淺析如何利用演示實驗提高高中物理教學有效性

陳學紅

（安徽省廬江第二中學，安徽 合肥 231500）

0 引言

物理屬于自然學科的范疇，是以自然事象為研究對象，揭示物體運動、變化規律的學科，擁有復雜的知識體系，對高中生的抽象思維能力、物理觀念等提出較高標準。因物理知識復雜、抽象，所以高中生在學習過程中很容易出現畏難情緒。這就需要教師利用演示實驗，通過實驗的方式為學生解釋物理現象、解釋物理規律、解析物理問題，助推學生物理學科核心素養的發展。現階段，高中物理教師對演示實驗的重視程度明顯提高，但在演示實驗的應用中依然存在演示實驗與教學內容脫節，弱化演示實驗功能等問題。因此，如何發揮演示實驗的優勢，利用演示實驗以提高物理教學的有效性，已經成為一項重要的研究課題。

1 演示實驗及其在高中物理教學中的作用

演示實驗是指以實驗為基本方式，用以解析物理現象、解釋物理問題、解析物理規律的直觀教學方法。物理是一門以實驗為基礎的學科，但受到器材、時間的限制，以及一部分實驗在操作中具有一定危險性，所以在物理教學中需要利用演示實驗以突破教學難點，幫助學生理解物理知識。綜合而言，物理實驗在高中物理教學中的作用主要體現在以下幾大方面：

一是增強物理教學的直觀性。高中物理課程抽象性較強，部分物理現象隱藏在生活、自然現象之中，需要高中生具備較高的分析理解能力、邏輯思維能力。在高中物理教學中利用演示實驗，將難以直接觀察的物理現象、抽象性較強的物理概念以及深奧的物理規律等置于演示實驗中，以實驗的方式將這些抽象的內容直觀化，可以增強物理教學的直觀性，降低學生的學習難度，提升學生的學習效率，以此提高物理教學的有效性。

二是活躍物理教學氛圍。演示實驗不僅具有揭示物理規律、呈現物理現象的作用，而且可以活躍氛圍、增強物理教學的趣味性。在教學中教師靈活運用實驗現象，幫助學生化解學習難點，引發學生對實驗原理的熱烈探討，都可以讓物理教學氛圍更加活躍。

三是激活學生的思維。演示實驗具有引導、啟發的作用。當學生面對復雜的物理問題時，教師利用演示實驗展現科學家們的實驗探究思路與方法，引導學生多角度、多層面分析物理問題，根據實驗數據與實驗現象解決物理問題，可以發展學生的物理學科思維，提高學生的思維品質。

四是改善學生學習方式。演示實驗可以將學生的學習方式由被動轉變為主動。教師改變直接呈現物理概念、物理規律的教學方法，利用演示實驗解釋分析物理現象，引導學生從中發現物理規律，有助于改善學生的學習方式[1]。

2 高中物理教學存在的問題

高中物理教學存在的問題主要體現在四大方面：一是物理現象難呈現。物理現象是生動、鮮活的自然現象，廣泛存在于生活、自然、社會當中。學生從物理視角出發觀察、分析物理現象，把握物理現象的關鍵特征，從表象到本質，逐步掌握物理學科觀念與思想方法。但在高中物理教學中，一部分物理現象難以直接觀察，加之部分物理現象較為復雜，導致學生對物理表象產生模糊、片面的認知，不利于學生理解物理知識，并且會降低物理教學的有效性；二是物理概念抽象性較強。在傳統的物理教學中，教師一般用語言為學生解釋物理概念，學生跟隨教師的思路，分析物理概念相關的語言文字，難以完整經歷物理概念的建構過程，對物理概念內涵的理解停留于表面，難以理解物理概念之間的關系，難以從對物理概念的感性認知躍遷到理性認知，不利于學生掌握物理概念，也會在概念教學中浪費大量時間，制約物理教學效率的提升；三是物理規律難探索。自然界中物理現象千變萬化，其變化有規律可循，探索物理規律是高中生需要具備的關鍵能力。當前物理教學中依靠教材內的實驗演示物質運動、相互作用等規律，學生面對教材內容時思維不夠活躍，難以對物理現象的規律進行猜想、假設，缺乏在演示實驗中收集證據、探究物理規律的意識與能力；四是解決物理問題難度大。解決物理問題是高中生學習物理課程的基本方式，重在通過解決物理問題以積累知識經驗、形成核心素養。當前高中物理教學中，受到課堂時間的限制，學生解決物理問題的機會較少，將阻礙學生解決問題能力與思維能力的發展，降低物理教學的有效性[2]。

3 利用演示實驗提高高中物理教學有效性的方法

3.1 利用演示實驗呈現物理現象

分析物理現象，總結物理現象的基本特點，對物理表象形成初步認知，是高中生學習物理課程的起點。在高中物理教學中，教師可以運用信息技術、計算機技術等模擬一些要求嚴格、操作復雜、危險性較高的物理實驗的條件，呈現物理實驗現象與操作效果，引導學生從觀察實驗現象中總結歸納物理現象的特征，幫助學生理解實驗中的物理原理。同時指導學生結合實驗現象聯想生活中與之相類似的生活想象、自然現象等，促成學生對物理表象的正確認知，帶領學生從物理表象抵達物理本質，逐步提高物理教學有效性[3]。例如，《波的衍射》一課教學中，利用實驗演示物理現象：用單色光入射到雙縫干涉演示儀，形成明暗相間的條紋，請學生細致觀察實驗現象并總結出實驗現象的特征。即中央為亮條紋，兩側為暗條紋，亮條紋的寬度基本相同。接下來用不同單色光進行演示，請學生細致觀察，調動自己所學的物理知識，初步分析單色光的波長與條紋間距、亮條紋寬度之間的關系。利用演示實驗幫助學生積累感性材料，對物理表象形成正確認知，再結合物理現象解釋分析波的衍射這一物理知識，加深學生對物理知識的印象。

3.2 利用演示實驗建構物理概念

演示實驗是高中物理教學的重要組成部分，也是高中生建構概念的重要途徑。從高中生學習概念的客觀規律來看，高中生的概念建構需要經歷感知材料、建立表象、抽象概括三大基本環節，感知材料與建立表象是建構概念的前提條件。演示實驗為高中生感知材料、建立表象提供了有力支撐。因此，在高中物理教學中，教師可以用演示實驗代替對物理概念定義的直接講解，通過創設實驗情境、實驗現象呈現以幫助學生積累感性材料，促進學生由感性認知轉變為理性認知，通過對實驗想象的觀察、對實驗證據的收集以及對實驗數據的分析以逐步建構物理概念，促進物理教學有效性的提高。例如在“電勢能”這一物理概念教學中，考慮到物理概念較為抽象，難以通過視覺觀察以理解電勢能，所以在教學中利用演示實驗：一對平行金屬板與電子起電機相連，一個空心金屬箔球原本靜止在下極板。接通電源后，金屬箔球快速上升并與上極板碰撞。學生通過觀察實驗現象與定性分析后會發現通電后金屬箔球上升，其動能與重力勢能增加。根據能量守恒定律，一定有其他形式的能轉化成了金屬箔球的機械能。并通過類比重力做功與電場做功，學生意識到“其他形式的能”與電場中所處位置相關，以此幫助學生建構“電勢能”概念。

3.3 利用演示實驗探尋物理規律

解決高中物理教學中物理規律難探索的問題，促進物理教學有效性提升的關鍵在于以實驗的方式演示物質的不同運動狀態、不同狀態下物質的相互作用關系，激活學生的思維，增強學生思維的深刻性、敏銳性，引領學生從紛繁復雜的物理想象中找出規律，運用物理學科思想方法以認識到物質的特點與變化原理。鑒于此，在物理教學中應用演示實驗，需要教師整合實驗資源，以生動形象、直觀有趣地演示實驗激發學生的學習興趣，讓學生主動參與到實驗探究中，以此提高物理教學有效性[4]。例如在《自由落體運動》一課教學中，播放《牛頓管實驗：世界上最大的真空室》視頻，演示近乎真空的條件下，同時將羽毛與保齡球從高空中釋放。學生可以觀察到羽毛與保齡球幾乎同時落地。實驗視頻結束后，請學生從實驗現象中探索物理規律，對羽毛和保齡球進行重力分析，并嘗試總結規律。以此體現學生的主體精神，提高物理教學有效性。

3.4 利用演示實驗解決物理問題

引導學生自主解決物理問題，是提高物理教學有效性的途徑之一。在高中物理教學中，教師可以利用演示實驗展示解決問題的過程，用演示實驗代替對物理問題的講述分析，將解決物理問題的過程劃分為幾個基本步驟，隨著實驗的深入與分步操作，讓學生參與到解決物理問題的全過程之中，引發學生對物理問題的多維討論、深入探究，指導學生分析物理問題的成因、影響與解決對策。此種演示實驗教學方法不僅可以發揮教師對學生學習活動的監督管理、指導啟發作用，還能夠體現學生在物理學習活動中的主體地位，對于提高物理教學有效性具有重要價值。例如在《導體的電阻》一課教學中，學生有了初中階段的物理學習經驗，能夠理解用伏安法測量導體電阻的原理。但對于部分實驗細節的認知程度較低，不能理解電流表外接與內接的區別以及實驗中的誤差產生原因、此時教師可以利用演示實驗：分別用內接與外接兩種電路測量同一個大電阻的阻值，測量結果的較大差距會引發學生的認知沖突，激發學生對物理問題的探索欲。教師順勢開展討論活動，請學生對比兩種電路連接方式，定性分析與定量計算外接法與內接法下的測量誤差，判斷在測量實驗中如何選取內接法與外接法。以問題驅動學生深入思考，發揮演示實驗激活學生思維、提高教學有效性的作用。

4 結語

演示實驗是一種直觀生動的物理教學方式，重在通過實驗的方法解釋抽象的物理概念、物理規律，具有增強物理教學直觀性、活躍物理教學氛圍、激活學生思維、改善學生學習方式的作用。在教學中教師可以利用演示實驗以呈現物理現象，幫助學生建構物理概念，引導學生在實驗現象中探索物理規律，并鼓勵學生質疑問難，解決物理問題。