教师教学能力案例分析——教师实验方案设计能力的差异分析，本文主要内容关键词为：能力论文,教师论文,方案设计论文,案例分析论文,差异论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
让教师设计实验方案能够检测教师在实验方面积累的知识和经验。由于实验的改进与解决一个实际问题具有相似性，一个只注重概念、规律、模型和习题教学的教师，因其常处在一个理想化、抽象化、模式化的思维空间思考问题，不可能拥有很强的实验能力。用设计实验方案作为评价物理教师实验能力的方式具有独特性，不能被其他的评价方式所替代。
一、教师在实验方案设计时存在的主要问题
1.缺乏对实验原理的正确认识
如设计演示微小形变的实验方案，有选手认为瓶子中的管子要细，理由是实验原理是毛细现象。
2.缺乏对实验目的的正确认识
如演示微小形变实验的目的，并不是让学生看到形变（这是日常生活中常见的现象），而是要让学生明白，一切物体在力的作用下都会发生形变，即便是我们通常感到很坚硬的物体。有的教师选择用手挤压插入细管的塑料瓶或用光照射被挤压的用光弹性材料做成的三棱柱来演示，都是缺乏对实验目的正确认识的表现。
3.重实验误差的减小，轻实验的教学目标
如用打点计时器通过自由落体法测重力加速度，很多选手对此方案不以为然。认为此实验中重物下落时受到多处阻力作用，实验误差确实较大。但实验原理简洁、器材简单，适合高一学生分组实验等这些优点，没有受到重视。又如用单摆测重力加速度实验中，有选手设计的方案为在悬点处加一力传感器，通过绳子拉力F随时间t变化的图象测振动周期。先不评论其方案的可行性，这一设计方案已经忽视了本实验的教学目标——选择计数位置，通过测量多次计算周期等。
4.只注重原理和方法，轻实际操作的可行性
如牛顿第二定律实验中，有选手设计如图1所示方案。首先挂相同的重物m，采用不同质量为M的小车，先调M匀速下滑。再去掉m，则M所受合外力大小相同
。则两物体下滑的加速度之比
。初看此方案非常新颖，实际上实验方案的可操作性存在很大问题。首先调匀速下滑很难控制，其次斜面上物体下滑的等时性很难保证，此方案更像是一个习题。
图1
5.缺少实验研究的经历，无法判断方案的可行性
如有的选手为了消除本实验的系统误差，欲在图2所示位置加上力传感器测绳子拉力。可见他并不知道目前的力传感器有很粗的数据传输线，这个设想是无法实现的。
图2
二、不同教师所设计的实验方案比较
要求：(1)对所给的实验课题要求说出多种演示的方案（最好有自己的方案）；(2)分析不同方案的优、缺点；(3)保证实验成功要注意的问题。
实验课题1：牛顿第三定律的验证
表1
续表
［点评］上述5位教师分别展示了不同水平的实验方案设计能力。师1与师2虽然在不同实验方案及优、缺点比较上有些差异，但他们存在的主要问题有：(1)没有区别作用力与反作用力演示和牛顿第三定律验证的区别，牛顿第三定律是一个定量规律，用定性演示是不够的；(2)对学生掌握牛顿第三定律所需构建知识结构的不了解，为了使学生理解并掌握定律中的“总是”两字，实验方案的设计应该尽可能有不同的情景。这方面师3、师4和师5都考虑到了不同运动状态的情况，特别是师5还设计了物体浸入水中的情景，丰富了学生对牛顿第三定律适用范围的感受。师3吸收了其他教师“夹泡沫做成记忆测力计”的做法，师4吸收了其他教师“加记录指针”的做法，拓展了测力计的功能，师4、师5对不同方案的优、缺点十分了解，师4还具有洞察学生心理的能力，“有点假的感觉（为了让学生相信，可先让传感器与弹簧秤对拉，验证一下）”。
实验课题2：重力加速度的测量
表2
续表
［点评］上述3位教师分别展示了不同水平的实验方案设计能力。师1所想到的2种方案均为常规方法，而且缺少不同实验方案及优、缺点和注意点分析，反映出教师在实验方面缺少实践经验的积累；师2对自由落体法的优、缺点有比较，对自由落体法及单摆实验的注意点也比较清楚，并且提出了“天平测质量，测力计测重力”的测量方法。相对于师1和师2，师3设计的方案更多，如用平抛运动方法来测量，反映出教师的知识视野更开阔，知识联系能力更强。在几位教师中，师3对为什么常用单摆来测量重力加速度的原因认识更到位——“由于单摆的等时性，振幅大小不影响周期，故空气阻力对实验结果影响不是很大，实验测量较为准确”，反映出教师的知识背景更加丰富。
实验课题3：探究加速度与力、质量的关系
表3
续表
［点评］上述4位教师分别展示了不同水平的实验方案设计能力。师1所想到的方案是教材所用方案，所指出的问题其实并不是影响实验结果的核心问题，所提出的解决问题的方法即“用光电门测，用传感器测”，既没有解决存在的问题——“要做到完全相同的两个轨道和小车有很大难度”，也改变了教材的设计思想和教学目标（对比方法）。师2虽然想出了3种方法，其实前2种是前、老教材所用的方法，并且没有说明用这2种方法实验时要注意的问题，所设计的第3种方法操作上缺乏可行性，说明教师在实验方面的实践经验还是不够丰富。师3虽然没有提出超越教材的新方案，但他对实验优、缺点的分析和注意点的描述都是比较到位的，说明教师在实验方面还是有一定的经验。师4看上去设计了3种方案，但从对实验方案的描述来看，存在比较严重的问题：(1)方案1将新、老教材的两种方案混在一起，如“悬挂物通过滑轮拉动在水平桌面上的单个物体，打点计时器打出纸带”与“通过比较位移，计算加速度”和“物体实际上是不可能立即停止运动”之间缺乏一致性，说明教师对新教材的实验方案了解不够清楚，仅有一点印象；(2)对实验教学的目标认识不到位，如教师在方案1中认为“由于小车是滚动摩擦，可认为光滑”及在方案2中认为用气垫导轨的优点是“阻力小”，忽视了本实验的教学目标之一是要学生学会平衡阻力的方法；(3)对实验设计的严谨性缺少意识，如方案3认为产生加速度的力是物块重力沿斜面的分力，忽略了斜面的摩擦力，只是在缺点中说了“有摩擦力存在”，说明教师并没有将实验问题当作一个实际问题来处理，这可能是受到习题教学定势的影响（习题教学时，教师常常对实际问题做比较随意的简化处理）。
三、提高教师实验方案设计能力的建议
1.认识实验的功能
随着学校规模的增大，教学楼与实验室距离的增加，教师重视实验的意识有所下降，有的教师经常捧着电脑进教室，以为电脑中的模拟演示或实验录像能够替代真实的实验。其实真实的实验对激发学生思维和学习兴趣的作用有着不可替代的功能，一个真正优秀的教师是不可能不关注实验的，教师在实验方案设计方面的学习、研究、实践，都与教师对实验功能的认识有关，一个对物理实验缺乏兴趣的人，是不可能在实验方面有所积累的。
2.善于学习和吸收
实验方案设计不可能全是教师即时的想象和设计，好的实验方案是很难在短时间内想出来的，好的实验方案是大量优秀教师进行实验研究的智慧结晶，一个成熟的实验设计方案需要经过实验本身的检验和不断完善和改进，学习和吸收好实验的设计思想、条件控制方法和减少误差的操作注意点，既是丰富自己的知识贮备，又是自己进行实验研究与改进的基础。随着技术的进步，与高中物理实验相关的器材更加多了，对这些新器材功能与作用的了解是决定在实验方案设计时能否正确运用的前提，这方面的知识也需要学习和了解。
3.善于实践和研究
实验方案的设计是一个综合性很强的工作，不仅要考虑实验原理，还要考虑实验操作的可行性。由于它是一个真实的问题，不同于模型化、理想化后的习题求解，这一问题的解决需要思考很多因素。有时一个并没有进入教师视野的因素，决定了实验能否成功。教师只有经历过亲身实践，才能对影响实验效果的因素真切感受，在实验研究的过程中教师甚至还要突破教学中形成的一些定势，如在高中阶段求解相关问题时，小球的转动动能常常不予考虑，但在实验时，不考虑这一因素会导致方法错误。正如“听了，我了解；说了，我理解；做了，我掌握”一样，一个教师要真正成为一个实验的行家，必须亲身实践和研究。