活用演示實驗 促進自主探究

江翔

摘 要：在今天新課程背景下，演示實驗已不僅僅是為了引出概念、驗證規律、提高感性認識。演示實驗在物理教學中除了要展示物理概念和規律，而且要展示通過實驗建立概念、規律的過程，學習科學研究的方法，培養創新意識和實踐能力，使學生對物理科學有一個完整的認識。本文以課本“觀察超重現象”演示實驗為例，拓展實驗教學內容，優化實驗教學設計，引導學生主動探究，促進有效課堂教學。

關鍵詞：演示實驗；拓展內容；教學設計；自主探究；培養能力

高中物理（必修1）中“超重與失重”是在學完牛頓運動定律的基礎上來探索和研究超重和失重的問題。本文對教材中的演示實驗——“觀察超重現象” （如圖1）進行拓展，優化教學設計，以使教學過程符合由感性到理性的認識規律，讓學生充分全面探究規律，有利于學生對牛頓運動定律知識的理解和深化，有利于培養學生的思維能力。演示實驗的教學功能是培養學生的興趣和激發學生的求知欲；創設學生有效掌握知識的學習環境；訓練學生的科學方法；培養學生良好的科學素養 [1 ]。

1 創設問題情境，激發認知沖突

教學中，通過設計一個實驗創設情境，激發學習的興趣和動機，起輔墊作用。在此實驗前，先不急用彈簧測力計來拉鉤碼，而是用細線掛上一個大鉤碼，然后迅速向上提，如圖2所示，觀察實驗現象：線斷了。通過細線斷掉使學生心理產生一定震憾，又有點驚愕，從認知角度看，打破學生原有的認知結構，使他們思維活躍起來，有效調動他們學習的積極性。但是這還不夠，可以通過已經創設的問題情境，進一步引導，及時抓住學生閃現出來的認知矛盾，激發學生思維，為什么細線會斷？自然而然就想進一步探究是否真得是細線承受拉力增大了？接著引導學生將細線換成彈簧測力計來測拉力大小。

2 提高感知效果，培養觀察能力

從心理學的角度分析，第一，演示實驗的教學要求有明確實驗目的，激發學習動機，讓演示實驗和一定教學內容、教學方法、教學過程等相結合，才能發揮演示實驗的功能。第二，觀察是有目的、有計劃、比較持久的知覺。在觀察演示實驗過程中要現象直觀明顯，突出觀察重點、教給觀察的方法、引導學生從整體到局部，再從局部到整體進行觀察思考，培養觀察的思路，使學生觀察和思維活動結合起來，培養學生觀察和思維的能力 [2 ]。在用彈簧測力計做超重實驗之前，可先用橡皮筋代替彈簧測力計模擬實驗過程，將這個演示實驗改為分組實驗，便于觀察，培養學生觀察能力，讓學生通過觀察皮筋形變來體會彈力大小變化，這樣現象直觀，在實驗過程中，引導學生對各階段觀察結果進行比較，旨在引導學生在探究實驗過程中進行分段觀察，明確觀察的過程，突出觀察重點，同時獲得直觀形象拉力變化的感性過程。對于后面用彈簧測力計分組實驗要注意分段觀察打下基礎。

3 拓展內容探究，培養思維能力

這部分演示實驗讓學生分組探究，手向上提測力計，如圖3，鉤碼由靜止向上運動再到靜止，彈簧測力計示數如何變？（演示過程時間比較短，為了看清讀數變化，也可將此裝置稍做改造，在彈簧測力計指針的行程槽上加一塊泡沫方塊，拉動彈簧測力計，方塊跟著指針一起運動，具有記憶功能），這階段要注意引導學生分階段觀察，為了能讓學生全面深層次探究，實驗中拓展實驗內容，再將鉤碼，由靜止向下運動再到靜止，讓學生觀察彈簧測力計示數如何變？與前面一次測力計讀數有什么不同？為了能夠正確理解超失重的概念，糾正學生認為向上運動就是超重，向下運動的就是失重的錯誤觀念，教學中設計了對比實驗，啟發、引導，讓學生對各階段觀察的現象進行比較、分析，歸納，抽象出超、失重的本質規律，并填下表1。

通過列表讓學生交流分析，得出超重條件是加速度方向向上，與速度方向無關。 通過實驗設計，拓展探究，并比較實驗現象結果，可以培養學生分析，歸納能力，促進學生思維從感性到理性的升華，加深對超失重現象物理規律的理解，訓練了科學研究方法，同時實驗過程中也培養學生交流合作精神 [3 ]。

4 引導學以致用，關注社會生活

在課前布置學生乘坐電梯，課上讓學生談體驗超失重狀態現象，再播放乘坐電梯超失重現象視頻，為了能讓學生知其然，還要知其所以然，要求學生能否利用所學的牛頓運動定律的知識理論分析為什么會產生超重、失重現象？使演示實驗教學功能進一步更深層次發揮，培養學生分析處理數據的能力及應用物理知識解決有關問題的能力。理論分析如下：以向上加速為例：受力如圖4。

根據牛頓第二定律F合=ma可得F-G=ma，

可得F=mg+ma ，由牛頓第三定律可知F ′=F=mg+ma>mg，物體超重。

將電梯視頻中臺秤數據進行對比分析，使學生更清晰、直觀地體會上升和下降過程的超失重現象，并且引導學生進一步分析問題，利用所學知識來定量分析超失重的原因，達到學以致用，鞏固所學知識。當然，為了更好地倡導“從物理走向社會”的教學理念，可讓學生課外探究體驗稱體重過程中的超失重現象，通過課外探究實驗，拓展了探究的時間和空間，培養學生科學態度 [4 ]。

5 變式創新儀器，激發積極情感

為了能夠激發學生學習興趣，可以自制教具，創新超失重演示的儀器，如圖5裝置，不用指針指示超、失重現象，而在長方體重物的一邊裝一個電刷，在其旁邊分上、中、下依次安裝紅、黃、綠三個小電珠，使它按圖6連接著（電池可安在板后面），重物處于常態時，電刷與B銅片接觸，黃燈亮；當重物處于失重狀態（達一定程度）時，電刷與A銅片接觸，紅燈亮，當重物處于超重狀態時，電刷與C銅片接觸，綠燈亮。這樣當向上提彈簧一端時，就會看到不同顏色的燈亮。

此演示實驗可用來在課尾讓學生根據所學的超失重知識來解釋，應用所學知識解決問題，達到學以致用。同時不同顏色的燈亮暗，給學生以美的視覺享受，達到美育功能，激發積極情感。當然此演示實驗也可用在引入新課上，激發學生學習的興趣和求知欲。

總之，教師設計演示實驗應該緊密聯系教學內容和明確演示實驗的目的，一切從學生出發，應注重創設物理學習的良好情境和學生的參與，突出學生的主體地位，在課堂教學的不同環節，適當拓寬演示實驗教學內容，合理設計演示實驗，使教學內容層層遞進，逐漸深入培養學生思維；適當地將探究教學的思想滲透到演示實驗教學中，讓學生主動體驗獲得知識過程。注重實驗資源豐富化，通過利用身邊的物品改進和設計演示實驗，充分發掘物理演示實驗中巧妙的構思和方法，以激發學生興趣，突出重點、突破難點，深化理解知識，使學生多方面都得到發展；注重教學形式的多樣化，并讓多媒體技術與實驗教學有機整合，互相補充，發揮演示實驗的功效，提高課堂教學效果；注重情感教育，知情并進，構建知、情、意、行的合諧統一的教學氛圍；注重將所學知識與生活聯系，將所學知識應用于解決實際問題，體現從“物理走向社會”，達到學以致用的目的。

參考文獻：

[1] 閻金鐸 主編，陶洪著.物理實驗論[M]. 南寧：廣西教育出版社，1996.

[2]胡衛平， 孫枝蓮 ，劉建偉.物理課程與教學論研究[M] .北京：高等教育出版社，2007.

[3]張德啟，李新鄉，陶洪，王崇光.物理實驗教學研究[M].北京：科學出版社，2005.

[4] 江 翔.高中物理演示實驗教學功能認識及實踐研究 [D].福建師范大學，2010.