淺談新課改背景下物理演示實驗的功能

呂留安

當前的物理教學強調讓學生在自主探究和切身實踐中來構建認知，因此學生的自主實驗得到充分重視，但是教師的實驗演示卻不能被徹底拋棄.筆者認為，演示實驗在以下幾個方面依然有著不可替代的作用.

1 有效提供示范性支架

嚴格規范的演示實驗操作有助于學生形成良好的實驗操作習慣和相關的實驗技巧.雖然學生從初中就開始系統學習物理，對物理實驗的基本操作也比較熟悉，但并不意味著高中物理課堂上的實驗研究就可以輕描淡寫的隨意操作.如何選擇實驗器材、如何設計實驗步驟并按部就班嚴謹操作、如何規范讀數并進行數據記錄、如何分析數據并進行結論歸納、如何進行誤差分析以及實驗改進等等，這些內容都需要教師提供示范性支架，充分激起學生的注意，讓學生在對演示實驗進行細致觀察和細心體會的過程中，形成優秀的實驗習慣.

有道是：習慣成自然.優秀的實驗習慣不僅會幫助學生形成科學的物理探究思路，也能讓物理學科的嚴謹性和規范性延伸到學生生活學習的每一個角落，有助于學生人格的良性發展.當然，這首先就要求我們教師在進行演示實驗時，必須以規范的操作來完成.例如，電學實驗的演示過程，教師就應該從細節著手，把握好規范和標準.有序連接電路；電路連接時開關必須斷開；閉合開關時變阻器的滑片位置必須恰當；電表量程的選擇必須理性；電路接通后如存在故障怎樣合理檢測等等，這些操作細節都是教師在演示過程中必須規范到位，某些操作要點更是要邊說邊做，甚至可以在演示間隙，以提問的方式，讓學生進行后續步驟的補充和完善，教師再按照學生的答案進行操作.實驗能力通俗一點就是動手能力，教師在此方面有意識地進行滲透，有助于培養學生在技術化工作中動手能力以及日常生活中的DIY能力.

2 有效強化學生探究動機

興趣的有效激起是學生產生強大學習動機的重要前提，因此大家都普遍認為興趣是學生最好的老師，學生的物理興趣一旦被激起，他們會更加專注于物理探究活動，他們在執著追求探究結論的同時，也會更加專注于探究活動的過程，他們的學習內驅力也獲得前所未有的強化.因此，教師對教學活動進行設計時，怎樣激起學生興趣，怎樣強化學生探究動機都是必須細加斟酌的問題.演示實驗能提供可控性較強而又鮮活生動的物理情境，教師結合這一情境巧妙設計懸念，并結合懸念來導入新課，能有效激起學生主動探索物理規律的興趣和動機.而且演示實驗也是教學過程中活力因素之一，它能將一系列直觀新奇的實驗現象直接呈現在學生面前，為學生提供豐富多樣而又具有系統性的感性刺激，這些內容既是學生進行物理認知構建的基本素材，也能對學生的積極性和主動性進行調動，進而轉化為學生的學習動力.

比如在新課導入環節，教師將演示實驗呈現給學生，激起興趣，并強化動機，能產生一般化復習導入所無法達到的效果.例如，引導學生認識帶電導體的電荷分布特點時，就可以結合法拉第圓筒和驗電器進行這樣的實驗演示：讓法拉第圓筒帶上電荷，用驗電器對其內壁和外部進行檢測，學生會發現圓筒的內壁不帶電，而外表面卻帶電.教師可以讓學生在對現象進行討論中明確問題：為什么電荷是這樣分布的？實驗的成功演示，給學生創設了懸疑，教師以此為切入點，順利激起學生的探究欲望，開始新課教學.

3 有效引導學生發展思維

物理學的發展源于人類對自然界的觀察，我們的物理學習也同樣需要觀察.這里所謂的“觀察”不是簡單的“看一看”， 基于物理實驗的觀察，其實更是一種思維過程.當人帶著研究性的目的對事物或現象進行觀察時，會因為自身的知識基礎、認知特點以及觀察經驗上的差別，而獲得不同角度、不同層次的結果.演示實驗的目的，就是教師通過演示的引導性作用，讓學生形成科學的觀察習慣，發展相應的思維能力.

教師依據教學目的來設計物理演示實驗，并在課堂演示中引導學生對某些規律進行探索和驗證.在整個實驗的演示過程中，學生觀察什么，怎樣進行觀察，都需要教師有指引性的引導.經常性地訓練，學生將逐漸形成科學的觀察能力，這不僅僅包括觀察的方法和技巧，還包括觀察過程中思考什么，怎樣思考，以及結合思考的結論進一步優化觀察的方法，最終在系統思維中形成對演示實驗結論的總結.

高中物理課程中，很多實驗的系統化演示一般會有這樣基本流程：①提出問題以及設計相應的演示實驗方案；②實驗器材介紹和說明，并引導學生明確觀察的對象；③將實驗現象呈現給學生；④結合問題，進一步對實驗現象進行思考，并進行相應規律的總結；⑤引導學生用所得規律對某些現象進行解釋，以此驗證相關結論的普遍性.上述流程遵循著由實驗到理論，再由理論到實踐的物理研究一般化順序，這里面包含著抽象、概括、分析和總結等一系列思維活動，有助于學生物理思維能力的發展.

演示實驗對學生思維的激發，需要教師盡可能將相關操作和實驗現象以最為直觀的形式呈現在學生面前，以提供更為強大的感性刺激，啟發學生對物理現象的本質進行思考.因此將演示實驗和啟發式教學相融合，通過問題設置，啟發學生進行思考，讓學生學會觀察的同時，也能順利實現思維能力的提升.

4 有效引導學生探究物理規律

物理概念和規律的形成離不開基于物理實驗的探究過程，此外相關理論的檢驗和完善，也離不開物理實驗的支撐.雖然高中階段的物理所學，都是較為成熟的知識體系，但是學生對相關內容的學習過程仍然要像科學家探索未知規律一樣，經歷一系列探究過程.教育理論界普遍認為，唯有讓學生經歷科學探究過程，讓學生見證和體驗知識的形成過程，學生才能更為清醒地把握知識的實質，同時才能有效提升學生的探究能力和學習能力.新課程倡導讓學生在探究活動中建構認知，而物理課程的探究過程離不開實驗，甚至可以講探究過程也就是一種實驗過程.然而，對高中教學而言，學生課業負擔繁重，物理教學時間也相當有限，部分學校的辦學條件也存在一定的局限性，因此演示實驗在應對這些問題時，就存在很大的優勢.它能有效整合資源，在有限的時間內，讓學生結合實驗觀察來實現規律的探索和認知.

例如，引導學生認識“自由落體運動”時，教師要充分把握學生的前概念特點：一方面，生活經驗中，羽毛是緩緩飄落，石塊是重重落地，因此有感性結論——質量越大，落體運動越快；另一方面，科普閱讀或初中所學告訴學生，物體的下落與質量無關.學生的相關認知是瑣碎而離散的，甚至某些地方還是矛盾的，對此教師如果只是強行將相關運動規律灌輸給學生，那就只是在他們模糊的認識表面再鋪上一些貌似華麗的修飾，時間一長，知識又陷入混沌狀態.因此教師要結合演示實驗，引導學生對認知進行系統化構建，讓學生在探究中發現規律.筆者是這樣來組織教學的：①提出問題，物體的落體運動有什么規律？學生很快將上述兩組想法暴露出來.②筆者沒有直接評價這兩個說法的正確性，而是將伽利略最經典的鐵球實驗進行了演示：在五層的樓房上，將質量不同的兩個鐵球同時釋放，學生看到鐵球同時著地.實驗操作很簡單，但是效果很震撼，筆者又將一個鐵球和一團棉花從同一高度釋放，鐵球很快著地，而棉花在空中緩緩飄落，學生開始思考前后兩種運動的差別.③教師再次讓學生猜測落體運動的特點，并反思之前的兩種結論和實驗現象的對比.④學生猜想：落體運動與質量無關，現實中重物較快下落的原因很可能是空氣阻力的影響.⑤教師再演示真空管中羽毛和鐵片的下落，學生的想法很快被證實.在上述過程中，教師通過兩組演示實驗讓學生在逐步探究中，對自我認知進行整理和完善，從而形成了正確的認識，同時也體驗了科學探究過程.

毋容置疑，物理教學要盡量讓學生自主探究中形成認知，發展能力.但是演示實驗以其可控性強，靈活多樣的特點能穿插在教學的每一個環節，發揮著重要作用，依然是當前教學不可或缺的組成部分.教師對演示實驗進行精心設計，將其巧妙融入課堂教學，這也是優化教學的重要手段.