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【6h】

高中物理典型实验中的系统误差分析与改进方法的研究

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目录

声明

第1章 引言

1.1选题的理由

一、物理学科特点

二、物理实验常见问题

三、物理课程标准对实验和误差分析的要求

四、高考对实验的要求

五、变“害”为“利”,发展知识与技能

六、实验对象的典型性

1.2选题的意义

一、总结教学经验

二、改进教学策略

三、提升教学效果

四、形成教学借鉴

1.3文献综述

1.4研究方法和思路

一、研究方法

二、研究思路

第2章 研究课题的理论基础

2.1 教育心理学的理论指导

一 、认知发展理论

二、建构主义理论

三、程序性知识的教学策略

2.2 课程标准的相关规定

一、物理实验课程的规定

二、学业质量的标准与评价

2.3 误差概念分析

一、误差的基本概念

二、误差的分类

三、减少误差的方法

第3章 力学实验的探索

3.1力学实验案例——牛顿第二定律

3.1.1实验原理及常用仪器

3.1.2 系统误差的分析

3.1.3 实验改进方法

3.1.4 案例:合外力测定的自主创新

3.1.5 教学实施过程与结果

3.2 对力学实验总结

第4章 电学实验的探索

4.1 电学实验案例一——伏安法测电阻

4.1.1实验原理及常用仪器

4.1.2 系统误差的分析

4.1.3实验改进方法

4.1.4 案例:伏安法测电阻创新实验方案设计

4.1.5 教学实施过程与结果

4.2电学实验案例二——测电源电动势和内阻

4.2.1 实验原理及常用仪器

4.2.2 系统误差的分析

4.2.3 实验改进方法

4.2.4 案例:测电源电动势和内阻实验误差修正

4.2.5 教学实施过程与结果

4.3 对电学实验总结

第5章 教学实施效果的评价

一、实验对象

二、实验前测结果

三、实验变量

四、实验教学的实施

五、实验后测结果

1. 试题有效性评价

2. 学测结果

第6章 总结和展望

6.1 总结与反思

6.2 研究的不足

一、研究中的实验对象的不足

二、研究中软硬件设备的缺乏

三、研究的采样对象的特殊

四、教学和学习效果的评价局限

五、研究者理论与能力的有限

6.3 展望

附件1

附件2

附件3

附件4

参考文献

致谢

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摘要

国家2017年制定的普通高中物理课程标准凝练了物理学科的核心素养,它包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任四个方面[1]。而实验是物理学习的重要手段,是培养学生物理学科素养的重要途径和方式;实验又是基础物理教学的重要组成部分,也是物理学的研究手段,物理实验能够帮助学生更好地认识物理规律及物理现象,使学生获得感性认识,从而激发学习的兴趣,可以在过程中培养学生的实验操作能力,综合分析能力和思维创新能力。 在中学物理教学过程中,实验的结果往往与期望的数值或结果间有较大的差异。例如,学生在探寻串并联电路的电流关系的实验时,发现各支路电流值之和竟然大于干路上的电流,且多次测量都是同样的结论。教师往往一句“这是实验误差”,便轻轻带过。这样处理不仅没有加深学生对物理原理的理解,反而造成了困惑。 在教学中发现,如果能利用这些误差产生的事实,让学生深入分析并进行探索,不仅可以让学生更好地理解物理原理,同时可以提升他们对自然界探索的信心。 本文就高中物理中的几个典型实验,从误差分析与实验改进的角度进行探索,以力学实验中的“验证牛顿第二定律”实验,电学实验中的“伏安法测电阻”、“测电源电动势和内阻”实验为例,用公式解析法、实验对比法、U-I图象法、等效电源法等对系统误差进行分析,从中发现造成实验结果偏离的原因。从可行性、操作性、实验器材要求、误差等方面追求合理化的、可实施的实验改进方案,力求削弱或消除、修正系统误差,让学生更好的理解理论与实验的关系。 在“验证牛顿第二定律”实验中,笔者经研究对比从实验器材、数据测量、研究方法、测力工具的角度提供了实验改进方案。 在“伏安法测电阻”实验中,以电表的非常规使用为出发点,根据待测对象的不同,提供了多种改进方案。例如:“安安法”的电流表测电压的创新使用,半偏法适用于测电流表内阻等。 而在“测电源电动势和内阻”实验中,以等效电源法为思想基点,明确测量误差的来源及测量值与真实值间的具体关系,将电流表内外接法并用,通过实验数据,运用修正公式消除系统误差。 通过梳理中学的几个典型实验,分析各实验中由于设计原理的和实验设计的不恰当(简单化、不严谨等)带来的系统误差,提出修正方案或公式,给出恰当的教学设计。并通过教学案例,创设物理情景,设计物理问题,引导误差分析思路,讨论实验改进方案,安排小组合作实验,对比实验结果。通过教学实践将理论与实践结合,实践再反过来检验改进实验方案的可行性。 在教学实施过程中,将遇到的各种可能转变为生成性教学资源,利用误差的结果探寻造成误差原因的可能因素,变实验结果中误差的干扰因素为提升教学效果的积极因素,改进教学策略。最终形成适合的、可操作的、高效的、普及的教学借鉴。在有限的实验课堂教学中,不仅提高了教学效果,而且创造了无限的可能性。

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