高中物理演示實驗的設計方法研究與實踐

沈長翠

(安徽省定遠中學 安徽 滁州 233200)

在高中物理教學中，教師應在新課改的要求下，從物理學科核心素養的培養出發，科學地設計教學方案，讓學生在教學活動過程中不斷提升核心素養。演示實驗是高中物理教學中比較常用、也比較有效的教學方式，在學科核心素養培養方面可以發揮積極作用。因此，高中物理教師應根據課程內容，不斷創新演示實驗，提升教學質量，加強學生物理學科核心素養的培養。

1.高中物理演示實驗的相關概述

從實驗在物理教學的地位來看，高中階段的物理教學中，實驗應當是物理教學的基礎實驗，作為物理學的基礎，這是實驗本身的特點，以及其在物理教學中的作用所決定的。

其次，實驗是物理教學的重要內容，實驗本身是物理學科中不可分割的重要內容，同時實驗教學也是物理教學的重要組成部分，物理實驗作為物理概念和物理規律教學中必不可少的基礎，離開了實驗的物理教學，無法讓學生直觀而形象的掌握物理概念，也無法通過物理現象直達物理本質，加強物理實驗教學，才能夠讓學生更好的進行物理知識學習。

再次，實驗是物理教學的重要方法。實驗是物理學研究的重要方法，與此同時在高中物理教學中也是教師教學物理，學生學習物理的重要方式，學生通過觀察與實驗能夠發現探索物理規律，并且經歷這一過程，從而培養學生的觀察能力，培養學生的動手能力和實踐能力。學生通過這樣的學習能夠掌握科學的學習方法，在實驗探究中更好的掌握物理知識。

最后，實驗是物理教學的重要手段。在高中物理教學活動中，教師采用好的教學方法，能夠適當地以教學手段發揮實驗的應有作用，在教學中正確的運用實驗這種方法進行教學，不僅能夠取得良好的教學效果，同時也是必不可少的重要手段。

從演示實驗的定義來看，一般認為演示實驗室在高中物理課堂教學中，為了配合課堂教學，作出的具有表演性質和示范性質的實驗。高中物理教學中的演示實驗，就是把需要研究的物理現象直觀的展示在學生的眼前，讓學生觀察思考，與此同時教師配合相應的講述，穿插學生的討論，利用這樣的方法讓學生在直觀看到演示實驗的過程中完成課堂教學任務，課堂演示實驗被認為是一種最高效最直觀的教學手段。廣義上的演示實驗不僅僅是教材中出示的一些演示實驗內容，還包括教師展示的各種物理模型，以及實物和投影教具進行的操作演示等等。

從演示實驗的分類來看，演示實驗是配合教師進行知識講解以及，課外討論而進行的各種實驗。具體來說，在高中物理教學中，根據實驗目的以及教學目的和學生思維以及基本要求的不同，可以將演示實驗分為探索性的演示實驗驗證性的演示實驗和應用型的演示實驗。

探索性演示實驗，要求學生能夠根據實驗的現象以及實驗特征及變化規律分析出現變化的原因，在學生已有的知識結構和經驗基礎上進行猜想、歸納、驗證等一系列思維活動，找到出現該現象和該變化的規律，從而形成新的知識。這一類也是實驗，對于學生的思維能力要求相對較高，同時也有利于培養學生的知識遷移，拓展能力和創造性思維，激發學生對物理的興趣。

驗證性演示實驗要求學生能夠根據物理規律或者物理理論是否確實存在，并對引起變化的原因進行探討，再次返回判斷和證實物理規律和物理理論的正確性。

應用性演示實驗，一方面是指學生利用基本的測量儀器和基本的實驗技能和基本的物理測量，另一方面是學生了解知識在實踐中的具體應用，以及如何應用所學的知識解決實際問題的。

從演示實驗在教學中的作用來看。演示實驗，在高中物理教學中發揮出了重要作用，具體來說有以下幾個方面。

一是演示實驗為學生提供了必要的感性知識。高中階段的物理知識雖然與學生的生活日常有著密切的聯系，但高中階段的學生缺乏與之相應的物理知識和生活體驗學生很難深刻的感性的認識這些現象，也難以從中找出物理本質和物理規律。學生在學習的過程中也會感到一些物理現象和生活中的印象不一致，針對這樣的問題應用演示實驗，將物理現象的特征突出，從而使得學生可以豐富而深刻的進行感性認知，這樣學生能夠更好的記住結論，在頭腦中形成一定的物理圖像，這樣的教學活動才能幫助學生更加具體的認知成像的物理知識。

二是物理實驗是歸納物理概念和物理規律的基礎。高中階段物理中大部分的概念和規律都是在實驗的基礎上得來的，在教學中演示實驗，為學生提供了直接而豐富的感性材料，從而幫助學生更好的建立物理概念，更好的探究物理規律，通過這樣的教學方法加深學生印象。

三是物理演示實驗能夠培養學生的觀察能力和實驗能力。在高中物理教學中，教師通過對演示實驗的講解以及分析并且引導學生觀察，不僅能夠讓學生直觀的看到實驗現象，也能夠了解觀察的方法培養的學生細致的觀察能力和較強的實驗能力，為學生今后的深層次學習奠定堅實基礎，也有利于培養學生的綜合素質。

四是演示實驗能夠充分激發學生的興趣，吸引學生的注意力。傳統的高中物理教學中教師忽視演示實驗教學的價值，沒有針對演示實驗進行有效的教學設計，這導致學生在被動參與課堂的過程中失去學習的興趣，而以演示實驗為切入點能夠使教師從各物理課堂在教學中采用多元教學策略，吸引學生的注意力，讓學生在興趣的驅使下，能夠培養物理學習的熱情。

2.高中物理教學中演示實驗的基本要求

2.1 演示實驗應當有利于學生觀察。高中物理教學中的演示實驗，主要是教師在講臺上借助已經組裝好的儀器和設備，按照實驗的基本步驟，將實驗現象直觀的展示在學生眼前，幫助學生學習物理知識。從這樣的演示實驗特點來看，演示實驗利于學生直觀觀察，應當是其基本要求。具體來說，教師在高中物理教學中關于演示實驗的儀器應當做到主體突出，對比強烈。這樣才能夠在第一時間幫助學生，直觀的看到物理現象。在進行演示實驗指導的過程中，教師則應當一邊講一邊做，讓學生一邊畫一邊寫，使學生在觀看演示實驗的過程中有明確的目標。

2.2 演示實驗應當幫助學生建立物理概念和規律。在高中物理教學中，學生觀察演示實驗的主要目的是直觀而具體的建立物理概念，掌握物理規律，因此，演示實驗不僅講究科學性。演示實驗的科學性體現在實驗裝置的科學性，操作過程的科學性以及實驗解釋的科學性。

實驗裝置的科學性主要體現在教師要用簡明的裝置和啟發性較強的現象，引導學生進行觀察，并且啟發學生思考，通過這樣的方法讓學生在強烈的對比效果中加深對物理知識的印象，從而提高學習的效果，當然教師應當注意在也是實驗的設置上，要防止為了過于追求簡明而出現科學性錯誤的問題。

實驗操作的科學性主要體現在操作規范。例如在實驗中不要用手直接拿砝碼，不要用嘴直接吹滅酒精燈，按照電路圖的順序依次連接電路等。

實驗解釋的科學性體現在針對演示實驗能夠結合正確的物理規律給出學生合理的解釋，讓學生能夠真正的掌握本節所學的知識內容，避免出現錯誤給學生今后學習帶來障礙。

2.3 演示實驗應當注重培養學生實驗能力。高中物理教學中應當樹立以學生發展為本的現代教育理念。不僅要關注學生對物理知識的學習，更要關注學生對人類發展和文化傳承的需要，關注學生全面發展的需要，這樣才能更好的進行演示實驗教學，通過演示實驗教學，促進學生多種素質與多種能力發展。演示實驗作為教師操作學生觀察的實驗形式，嚴格的來說，教師不僅要引導學生在學習活動中掌握基本知識，更要借助演示實驗來培養學生多種實驗能力。具體來說實驗離不開觀察，因此教師在演示實驗教學中應當培養學生的觀察能力在觀察過程中幫助學生學會正確的觀察實驗現象，引導學生有目的有計劃的觀察實驗過程和實驗現象，學會記錄實驗結果，分析實驗規律，這樣才能促進多樣化能力的發展。

2.4 演示實驗應當提高學生科學研究水平。科學的核心在于探究，教育的目的在于促進學生發展。在高中物理教學中，教師應當兼顧兩者的融合，讓學生在學習中進行科學探究，了解物理學的本質，在物理學習活動中形成科學的態度和正確的價值觀，培養學生的創新精神和實踐能力。在演示實驗教學活動中，教師應當有明確的教學目的。在明確的教學目的下，以知識為基點讓學生在觀看物理實驗教學時經歷問題的提出，猜想與假設，最終得出試驗結果使學生親身經歷知識形成過程加深所學印象。

3.高中物理演示實驗當前的教學問題

3.1 學生無興趣要。針對高中物理學科，許多學生普遍存在很強烈的畏難情緒，認為高中理科類教學普遍難學。甚至許多學生從初中階段便開始害怕上物理課，學習物理十分消極懈怠，從而很難打好物理基礎，以至于在上高中后無法順利學好物理知識，尤其是沒有學習演示實驗的興趣。而在演示實驗中，很多老師也沒向學生提供必要的感性材料，迫使學生面對抽象難懂的物理知識，無法充分加以理解并熟練掌握，進而在學習過程中也難以激發出來濃厚的興趣。此外，在物理教師呆板固定的授課模式下，學生也會漸漸失去原來的實驗熱情，普遍缺失科學素養及探索實驗的意識。在教師不重視的影響下，學生在認知演示實驗的意義上，也只是停留在輔助學習物理概念方面，無法正確體會演示實驗在訓練思維、培養素養上的關鍵性作用，以至于很難提前興趣。

3.2 演示過程單一化。在當前的高中教學中，還是普遍過于注重升學率，視其為優先教學目的。為了增大升學率，幫助學生在考試中贏得好的分數，很多物理教師普遍均會過于強調理論教學，很少注意到演示實驗。加之和學生也很少互動交流，教師一般都是自己來一味地講解或者演示。在很多演示實驗課上，普遍就是教師一個人再說或者解釋，很多教師甚至還會直接利用講解來代替做實驗。部分教師還太過依靠多媒體專業模擬技術，針對演示實驗，并不引導學生自主操作，而僅僅向他們播放多媒體實驗視頻或課件，通過虛擬實驗室完全代替了演示實驗課程教學。在虛擬實驗中，雖然很強調細節，并且深入淺出，可以有所幫助學生學習物理課程，但是卻太過理想化，難以產生真實感。所以，這樣培養學生，定會影響他們提升自己的核心素養，更別說增強創新能力。這么一來，知識學習效果就勢必不甚理想，自然整體教學成效也不好。

3.3 削弱了學生的參與感。高中階段演示實驗強調教師的演示，這就導致教師在教學活動中過于關注自己的演示過程，而忽視了學生的參與，通常情況下，教師在教學中只是要求學生看自己做實驗，但沒有為學生布置觀察目標和觀察，任務學生在觀察實驗的過程中只是走馬觀花的看教師做完了實驗，但自己沒有任何的收獲，由于學生缺乏明確的觀察目標，導致學生的參與感被進一步削弱，實驗結束之后學生依然不明所以這不僅影響了學生的學習體驗，也導致學生在演示實驗中難以針對性的提高自己的觀察能力和分析能力，也不利于學生的思維能力發展。

4.創新演示實驗的方法

4.1 演示實驗形式的創新。在傳統的高中物理課堂上，教師演示實驗，學生觀察實驗現象并進行記錄，是主要的演示實驗教學形式。但隨著教育理念的轉變，培養學生核心素養目標的確立，在實際教學環節，教師也需要融入學生的討論、互動、對話等元素，引導學生進行深入思考，發揮出演示實驗應有的教育價值。學生不應當是實驗的觀察者，更應當成為與教師一起進行演示實驗的操作者，學生自己動手進行操作，觀察實驗的具體過程，通過這樣的形式強化學生的物理學習體驗。

如，“摩擦力方向”教學的開展，教師先幫助學生了解實驗的步驟和相關原理，讓學生自己動手實踐。學生將手背朝上放平，然后用牙刷用手背根部逐漸勻速向前移動。在這個過程中，學生就能觀察到牙刷的毛逐漸向前傾斜，感受到摩擦力在實驗環節的具體作用。在實驗操作結束后，學生進行獨立思考并形成實驗記錄，在課堂上進行分享與展示。這種創新的演示實驗形式，大大發揮了學生的主體作用，讓學生成為演示實驗的主人，自己操作、思考并記錄，完成具體課堂教學任務，培養學生的物理核心素養。

4.2 演示實驗材料的創新。材料決定著演示實驗整體的效果，所以在演示實驗開展之前，應當選擇精度高、質量好、操作簡單的具體材料，為演示實驗的開展做好準備。隨著DIS在高中學校的推廣與應用，演示實驗教學的開展也得到了推進與發展，演示實驗的空間變得更大，形式也變得更加多樣。教師也要及時轉變自己觀念，讓演示實驗逐漸朝著日常化、智能化的方向，開發更多的演示實驗材料。教師在實際教學環節，可以借助智能手機的多重功能，實現力學、光學等環節的教學目標，通過智能手機的參與，利用示波器、音頻發生器、氣壓計等功能，豐富演示實驗的內容和環節，學生也能獲得更加豐富的學習感受，積極參與到實驗的具體環節當中。

4.3 持續改進實驗方法。首先，教師在物理演示實驗教學中應當改進實驗的裝置，以增強實驗的演示效果。就高中物理教學來說，高中物理教學中有一個驗證楞次定律的演示實驗。無論是學校提供的實驗裝置還是學生自己做的實驗演示器效果都不是很好，主要原因是因為通過單閘鋁框的磁通量變化較弱，產生的電動勢和感應電流較小，無法直觀的感受到電流的磁場。根據這樣的方式，教師就應當進行改進，例如可以改用直徑為0.5毫米左右的漆包線。

其次，教師應當對實驗方法進行創新。高中物理教學中的一些演示實驗參數無法改變，例如實驗中設計的重力加速度無法改變，而為了更好的達到實驗的預期效果，教師可以對實驗的方法進行創新變不可能為可能。在單擺實驗中，重力加速度在同一地點無法改變，而同一個演示實驗又不可能在遠離了兩個地方進行，因此教師可以改進方法來達到同樣的效果。例如教師可以在鐵球的下面擺放一排條形磁鐵，取同名磁級向上，這樣可以增加鐵球向下的作用力。

最后，教師應當引導學生積極參與的實驗教學中。在演示實驗教學中，教師也應當引導學生參與到探索過程中，雖然演示實驗不強調學生自己動手操作，但教師可以讓學生的思維參與其中，并且提出各種可能的假設，然后通過教師的演示來驗證學生提出的結果，這樣的方法能夠使學生擁有更強的參與感，并且在實驗的過程中開動腦筋思考，在情境中主動的探索發現，從而加深所學知識的印象，更好的掌握物理知識和物理規律。

4.4 適當自制教具，增加演示實驗。首先，教師在教學中可以適當的挖掘學生的生活資源，進行實驗創新。例如教師可以隨手選取身邊的物品進行實驗，讓學生在生活中直觀的感受物理知識。例如在力的分解這一節知識中教材中選擇的例子使得學生短時間內難以理解力的作用效果。針對這樣的現狀教師在教學中，去參與學生生活，做了如下演示實驗。拿出一支筆，用橡皮筋一頭套住筆的一端，另一頭套在中指上，然后將筆的一端垂直于手心，在橡皮筋與筆相連的一端掛上重物，這樣學生可以直觀的看到橡皮筋被拉長了，并且手心和筆接觸的這一部分，有被壓迫的感覺，說明橡皮筋受到了拉力，這樣學生就能夠直觀的理解力的分解。

其次，教師可以巧妙聯系學生的生活，巧妙演示實驗。教師在高中物理教學中，利用自己的物理智慧，取材學生生活，巧妙的運用生活中常見的器材演示實驗，這樣可以進一步提高物理教學的有效性。例如教師在教學中可以采用日光燈管的一端燈頭也是金屬電阻率與溫度的關系。這樣的演示實驗，能夠讓學生但看到原來生活中。這樣的演示實驗能夠讓學生恍然大悟，原來物理知識就在生活中，原來這樣的器材就能夠做實驗，通過這樣方法啟發了學生的思維，學生在今后的物理知識學習中也能夠巧妙的運用這些常見器材驗證物理知識和規律。

4.5 鼓勵學生進行課外小實驗和制作。課外小實驗是課堂教學的有益補充，與此同時也是學生參與到實驗活動中的重要途徑，就需要教師在教學活動中結合教學內容，引導學生利用一些常見的簡單器材，自己進行實驗操作。另一方面，教師也可以利用簡單的器材，獨立的進行實驗觀察和實驗，看自己是否能夠得到這樣的實驗結果。對于高中階段的學生來說，開發和利用簡便易行的小實驗較有必要。通過這一過程一些缺乏實驗器材的演示實驗或者課堂效果不好的實驗，都可以在課外通過實驗來代替另一方面日常物品代替身邊材料所做的物理實驗，對于學生而言有著較強的吸引力有利于減少學生對物理實驗的神秘感和陌生感，這樣可以讓學生更加直觀的進行物理實驗的學習與探究。

其次，教師還要在演示實驗中引導學生邊學邊做實驗。演示實驗作為物理教學中的常用教學手段，其好處是可以讓學生的觀察活動和思維活動集中于課堂，可以幫助教師按照預定的計劃進行教學，可以在短時間內完成教學內容。教師在教育過程中要引導學生積極參與課堂，讓學生一邊學一邊做，這樣才能夠讓學生在分析實驗現象驗證實驗規律和知識的過程中加深印象。

結語

在新課程背景下，教師必須順應課程改革的要求，積極開展物理實驗教學，探討和分析存在的教學問題，提出合理有效的改進方法。同時，探索高校物理實驗和演示實驗，教師必須進行長期的研究，根據我國教育的現狀，提出合適的教學方法;掌握物理知識最終是解決我們生活中的問題。它不僅應該能夠應付考試，而且應該沒有實際能力。作為調查和示范實驗的一部分，培養學生的學習能力需要教育工作者的共同努力。