重視演示實驗教學 培養學生核心素養

摘 要：在高中物理教學中，重視并充分準備教材中的演示實驗，或提煉生活中的問題并精心設置成演示實驗，不僅是為了吸引學生注意力，提高學生學習物理的興趣，逐步形成相關的物理觀念，更能夠在演示實驗的教學過程中引導學生形成科學的物理思維，培養學生的科學推理力能。這樣的教學方式能夠在潛移默化中提高學生的核心素養，使學生學會科學探究的方法，領悟物理概念、定理和定律，構建相關的物理模型，提高解決物理問題的能力。

關鍵詞：核心素養；演示實驗；建構模型

物理是自然科學領域的一門基礎學科，研究自然界物質的基本結構、相互作用和運動規律。物理學基于觀察與實驗，建構物理模型，應用數學等工具，通過科學推理和論證，形成系統的研究方法和理論體系[1]。高中物理實驗在新教材、新課程中占有重要的地位，演示實驗是高中物理課堂教學的重要內容，通過高中物理演示實驗教學可以很好地培養學生的核心素養，通過展示演示實驗激發學生對學習物理的熱愛，形成相關的物理觀念和核心素養；通過交流討論，透過現象悟透物理本質，培養學生科學思維、科學推理的核心素養；構建模型，提高解決物理問題的能力。本文列舉幾個平時在物理課堂教學中的演示實驗，淺談一下重視演示實驗與培養學生核心素養的個人教學感受。

一、高中物理演示實驗教學的內涵及特征

高中物理演示實驗教學的含義在于物理教師采取示范操作形式為學生呈現物理課堂實驗的完整步驟，在直觀演示物理實驗場景的過程中要求學生體會物理知識原理及其表現形式，達到鞏固物理課程基礎、激發學習興趣、加深物理學習印象等目標。實驗演示教學屬于物理課堂教學中的核心部分，教師只有在物理課堂上應用直觀、生動的實驗操作展現形式，才能帶給學生更為完整的學習印象，促使學生在觀察物理實驗現象的前提下深刻理解其背后蘊含的知識原理。

具體而言，高中物理演示實驗教學具有如下特點：

（一）直觀性

在高中物理的實驗演示教學中，教師主要應用直觀演示的教學形式來呈現物理實驗步驟，以此保證學生能體會到物理實驗現象背后的科學原理，實現鞏固物理基礎知識的目的。高中物理課堂的實驗演示教學需體現直觀性，教師應按照物理教材描述的實驗工具儀器、實驗操作步驟、實驗現象分析等基本要素加以呈現，確保學生直接觀察到物理實驗演示的生動場面。具有直觀性的物理課堂實驗將會給學生留下較為深刻的觀看印象，啟示學生主動去探索物理知識。

（二）互動性

高中物理的演示實驗教學應體現互動性的本質，教師不僅需要在物理課堂上展示實驗操作步驟，還要采取提出疑問、課堂討論等多種形式來增進師生聯系，引導學生融入師生密切互動的課堂氣氛。如教師在實驗演示操作開始前，鼓勵學生猜測物理實驗現象的特征，吸引學生融入演示實驗環境；教師要求學生仔細觀看物理實驗的示范操作過程，啟發學生描述觀察到的實驗現象及其背后的物理知識原理，采取逐層遞進的演示實驗形式來調動學生積極性，將學生置于物理演示實驗課堂的主體地位[2]。

（三）示范性

示范性屬于物理演示實驗教學的關鍵特征所在，教師只有為學生演示完整、正確的實驗操作步驟，才能有助學生更好地吸收并理解相關物理現象，并透過物理實驗現象來“窺探”其本質。為保證物理演示實驗教學的示范功能得以最大程度發揮，物理教師需在課前準備相應的實驗儀器、材料與設備，并借助信息技術手段作為物理演示實驗的重要工具。教師還應確保物理實驗的操作規范，重視物理演示實驗各步驟的操作細節，力求給學生留下更加生動、逼真的場景印象。

二、高中物理演示實驗教學的重要性

（一）有益于激發探索熱情

學生在物理課堂上的學習興趣是否得到激發，關系到物理教學成效的提高，并且對于學生未來的物理學習與發展也會產生重要影響。激發學生探索物理知識的濃厚興趣，關鍵就是充分依靠物理演示實驗的形式，物理課堂實驗應成為學生探索物理知識的“窗口”。學生通過觀察并體會物理實驗的場景與現象，有效激發學生探索物理世界奧秘的強烈熱情，使得學生真實感受到物理實驗場景的有趣與生動。由此可見，激發學生探索物理知識的熱情興趣需建立在課堂實驗演示教學作為保障的前提下。

（二）有益于鞏固基礎知識

高中生的物理學科基礎是否扎實，直接影響到學生的物理學習水平。物理演示實驗教學作為鞏固課程基礎知識的關鍵途徑而言，其能夠作用于學生的視覺感官，然后直達學生的思維深處，實現鞏固物理學科知識體系的目標。如，很多高中生反映，自己在觀察教師演示的生動、鮮活實驗場景之后，對于所學的物理知識形成更好地理解，且經過很長時間仍能夠清晰描述觀察到的實驗現象。因此，演示實驗的教學形式能夠加深學生對于物理基礎知識的學習印象。

（三）有益于活躍課堂氛圍

處于活潑生動課堂環境中的高中生更易收獲物理知識，演示實驗教學的深入開展能夠激活物理課堂氣氛，使得學生在潛移默化的情況下進入物理學習氛圍，并能夠跟隨教師提供的指導思路來分析、解決相關問題。相比于“知識講解型”的傳統物理教學模式而言，建立在物理實驗場景演示基礎上的物理課堂更加活潑且直觀，多數學生也會由此形成“身臨其境”的感受。

三、高中物理演示實驗教學的有效應用

（一）貼近生活，情真意切，培養形成物理觀念的核心素養

高中物理的“物理觀念”是從物理學視角形成的關于物質、運動與相互作用、能量等的基本認識，是物理概念和規律等在頭腦中的提煉與升華，是從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的基礎。要建立起物質的、運動與相互作用的、能量的觀念，要從學生可以感受的演示實驗潛移默化來逐步形成。物理教師不僅是物理學科的知識源，也應該是對物理學科熱愛的情感源。情感是可以感染、傳遞的，在與學生的交流與交往中，教師應該有意識將科學家對物理科學的熱愛與執著追求展現給學生，也要把自己對物理學科的熱愛、對物理學科的情感態度傳遞給學生，更要將物質的、運動與相互作用的、能量的觀念潛入學生的心田。在新課教學中，將教材中的演示實驗或探究實驗或關乎重要物理觀念問題，轉化為情真意切的貼近生活的演示實驗，能激發學生熱愛生活、熱愛物理科學情感、在師生交流互動中，逐步形成物理觀念[3]。教師還應善于利用信息技術工具來放大物理實驗操作中的細節，借助立體、直觀的融媒體演示工具為學生呈現放大后的實驗現象、場景與步驟，使得學生更好體驗到信息技術手段融入物理演示實驗的意義所在。如教師預先準備物理實驗相關的視頻資料或影視作品片段等材料，在物理實驗演示的同時進行播放，將強烈吸引學生進入演示實驗氛圍。教師采取反復播放視頻片段、放大多媒體畫面、定格動態視頻場景等技術手段，在加深學生實驗觀察印象的前提下準確把握實驗步驟。

如，在多普勒效應的新課教學中，為讓學生體會聲源與觀察者相對運動時，觀察者接收到的音調發生了變化，老師在課堂上引入很多成功的實驗，都能很好地激發學生的學習興趣，在這一節的教學中，幾位教師可在課前相互配合拍攝親駕摩托車的視頻，拍攝靠近或遠離觀察者時音調發生變化的視頻，在新課教學中，除了讓學生感受音調及音調的變化外，在播放這一來自生活的又是自己老師的視頻時，課堂上學生會很興奮，情真意切；再通過講解多普勒當年在觀察火車進出站時汽笛聲音調變化，激發學生熱愛生活、觀察生活的興趣，學習機械波在傳遞過程中，運動與相互作用及能量的傳遞，培養學生的相互作用與能量的物理觀念。

在《力的平衡》教學中，要建立起運動與相互作用的觀念，可以用多媒體手段展示“遠古巨石陣”“梵凈山蘑菇石”圖片，用視頻展示“港珠澳大橋”這一世紀偉大工程，能讓學生震撼于大自然的鬼斧神工，祖國的強大和科技的偉大。而不同的學生對于運動與相互作用的物理觀念也有不同的收獲，且與我們的生活還是有較大的距離，用我們生活中的瓶瓶罐罐，貼近生活、情真意切的真實演示實驗，更能感悟力平衡觀念：用三根火柴棍和一條細繩將幾瓶礦泉水支撐在學生桌面，伸張虛勢地用重物壓住桌面上的火柴棍，問將重物移動，還會平衡嗎？生活經驗使學生處于新奇、亢奮狀態，真是不可思議。通過力與平衡的學習，逐步形成運動與相互作用的平衡觀。

（二）觀察現象，悟透內涵，學會科學推理與物理思維

在學習新的物理知識時，學生透過現象總是試圖以這種原有的認知結構來同化推理得出結論，因此，教師就要利用學生的“認知沖突”，精心創設出演示實驗問題情境，使學生原有概念與現實情境中的現象產生矛盾或對立。教師利用演示實驗，細心觀察實驗現象，通過師生互動，積極引導，喚起學生的積極科學思維，進行推理形成新的物理概念和科學的思維方法，深刻理解悟透其內涵。物理演示實驗教學應緊密結合實際生活，引導學生在現實生活中觀察并發現相關的物理現象，鼓勵學生聯想所學的物理知識加以分析。教師在物理演示實驗的過程中穿插某些假設提問，激發學生探討物理實驗現象的熱情，指導學生通過觀察教師演示物理實驗來嘗試解決相關疑問。

在“全電路歐姆定律”教學中，設置演示實驗情境：先用二節干電池給一小燈泡供電，小燈泡正常發光，小燈泡兩端電壓約3.0V，再用三節干電池（舊，未告知）給同一小燈泡供電，結果會如何？學生觀察到的實驗現象是：小燈泡顯得更暗，結果與學生初中的“電源兩端的電壓不變”的認知產生較大的沖突，三節干電池的電壓是4.5V，而實測小燈泡兩端電壓為2.1ｖ，“電壓去哪里了？”然后利用學生積極的思維活動進行科學推理，電源內部分走了電壓，建立起了“電源內阻”的概念，悟透電源電動勢與電源路端電壓的不同，建立起解決電源內阻相關問題的物理思維方法。

在向心力的來源分析教學中，“水流星”生活小實驗，是一個很容易完成的實驗，甚至學生在家里就能完成，在課堂教學中，也是一個可以演繹精彩的實驗：一個沒有蓋子的塑料水杯，用手將其倒置，水就傾流而下，沒有與重力平衡的支持力呀！問：不借助其他任何工具，杯口朝下，如何讓水不流下來呢？快速轉動“水流星”，半點水沒流出，轉速慢到一定程度時，“驚人”的一幕發生了……老師的引導，師生交流，喚起學生積極的思維，“重力去哪里了”，重力用于提供做圓周運動的向心力，就很好理解向心力的概念，理解向心力不是一個新的性質力，是一個效果力。

（三）科學探究，構建模型，提高解決物理問題的能力

建構相應的物理模型是高中物理學生的核心能力，通過構建相應的物理模型，能夠很好地解決相關的物理問題，因此，日常高中物理演示實驗教學中，要引導學生逐步建構物理模型，提高解決物理問題的分析和解答實際物理問題的能力。如教師要求學生在課前預習階段自主收集物理實驗相關的道具或器材，并將其應用于建構物理實驗模型。鼓勵學生應用智能手機等信息技術工具來查找物理實驗模型的圖片與視頻，充分發揮學生的想象力來完成建模任務。教師應在全班范圍內評比得出建模效果最佳的物理學習小組，對于表現優異的小組學生給予獎勵，以此激發學生主動建構物理實驗模型的興趣。

自由落體運動是高中物理中常見的運動物理模型，因此，在“自由落體”的新課教學中，將教材中的“測試你的反應能力”轉換“街頭騙術”為演示實驗導入：折疊百元大鈔，老師讓鈔票在你的雙指間穿過，誰能抓住它，百元大鈔就歸誰了，學生都很興奮，個個躍躍欲試，結果都失敗了，利用學生積極的思維——“為什么沒能抓住百元大鈔”，引導構建出自由落體的運動模型，學生理解了從運動學角度及力學角度思考實際的物理問題，提高解決運動學與力實際問題的能力。

在“簡諧運動”教學中，為了構建理想化的簡諧運動模型，依次設置完成下面的演示實驗：用輕質彈簧一端連接物塊，另一端固定，靜止放在水平桌面上，然后，釋放被拉動形變的彈簧和物塊，物塊在桌面上往返運動幾次后就停止了，再將其放在氣墊導軌上（抹點油，末通氣源），重試一下，在導軌上往返了稍長的時間，最后，接通氣源，釋放物塊，物塊長時間地機械振動，科學推理：如果阻力完全不存在了（生活中不存在），物塊將永遠振動下去，再用課件展示一下，在學生的思維中構建出簡諧運動的運動模型，如果阻力不存在或可以忽略不計，由彈簧的彈力提供所需要的回復力，可知回復力與其位移成正比，便是簡諧運動，這就是水平方向的彈簧振子。彈簧問題是高中學生學習物理的難點問題，通過這一模型構建，對于解決彈簧類的實際問題，學生比較得心應手了，解決實際問題的能力就會提高。

結束語

貼近生活，生活處處是物理，熱愛生活，觀察生活中的現象與問題并進行科學思考與假設推理，將生活中的問題提煉便是物理。因此，在高中物理教學中重視并充分準備教材中的演示實驗或提煉生活中的問題精心設置成演示實驗，不僅是為了吸引學生，提高注意力，提高學生學習物理的興趣，逐步形成相關的物理觀念，更可以在物理演示實驗教學中引導學生形成科學的物理思維，培養學生的科學推理，在潛移默化中提高學生的核心素養，學會科學探究，領悟物理概念、定理和定律，構建相關的物理模，提高解決物理問題的核心能力。

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[M].北京：人民教育出版社，2018.

[2]胡思凡，劉竹琴.核心素養導向下高中物理實驗教學策略研究[J].科技風，2020（1）：45.

[3]劉青華.新課程背景下高中物理課堂演示實驗的教學探究[J].物理教師，2011，32（10）：4-7.