001年毕业于甘肃省西北师范大学，物理教育专业，从事高中物理一线教学20年，多次获市级优质课奖，参与县级课题《高中物理实验开发与创新研究》，主持县级课题《微实验在突破物理认识性难点中的实效性研究》。