高中物理選修3—1、3—2教材中演示實驗的教學研究

摘要：本文對高中物理3-1、3-2教材中課堂教學演示實驗進行探究，在強調物理課堂演示實驗重要性的同時，指出目前物理實驗教學中存在的不足。通過對課程標準的學習，結合自己的教學經驗闡述如何開展演示實驗教學，并從操作角度對上述實驗進行系統整理以期形成長效操作經驗，為演示實驗教學提供參考。

關鍵詞：物理教材；演示實驗；改進；創新

一、課題研究背景

在現實的教學中，由于物理實驗儀器設備陳舊簡陋，進行演示實驗教學比較麻煩，尤其是教材中的部分演示實驗所要求的實驗條件及環境較高，成功操作難度很大。因此，在農村高中，我們有很多教師對“較高難度的演示實驗”僅憑口頭講或網上下載視頻讓學生觀看，“演示實驗”始終在低水平下徘徊，嚴重制約了實驗教學的有效開展。

基于以上原因，筆者對教材中的一些較難演示實驗在操作思路和方式上進行改進，形成可長效操作經驗，以期勉力達成新《課標》的既定要求。

二、課題研究的意義

1.通過對教材演示實驗系統化研究結合同組教師的實踐經驗編排與整理出高中物理教材演示實驗的改進與創新校本教材，改變我校物理演示實驗教學零碎性，提升教師演示實驗的教學水平。

2.將研究成果應用于教學實踐，有助于激發學生學習物理的興趣，創設生動活潑的演示實驗情景，幫助學生理解和掌握物理知識和技能，啟迪學生的科學思維，訓練學生的科學方法，培養學生的科學態度和價值觀。

三、演示實驗的教學研究

筆者根據演示實驗的目的以及對思維和技能要求的不同把教材中演示實驗進行以下分類：①建立概念型規律型；②深化概念和規律型；③引入課題型；④激發學生學習興趣、培養學生動手能力型（教材中那些“做一做”的實驗）。除隨堂演示實驗外，教材“做一做”欄目及課后習題中實驗均與教學內容緊密聯系。筆者本著追求“學生發展為本”的價值取向，結合教學資源的實際來探究演示實驗的教學。

1.創設條件，使教材中“較高難度”實驗演示成功

“難度較高”的演示實驗在我們平時的教學中經常被有意避開或下載視頻以“觀看”代替了隨堂演示，久而久之，演示實驗的實證性，直觀性特點在學生心目中蕩然無存。

難度實驗1：研究影響平行板電容器大小的因素

此實驗成功的關鍵是如何防止電容器向周圍的空氣放電。而在浙江地區空氣濕度較大，靜電荷很容易向空氣放電，所以此實驗成功演示的難度較大。實驗前如果用大功率紅外線燈泡照射平行板電容器，并用吹風機吹吹電容器周圍使環境空氣干燥、靜電計用酒精清洗并烘干，演示實驗時教室門窗關好，盡量做到無風狀態則電容器不再放電（圖1），實驗演示效果會很好。

2.改進實驗，讓教材中原有演示實驗效果更直觀

（1）從提高實驗的可觀性來改進實驗。明顯的實驗現象和可觀性較強的實驗都有利于教學內容的傳授和學習。可觀性差、實驗現象不明顯的實驗容易引起學生對所講內容的不信任，不利于學生的知識掌握。

改進實驗2：靜電屏蔽

原實驗的不足：教材中對于靜電屏蔽實驗裝置，有以下不足之處：驗電器錫箔較小，錫箔張開閉合情況不直觀，坐教室后排的學生觀示性差。

器材：范氏起電機，試電筆用發光氖泡，金屬罩，導線

方法：①讓導線與氖泡相連，然后讓范氏起電機工作，把導線相連的氖泡靠近起電機，另一端通過人手與大地相連（圖2），當氖泡離起電機越近時，氖泡發光越強，越遠時發光越弱，遠離到一定距離時氖泡不發光。

②氖泡在離起電機一定距離時氖泡不發光，此時讓氖泡圍繞起電機以這距離為半徑轉一圈，氖泡均不發光，而稍微靠近一些又會發光，可以讓學生體會到等勢面。

③在發光的氖泡上罩上一個金屬罩，氖泡不再發光（圖3），拿走金屬罩氖泡重新發光，學生通過氖泡的亮滅來認識靜電屏蔽。

優點評價：改用氖泡的發光來演示后，學生通過觀察金屬罩罩上氖泡前后氖泡有無發光來體驗靜電屏蔽的神奇效果，有了這個認識后，課后習題“生活中高壓電工作人員為什么要穿帶有金屬絲的工作服”就不難理解了。

（2）從加強演示實驗的簡潔性改進實驗。 物理學家麥克斯韋對此早有精辟的論述：“一項演示實驗使用的材料越簡單，學生就越熟悉，就越想徹底地獲得所驗證的結果，這種實驗的教育價值往往與儀器復雜程度成反比。”

改進實驗3：金屬電阻隨溫度的變化

器材：電池，導線，開關，小燈泡，白熾燈燈絲（300W規格），打火機

方法：①把白熾燈燈絲與小燈泡串聯接到電路中，合上開關觀察小燈泡的亮度；②用打火機燒白熾燈燈絲，觀察小燈泡亮度變暗。（圖4）

結論：學生通過小燈泡的亮度變化可以直接得出白熾燈燈絲隨溫度升高而增加。

評價：半導體的電阻隨溫度升高而降低，教材中給出很多演示實驗，但在金屬的電阻隨溫度升高而升高這個規律時，教材中沒有相應的演示實驗僅用表格數據形式給出結論，且在教學中經常會出現學生對燈泡上標“220V、40W”規格白熾燈計算出的電阻只能表示正常工作時的電阻不能理解。

（3）從提高實驗效果的對比性改進實驗。一些物理概念，只憑語言講解，學生是很難接受的。例如在初中學生接觸到的電池的輸出電壓是恒定的，而到了《閉合電路歐姆定律》中要讓學生在短時間內接受電源輸出的電壓是會變化的這一觀點是很困難的。

改進實驗4：研究路端電壓

原實驗的不足：研究路端電壓時，學生在初中接觸到的電壓都是恒定不變的并且印象根深蒂固，而高中接觸到的是含電源的閉合電路，路端電壓是會隨外電阻變化而變化的。只有通過強烈的實驗刺激才能讓學生有所改變，教材中演示實驗雖然也能說明問題，但對學生的以前習得觀念沖擊不強。

器材：電池兩節，導線，開關，小燈泡多只

方法：多只小燈泡并聯連接，通過開關控制依次打開小燈泡，讓學生對比前后小燈泡的亮度情況。通過小燈泡亮度情況說明小燈泡兩端電壓并非定值（圖5）。

優點評價：改進后實驗現象通過小燈泡的發光強弱變化對學生的視覺效果的強烈沖擊比原實驗大，刺激學生深刻體會到小燈泡兩端電壓是變化著的。

教材中的演示實驗在教學中所承載的意義是不同的，作為教師，在平時的教學中應發揮各演示實驗的功能讓其為教學服務，為學生服務。

3.增設實驗，讓教學效果更實效

在教學過程中很多時候引入概念或規律教學時如果缺少一個環境就顯得很蒼白或突兀，此時將一個與此有關的物理情境通過實驗演示來加以鋪墊，學生的思維就能順理成章地銜接到教學中來。

（1）用創新實驗，讓學生對概念認識更具體。“能”的概念是很抽象的，在范氏起電機周圍放上氖泡（見圖2、3實驗），學生通過氖泡發光來體驗電荷周圍確實存在著“場”，場中還具有“能量”，有了能的認識后，“電勢能”“電勢差”的概念理解起來就容易了。

創新實驗5：環形電流的等效磁極

創新背景：在《安培分子電流假說》中環形電流的兩側相當于兩個磁極，學生對此不是很理解。教師可以增設如下實驗輔助學生加以理解。

器材：學生電源，多匝環形線圈，條形磁鐵

方法：線圈接入電源，用條形磁鐵兩極分別接近通電線圈，觀察形圈的運動情況（圖6）。

評價：學生通過環形通電線圈與磁鐵兩極的作用情況，很容易理解環形電流的兩側可等效兩個磁極。有了這個直觀現象后，對于環形分子電流也就不難理解了。

創新實驗6：神奇的渦流

創新背景：學生接觸渦流這個概念時是很興奮和新奇的。塊狀導體就能產生電流？這和以前所學的“電流的產生必需要有回路”這個概念有沖突。生活中的電磁爐為我們提供了很好的教學道具。

器材：電磁爐，輕質薄鋁片，錫薄片（可用糯米團包裝錫盒），保險絲，橡皮擦

方法：①打開電磁爐，放輕質薄鋁片，會發現鋁片浮了起來（為防止側移用橡皮擦在鋁片上方擋住）。換上錫薄片同樣會浮起來（可用來類比解釋磁懸浮列車）。

②把保險絲彎成環形，稍留一小縫隙用鑷子夾住放在電磁爐上方，會發現保險絲會焊接在一起（可解釋高頻焊接）（如圖8）。

評價：渦流產生無處不在，只要是處在變化磁場中的導體都會產生渦電流，這個導體可以是閉合回路，可以是片狀導體。該電磁爐實驗讓我們學生體會到了渦電流的普遍存在性。

（2）用探究實驗，讓學生對規律理解更深刻

物理規律是教學的一個重要部分，學生習得物理規律后能否熟練地應用是教學的最終目標，而教材中對物理規律教學多重在邏輯推理，如教學中利用探究性實驗讓學生從實驗中自己分析得出結論，則會更加深刻理解物理規律。

探究實驗7：含電動機非純電阻電路

器材：學生電源，電壓表，電流表，玩具電風扇，導線開關

方法：①根據圖9接好電路，合上開關，當電風扇正常工作時記下電壓表、電流表的讀數。用手把電風扇幾葉捏住，不讓風葉轉動，記下電壓表、電流表讀數（圖10）。

②在圖11中串一滑動變阻器，調節滑動變阻器使電風扇不轉時記下電壓表、電流表讀數把數據錄入表格進行對比。

評價：歐姆定律學習后，學生對非純電阻中歐姆定律不適用，僅掌握在條件的記憶上，在以后的練習中對于非純電阻電路電壓電流關系又會回到套用歐姆定律的公式上來。而增加了這個探究實驗后，學生通過數據前后的對比，很容易就得出：調整滑動變阻器，使轉動時電流和不轉時電流相等，轉動時電壓明顯高于不動時電壓，即轉動時小風扇功率較大，結合能的轉化和守恒定律，風扇轉動時 ，由此得出 ，歐姆定律在含電動機電路中不成立。

中國物理教學界前輩朱正元先生力主自制教具儀器，提倡 “壇壇罐罐當儀器，拼拼湊湊做實驗”， 不要迷信只有工廠制造的儀器才是儀器，不能局限于教科書上的幾個有限的實驗，應根據教學活動的需要，利用身邊的物品，讓學生盡可能多地進行實驗活動。

4.重生活實驗，讓學生動手“做一做”實驗

在教材中還設計了許多開放性欄目，如“說一說”“做一做”“科學漫步”“STS”等。由于這些欄目是開放性的，雖然沒有具體的教學要求，但它是教材的有機組成部分，在一定程度上體現了新課程的理念，是落實三維課程目標的重要載體。在教學中應充分利用這些資源讓它發揮應有的教學功能。

做一做實驗10：旋轉的液體

器材：U形磁鐵，玻璃淺圓缸，硬質銅芯導線，電源，飽和氯化鈉溶液

方法：把導線做成比玻璃圓缸直徑稍小的圓環作為正極，另一導線接電源負極，放入飽和氯化鈉溶液中并處在磁場中（如圖12），通電后會發現液體旋轉起來。

評價：液體為什么會轉？液體中也有回路？它與新課中的通電導體在磁場中的受力有何區別？這個實驗讓學生思維得以提升：采用分割的思想，液體也可以看成是一條條的直導線！

教學中鼓勵和指導學生參與到“做一做”實驗中來，在實踐中讓學生親切感受和親密接觸奧妙無窮的物理世界，培養學生在物理學習中醞釀創新意識和動手能力。

教材中演示實驗是教學之本，教師在教學中不僅要會做“簡單”的演示實驗，還要有能力和耐心去完成教材中那些“較高難度”的演示實驗，才能提高自身的教學素養和教學魅力。

參考文獻：

[1]《普通高中物理課程標準》（實驗）.中華人民共和國教育部制訂：人民教育出版社，2003.

[2]馮克誠.《中學物理實驗教學指導與能力培養》.內蒙古大學出版社，2000.9.