提高中學物理演示實驗教學的有效性

鄭冰瑩

摘 要：高中物理教材中，設計有大量的演示實驗，目的是為了揭示所研究問題的發生、發展，為了引導學生進行觀察、思考，由教師做給學生看的示范實驗。演示實驗固然主要由教師操作，但是為了培養學生的科學探究能力服務的教學活動，教師針對教材的某些內容做出精心設計，促使學生在掌握科學知識的同時，體驗科學探究的樂趣，認識科學思想觀念，培養科學探究能力。

關鍵詞：科學探究；演示實驗；教學有效性

物理學是建立在實驗基礎上的學科。中學物理教學以觀察、實驗為基礎早已成為物理教育領域的共識。然而，在實際教學中，題海戰術盛行，黑板上講實驗，習題中“做”實驗的現象普遍存在。我所任教的中學是一所農村薄弱校，學生學習基礎差，沒有養成良好的實驗意識和科學探究習慣。在課堂上，學生并不重視知識的由來，而是等著知道結論和公式。對知識“知其然而不知其所以然”的情況明顯，和現代教育的要求脫節。

高中物理課程改革提出了三維目標，重視對學生科學探究和實驗能力的培養 [1 ]。高中物理教材中設計大量的演示實驗，目的是為了揭示所研究問題的發生、發展，為了引導學生進行觀察、思考，由教師做給學生看的示范實驗。演示實驗固然主要由教師操作，但是為了培養學生的科學探究能力服務的教學活動，教師可針對教材的某些內容做出精心設計，促使學生在掌握科學知識的同時，體驗科學探究的樂趣，認識科學思想觀念，培養科學探究能力。

新課改的教育目的，不僅僅是為傳授給學生知識，更主要的是培養學生科學素養與能力 [1 ]，即不僅讓學生知道“是什么”，而且要知道“為什么”，更重要的懂得“怎么做”，要學會收集信息，加工知識，動手實踐探究，學會自我增長知識和擴展知識。為此，物理實驗的教學模式發生了重大的改變。傳統實驗與科學探索實驗的對比如表1。

下面就以我聽過得一節周邊某縣一中（市級教學開放日）公開課“振動的描述”中所截取得演示實驗部分的課堂片段做分析，整理如下與大家分享。

1 案例：利用彈簧振子進行振動圖像的教學

【教學設計思考】

（1）振動的特點，如振動物體的位移、速度變化情況等，怎樣在彈簧振子中得以反映。

（2）引導學生體會氣墊導軌減小摩擦力的作用，建立彈簧振子的簡諧運動模型。

（3）本節課的目的是獲得振動圖像，即振動物體的位移隨時間變化的規律，但實驗中并沒有計時裝置，如何促使學生體會頻閃照相設備中應用視頻逐幀播放記錄不同時刻的信息。

【實驗教學目的】

（1）利用氣墊導軌上彈簧振子的運動，分析并描繪出簡諧運動的位移圖像。

（2）利用視頻逐幀播放所記錄不同時刻的位移信息，培養學生描繪圖像的能力和演示探究之后的思考。

【實驗教學流程】

【實驗教學儀器】

（1）帶有毫米刻度尺的氣墊導軌

（2）彈簧振子

（3）頻閃照相

（4）投影儀，多媒體視頻

【實驗教學實示例】

（1）首先打開實物投影儀將實驗裝置投放在大屏幕，請學生觀察并敘述看到的裝置。（目的在于介紹靜態實物的觀察方法——按順序進行觀察）

（2）這里有一個氣墊導軌，上置一固定毫米刻度尺，零刻度線位于尺的中央。在其左端固定一彈簧振子，并觀察其靜止于零刻度線處。

（3） 把彈簧振子從平衡位置即零刻線處水平向右拉移一定位移（如6cm），讓其運動。

（4）打開多媒體視頻準備頻閃照相，并且告訴學生相隔三十份之一秒攝下一幀。

（5）讓彈簧振子重新靜止在零刻度線處，由一名同學拉移到最大位移放手，教師準備視頻開始攝像，同時用投影儀播放振子的運動。

（6）觀察拍攝彈簧振子運動兩個周期停止。再在投影儀中逐幀播放，并讓學生記錄每兩幀的位移，記錄于表2中。

（7）指導學生在坐標紙上描繪振動位移圖像。

（8）教師利用excel圖表功能做出振動圖像驗證。

【實驗結論】

簡諧運動的位移圖像都是正弦或余弦曲線。

2 評價：注重科學知識的學習和技能的訓練，強調科學過程和科學方法的學習

（1）提出問題。發現有價值的問題信息“振動的物體的位移隨時間的變化規律”。

（2）猜想與假設。盡管所提出的猜想不一定是最終的科學結論，但這一過程的培養是創新的源泉。

（3）設計實驗。確定使用的實驗方法，確定使用哪些實驗器材，構思實驗的步驟，把探究的猜想具體化、程序化。

（4）進行實驗和收集數據。這是培養學生動手能力、觀察能力的重要環節。而本環節教師已經做到在課堂教學中對學生的有效引導與培養。

（5）分析論證。教師恰當地使用多媒體設備論證了科學結論。

（6）交流與合作。在實驗過程中，師生之間、學生之間對所探究的問題進行交流與合作，共同完成探究任務。

3 賞析：突破傳統，有效探究

（1）教材中用沙擺演示簡諧振動的振動圖像 [2 ]，即利用盛沙漏斗下面的薄木板被勻速拉出時，擺著的漏斗中漏出的沙子在板上形成的曲線顯示出擺的位移隨時間變化的關系。這個實驗存在不足之處：木板很難在手的拉動中做到勻速移動；隨著沙子的減少，沙擺的重心的降低影響擺長，進而影響沙擺的周期。本案例中設計氣墊導軌上的滑塊系在一端固定的彈簧上，可以沿導軌做簡諧運動。

（2）雖為演示實驗，卻達到了探究式分組實驗的效果，學生觀察測量、記錄數據并進行數據處理而親自探究出結論。采取這種方法學生通過自己動手學習知識，積極性高，有利于發揮學生的主體作用，也有效地克服課堂教學滿堂灌的現象，能夠提供更多的機會培養學生的實驗技能和讓學生掌握科學的研究方法。

（3）在教學效果方面，學生親自把讀取的位移隨時間變化的數據進行處理，這是一個復雜的過程：建立坐標系，包括橫縱軸的選擇、標度的選??；描點連線；得出結論。在高考中對圖像的考察再經常不過了，學生往往存在對圖像的觀察不細致，以致于錯誤解答。本設計把這方面的訓練放在課堂上，獲得很好的教學效果。

高中物理課可以說是由演示實驗帶路的一門課程，精心設計成功的演示實驗，不僅能夠活躍課堂氣氛，獲得良好的教學效果，而且會給學生留下難以磨滅的印象，激起學生學習物理的持續熱情，奠定其獻身科學事業的信心，正是如物理學家勞厄所說：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力，教育給予人們的無非是已學過的東西都遺忘掉的時候所剩下來的東西?！?[2 ]

參考文獻：

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

[2]馮杰. 高中物理探究實驗及案例教學設計[M]. 北京：北京大學出版社，2011.