如何讓演示實驗在物理教學(xué)中發(fā)揮真正的作用

陳璐暢

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

鄧有鴻

(廣州市第二中學(xué) 廣東 廣州 510530)

如何讓演示實驗在物理教學(xué)中發(fā)揮真正的作用

陳璐暢

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510006)

鄧有鴻

(廣州市第二中學(xué) 廣東 廣州 510530)

從目的性、直觀性、可靠性、互動性、創(chuàng)新性和優(yōu)化性等6方面闡述了演示實驗在物理教學(xué)過程中的注意點，對發(fā)揮演示實驗的作用，提高演示效率，促進學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)，建立正確的學(xué)習(xí)方法等有一定的指導(dǎo)作用．

重要性 明確 直觀 可靠 互動 創(chuàng)新優(yōu)化

實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，課堂演示實驗是中學(xué)物理實驗教學(xué)的重要組成部分，它不僅是建立物理概念和規(guī)律、理解和掌握物理知識不可缺少的環(huán)節(jié)，還是培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學(xué)習(xí)方法，也是變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育，提高人才科學(xué)素質(zhì)的重要手段之一，更是檢驗物理理論的標準．在學(xué)生建立完整的物理概念和導(dǎo)出正確物理規(guī)律的課堂教學(xué)中，實驗是最活躍最具生命力的部分．它能化抽象為具體，化枯燥為生動，把要研究的物理現(xiàn)象清楚地展示在學(xué)生面前；能引導(dǎo)學(xué)生觀察，并進行思考，配合講授使學(xué)生認識物理概念和規(guī)律，達到“事半功倍”的效果[1]．

近年來高考物理試卷對實驗的考查，不僅從學(xué)生實驗發(fā)展到演示實驗，而且已從簡單的背誦實驗知識轉(zhuǎn)向考查對實驗的思想、原理、方法的理解上，重在考查學(xué)生的實驗?zāi)芰途C合分析能力．許多物理教師都主要重視理論的講授和解題能力的培養(yǎng)，而忽視了對學(xué)生動手能力的培養(yǎng)．因此，為了培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能、觀察能力、思維能力和科學(xué)的思維方法，提高他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，進一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性，發(fā)揮非智力因素的能動作用，引導(dǎo)他們從小愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)，激發(fā)他們樹立敢于攀登科學(xué)高峰的雄心壯志，縮小與世界先進國家實驗教學(xué)的差距．

本文就此談?wù)勛约旱哪w淺體會和作法，與同行們研討．

1 要目的明確忌隨心所欲

物理教學(xué)中，演示實驗是新課導(dǎo)入的重要方法之一．實驗具有生動、直觀、新奇的特點，容易激發(fā)學(xué)生的直覺興趣．如能充分發(fā)揮實驗的趣味性、奇異性、多變性，就能創(chuàng)造出生動的情境，使學(xué)生思維活躍．演示實驗是用來配合教學(xué)的，應(yīng)根據(jù)不同教學(xué)內(nèi)容和要求，選擇用合適的實驗，合理地進行實驗，以便讓學(xué)生清楚地認清物理概念和規(guī)律[2]．

例如，在講授“平拋運動”這一節(jié)的內(nèi)容時，我們可以選擇的演示實驗比較多．如拋出的粉筆頭、桌上滾落的玻璃球、水流的噴射、平拋運動演示儀、閃光照相等．其目的就是讓學(xué)生認識“平拋運動可以看作是水平方向的勻速直線運動和豎直方向的自由落體運動的合成”這一規(guī)律．我們利用演示實驗應(yīng)清楚地顯示出演示內(nèi)容的本質(zhì)特征．當(dāng)然實驗時要增強實驗的趣味性，更好地調(diào)動學(xué)生的思維積極性．

再比如，講“摩擦力”這一節(jié)，我們可以用引導(dǎo)提示法指出我們要實驗的問題和目的．如“摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)系呢？”為了研究這個問題，我們調(diào)整吊盤上的重物的重量，使木塊在桌面上做勻速直線運動，這時繩子對木塊的拉力就等于木塊與桌面間的滑動摩擦力．然后在木塊上加一個重物，增大木塊對桌面的壓力，這時發(fā)現(xiàn)，必須增加吊盤上的重物，使拉力增大，木塊才能做勻速運動．可見增大木塊與桌面之間的壓力，木塊與桌面之間的滑動摩擦力也增大．學(xué)生就很自然地得出“兩個物體間滑動摩擦力f的大小跟這兩個物體之間的壓力N大小成正比”的結(jié)論，即f=μN．然后進一步得出動摩擦因數(shù)與兩接觸物體的材料和它們接觸面的粗糙程度有關(guān)．整個實驗?zāi)康男悦鞔_，環(huán)環(huán)緊扣，步步深入，學(xué)生必定會有很強的感性認識，很清楚的認知思路，從而輕松地掌握這節(jié)的內(nèi)容．

演示實驗切忌毫無目的，隨心所欲．演示實驗的最終目的是為教學(xué)服務(wù)的，為的是在實驗中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，理解規(guī)律，從而掌握規(guī)律．為實驗而實驗，沒有目的性，只會使學(xué)生浮于實驗過程與表面現(xiàn)象，不知道教師為什么做實驗，不知道實驗演示了什么規(guī)律，更談不上自己去發(fā)現(xiàn)與探討規(guī)律了．對教師而言，這樣的實驗是“吃力不討好”的事．

2 要明顯直觀忌模糊不清

可以說演示實驗的一切功能都不能離開觀察，觀察者只能在演示者所給現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進行觀察．因此，演示實驗的直觀性是最起碼的要求．教師在設(shè)計演示實驗時應(yīng)注意以下幾點：

首先，物理過程的變化要顯著．為了使現(xiàn)象明顯，儀器的尺寸要比較大，尤其是觀察部分的尺寸要大、刻度線條要粗，要使教室內(nèi)最遠的同學(xué)也能看清．這樣做演示的精密度雖有所降低，但可以用感受效果來彌補．必要時可以借助投影、機械放大、光杠桿、放大電路等手段增強現(xiàn)象的明顯性，提高觀察效果．另外，儀器擺放的位置，被觀察主體與背景的色調(diào)對比等也會影響觀察的效果．通常可采用演示板、磁性黑板、染色、生煙、襯托背景、照明等方法來增強觀察效果．

其次，儀器簡單，過程明了．演示之所以要直觀，就是為了能從實驗中直接觀察到物理過程，認識物理現(xiàn)象的本質(zhì)，而不需要過多地拐彎抹角，受其他無關(guān)因素的干擾．特別是一些為建立、鞏固物理概念的定性演示中，沒有必要選擇精密復(fù)雜的實驗裝置．例如，我們用橢圓墨水瓶演示微小形變現(xiàn)象，效果就比用復(fù)雜的光桿系統(tǒng)裝置要好．又如，用旋轉(zhuǎn)電樞(或磁鐵)的方法演示電動機的原理就比搬一個真的電動機來做實驗更能突出物理原理．

第三，要多種感官并用．有資料表明“在接受知識方面，單靠聽覺一般只能記住15%左右；單靠視覺，從圖像獲得知識，只能記住45%左右；如果兩者結(jié)合起來，可記住65%．”因此，調(diào)動學(xué)生各部分感官的協(xié)調(diào)并用，比單一渠道要好．我們應(yīng)該考慮學(xué)生的各種感官對信息的分辨能力，以強化有效刺激，促進學(xué)生對新知識、新規(guī)律的理解．例如，講加速度時，學(xué)生視覺感受到加速度影響速度的變化可能不很明顯，可以用多媒體課件來演示．演示時，速度的變化可以用音高變化來表示．使學(xué)生聽覺、視覺共同作用可能比單純用視覺更直接．因而對變化率的概念比較容易建立．

演示實驗切忌模糊不清．學(xué)生看不到清晰的實驗過程和明顯的實驗結(jié)果，搞不清實驗所演示的規(guī)律、原理，無助于物理教學(xué)．與其浪費時間，不如不做．

3 要安全可靠忌弄虛作假

課堂上的教學(xué)時間是極其寶貴的，如果教師在演示中出現(xiàn)失誤和差錯，不僅會殆誤時間，而且會引起對所得結(jié)論的懷疑．因此，教師在課堂上的演示實驗必須確保成功．

成功的演示是由多方面的因素決定的．首要條件是掌握實驗原理，它是設(shè)計和改進實驗的依據(jù)．只有掌握了原理，才能準確地抓住關(guān)鍵，成功地進行演示[3]．例如，靜電實驗我們一般認為比較難做，其實關(guān)鍵在于靜電電壓高而電荷量少．因其電壓高，通常所說的絕緣體在高壓下變成了導(dǎo)電體；因其電荷量少，電荷容易漏．從原理上進行分析，我們就可以找到改進靜電演示實驗的關(guān)鍵——解決絕緣問題．只要對儀器進行簡單的改進就行了．

其次，要注意環(huán)境條件．有些實驗的成敗與環(huán)境等外界條件很有關(guān)系．例如，空氣的濕度對靜電實驗很有影響，某些電學(xué)實驗跟電源電壓的穩(wěn)定性有關(guān)．因此，教師在課前要選擇好所需的儀器和材料，仔細地進行檢查，熟悉儀器的使用性能，了解實驗的精確程度，估計實驗時間，觀察教室里即將演示的環(huán)境等．

課前做好充分的準備，可以提高演示的成功率，但不能保證課堂上一定不出問題．出了問題怎么辦？一是要鎮(zhèn)定，切忌手忙腳亂，應(yīng)認真思考和分析，盡可能及時找出原因，迅速排除故障；二是要實事求是，實驗失敗不可簡單地用“儀器不行”來搪塞過去，更不能編造數(shù)據(jù)，弄虛作假．應(yīng)當(dāng)向?qū)W生如實說明實驗失敗的原因，申明下次再做．這種負責(zé)的精神和科學(xué)的態(tài)度，必將培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)作風(fēng)，對學(xué)生產(chǎn)生良好的影響．

4 要師生互動忌孤芳自賞

演示實驗是教師利用課堂時間為學(xué)生演示，在操作的同時又引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行觀察、思考和分析的一種物理實驗教學(xué)方式．傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，演示實驗通常教師演示，學(xué)生看，但是很多實驗學(xué)生根本看不清，特別是后邊的學(xué)生．不同程度地限制和阻礙了學(xué)生智能和潛能的發(fā)展，直接影響學(xué)生實驗心理素質(zhì)的提高．因此，在演示實驗中，應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生觀察、猜想、分析、歸納總結(jié)，甚至在實驗操作上讓學(xué)生積極參與，讓學(xué)生充分了解實驗的內(nèi)容，多次重復(fù)，加深印象，鞏固記憶．例如，在“楞次定律”一節(jié)的教學(xué)中，筆者變原來的課堂演示實驗為邊做邊講實驗，每兩位學(xué)生發(fā)一套實驗器材(干電池、電流表、原線圈、條形磁鐵、導(dǎo)線)，實驗中讓學(xué)生首先觀察電流方向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，再觀察原線圈的電流方向與磁鐵運動方向的關(guān)系，把直觀的材料作為培養(yǎng)學(xué)生知覺、觀察力的材料，引導(dǎo)學(xué)生仔細、準確地進行觀察，然后引導(dǎo)學(xué)生討論、研究、對比、總結(jié)出感生電流所引起的磁場方向與磁鐵運動方向的關(guān)系，最后訓(xùn)練學(xué)生用科學(xué)的語言描述，并解釋所觀察到的現(xiàn)象，從而順理成章地寫出楞次定律．可見，演示實驗在教師指導(dǎo)下讓學(xué)生參與，不僅有顯示學(xué)生實驗技能的機會，又能得到科學(xué)方法的訓(xùn)練及能力的培養(yǎng)，加深理解和掌握物理概念和規(guī)律，同時可領(lǐng)略物理學(xué)的思想，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法．

5 要大膽創(chuàng)新忌墨守成規(guī)

中學(xué)物理課堂演示實驗可分為驗證性實驗和探索性實驗，而大部分是驗證性實驗．驗證性實驗是對知識的正確與否加以驗證，鞏固和加深對基本規(guī)律和基本原理的認識．但是，對學(xué)生在學(xué)習(xí)物理的科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度方面不能得到鍛煉，也不利于培養(yǎng)學(xué)生主動探索物理規(guī)律的能力，而探索性實驗對培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)造能力、自學(xué)能力、觀察實驗?zāi)芰敖鉀Q實際問題的能力有獨到的作用．正如愛因斯坦所說：“對真理的探索比占有更加寶貴”． 因此，在教學(xué)中可把一些驗證性的實驗變?yōu)樘剿餍缘膶嶒灒趯嶒灲虒W(xué)中，要盡量再現(xiàn)實驗的設(shè)計過程，多讓學(xué)生想想：“為什么要這樣做？”“換種方法行不行？”以此滲透物理思想，啟迪學(xué)生思路．例如在“牛頓第二定律”一節(jié)的教學(xué)中，筆者將這個驗證性實驗變?yōu)樘剿餍詫嶒灒溲芯糠椒ǎ?/p>

(1)邊學(xué)邊做實驗.首先讓學(xué)生按照自己設(shè)計好的實驗方案做實驗，使學(xué)生從實驗中初步認識物體的加速度a與物體的質(zhì)量m及它所受外力F有關(guān)．然后，筆者再演示課本上的實驗，規(guī)范操作，這樣，不僅使學(xué)生掌握科學(xué)的實驗方法，而且讓學(xué)生觀察實驗過程，注意發(fā)現(xiàn)研究對象引起變化的原因和條件以及在實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，使學(xué)生對a和F，m的關(guān)系獲得感知．

(3)歸納總結(jié).師生共同分析、歸納、總結(jié)出牛頓第二定律．這樣，讓學(xué)生用實驗探索和理論探研兩種方法自我進行推證，在推證過程中學(xué)生就自然而然地對核定的研究對象、成立條件、使用范圍、注意事項搞得一清二楚．讓學(xué)生由學(xué)知識變?yōu)橹鲃犹剿髯匀灰?guī)律，對知識學(xué)得更扎實更牢固，同時使學(xué)生受到科學(xué)方法的熏陶．

6 要合理運用多媒體優(yōu)化演示實驗教學(xué)

利用常用儀器、教具進行演示是一種最基本的手段，而利用多媒體教學(xué)，是教學(xué)現(xiàn)代化的重要標志，是教學(xué)改革的重要組成部分．因為多媒體教學(xué)是指在教學(xué)過程中運用系統(tǒng)科學(xué)的觀察和方法，組織多媒體信息，形成合理的教學(xué)結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)教學(xué)優(yōu)化，使學(xué)生真正體會到物理學(xué)科的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生觀察及分析問題的能力．如應(yīng)用多媒體展示課堂實驗無法演示的宏觀的、微觀的、極快的、極慢的物理過程，從而突破時間以及空間的束縛，進行逼真的模擬，靈活地放大或縮小物理場景，將物理過程生動形象地展現(xiàn)于學(xué)生眼前，使學(xué)生認識加強，理解透徹．例如，對于“LC電磁振蕩電路”的振蕩過程分析，筆者應(yīng)用電子計算機的動畫功能，展現(xiàn)了隨著電容充放電的進行，LC回路中的電場能和磁場能之間的周期性變化，振蕩電路的大小和方向變化的全過程，安全逼真，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中保持精力高度集中，思維高度活躍，求知欲高度旺盛的狀態(tài)．對于可見度小，不易觀察，且只能水平演示、觀察的內(nèi)容，例如水波的干涉、衍射現(xiàn)象，用發(fā)波水槽借助投影儀演示，既起放大作用，又使其有動感，使學(xué)生看到清晰的干涉條紋，對學(xué)生腦子里形成正確概念有極大的幫助．但是還有部分同學(xué)對波的疊加原理難以理解，又缺乏想象力，為此筆者又用計算機模擬制作了一條直線上兩傳播方向相反的兩列波的疊加，可十分形象直觀地表現(xiàn)波的疊加，學(xué)生也容易理解，并取得了良好的效果．利用多媒體進行物理實驗教學(xué)，不但為教和學(xué)增添了信息的傳輸和接收通道，而且為教學(xué)創(chuàng)設(shè)了良好的情境，師生們置身于“情”、“景”中，以“物”思“理”，又以“理”認“物”，這對物理的各種題型的實驗教學(xué)有著積極的意義，對提高物理課的素質(zhì)教育教學(xué)有著廣泛的前景．

總之，演示實驗在物理教學(xué)中有不可替代的作用．教師只有明確了演示實驗的重要性，掌握了正確的方法，才能使學(xué)生的觀察和思維活動緊密地結(jié)合起來，用觀察促進思維活動的展開，又用思維指導(dǎo)觀察活動的進行，逐步掌握物理概念和規(guī)律，發(fā)展觀察和思維能力，才能使我們的物理教學(xué)達到“事半功倍”的效果．

1 許國梁．中學(xué)物理教學(xué)法(2版)．北京：高等教育出版社，1993

2 閻金鐸，田世昆．中學(xué)物理教學(xué)概論(2版)．北京：高等教育出版社，2003

3 安忠， 劉炳昇．中學(xué)物理實驗與教學(xué)研究．北京：高等教育出版社，1986

陳璐暢(1996- )，女，在讀本科生.指導(dǎo)教師：鄧有鴻(1977- )，男，中教高級，主要從事高中物理競賽指導(dǎo)及高中物理教學(xué).

2017-03-09)