本站原创1物理教学中应用演示实验的依据
近年来,多媒体的虚拟实验因其安全和便利而被广泛采用,渐有取代演示实验之趋势.此外,还有一部分教师偏重理论,在日常教学环节中索性省略了演示实验.但笔者认为,物理学是一门实验科学,演示实验在高中物理教学中有着重要的地位,演示实验有着虚拟实验所不具备的优势.先就物理教学中应用演示实验的相关依据阐述如下：
1.1物理教学中应用演示实验的理论依据
物理学一词的英文physics,早先来源于希腊文Φυσιζ,意为自然规律,可延伸为自然及其发展规律,现在指研究物质运动的最一般的规律及物质基本结构的科学.物理学是实验科学,实验是物理学的基础.凡物理学的概念、规律及公式等都是以客观实验为基础的,即物理理论绝不能脱离物理实验结果的验证.此处所指的实验是近代科学实验,是有目的地去尝试实践,是对自然的积极探索.科学家提出某些检测设或预见,为对其进行证明筹划适当的手段和方法,根据由此产生的现象来判断原设计检测设或预见的真与否即为科学实验.从认识主体所起的作用来看,科学实验同被动的经验、单纯的观察之间有很大的不同.仅仅停留在观察试验上还不能称为科学实验和方法,还必须使观察试验和理论研究结合起来.可以说科学实验是人类文明发展的积极推动力之一.因此科学实验的重要性是不言而喻的,其中物理实验自然也雄居要位.
1.2物理教学中应用演示实验的课程依据
在新课程改革中,义务教育阶段的物理教育目的是培养全体学生的科学素质,依据这一定位,形成了物理课程改革的基本理念：（1）注重全体学生的发展,改变学科本位的观念,（2）从生活走向物理,从物理走向社会,（3）注重科学探究,提倡学习方式多样化.利用科学探究式的学习方法正是支持、鼓励和满足了物理课程改革的基本理念,让学生通过亲身经历发挥自己的想象力和创造力,去体验探究的方法,尝试自己解开大自然中五彩缤纷的谜团.
1.3物理教学中应用演示实验的现实依据
物理实验教学,在创设学习环境和培养学生认知能力中起着重要作用.实验以直观具体、形象生动的教学形式,符合中学生的心理特点和认知规律.利用新奇、有趣的实验可在激发学生兴趣的同时,培养学生的观察能力,实验课增加了学生的动手机会,增强了学生的主动性.学生通过亲自动手做实验,能体会到“发现”和“获得成功”的快乐.在实验中,学生的认知心理得到发展,学生的判断能力,手脑并用能力,全面细致地分析、解决问题的方式,以及实验技能等均得到发展.在实验中,同学之间配合、讨论、争议、融合,因此可以锻炼学生的勇气、信心、意志等.通过实验还可以培养学生的合作精神.所以,演示实验的现实意义非常丰富.
2物理教学中应用演示实验的实践
成功的演示实验可以丰富学生的感性知识,化抽象为形象,加深学生对物理概念及物理规律的理解,并能帮助学生加深记忆,激发学生的学习兴趣和求知.
高中物理课程教学中的演示实验可以分为四种类型：引入课题的演示实验,形成概念、寻找规律的演示实验,深化巩固所学知识的演示实验,应用物理知识的演示实验.
现从四个方面,分别就物理教学中应用演示实验的情况加以举例说明：
2.1引入课题的演示实验
根据教学的要求,可以在讲授新课之前安排一个演示实验,目的是引起学生对即将要研究的问题的兴趣,激发求知,或者在建立某些抽象物理概念之前,让学生有一定的感性认识.这类演示实验要力求“新异性”和“惊险性”,制造新鲜感和紧张气氛,刺激学生心理,以达到提高课堂效果的目的.
如必修2的第三章《机械能守恒定律》第一节《追寻守恒量――能量》教学时,笔者在实际教学中,在进行新课之前设计了一个演示实验：用绳子将一个铅球悬挂在教室天花板下,实验前告知学生实验情景,如果让一位同学靠在墙壁前,然后将铅球拉到他的鼻子前释放后,铅球摆动起来后,再次摆回的时候,让学生们进行猜测,铅球会不会将这位同学的鼻子撞出血来?然后让猜测答案是“不会撞到”的学生上来参与实验,但要求参与实验的学生不能闭眼睛.由于在实验前提出问题,设置悬念,使得学生能够自觉地带着悬念去观察实验,并能主动参与课堂实验,学生的参与意识大大加强.同时活跃了课堂气氛,在实际教学中的课堂效率也是相应大幅提高.
2.2形成概念、寻找规律的演示实验
在实际教学中,如果一些物理概念、规律很抽象,直接传授给学生会显得很深奥,而且很难理解,那么应该设计一个演示实验,提供给学生一些感性认识的材料,帮助学生降低对概念、规律理解的难度,进而帮助学生建立物理抽象概念,甚至得出物理规律,以达到提高课堂实效的目的.
如必修2中《曲线运动》一节中的重点和难点是“曲线运动的方向”,在过去教学中,对曲线运动的方向,大多数教师是通过多媒体从理论上讲解,砂轮上摩擦掉下的炽热颗粒或转动雨伞时水滴的方向,来认识曲线运动的方向.这样得到的结果,学生实际上还是不太明白.笔者在这节课教学中设计了一个自制曲线运动的方向演示仪：在桌面上平铺一张白纸,然后用PPR管做成曲线运动的路径,管子的水平部分是由一节一节连成的,再将沾过红墨水的小球放入管子中,小球离开管子的方向即为曲线运动的方向,将小球在白纸上的径迹方向延长刚好与管子边缘相切.拿掉管子水平部分的一节,重复再做,这样可以顺理成章的得到曲线运动的方向为曲线运动上某点的切线方向.
又如在高中物理教学中选修3-2《电磁感应定律》中的“楞次定律”,学生对“楞次定律”的概念和规律同样会遇到困难,感到很抽象,一头雾水.我们必须设计好演示实验,学生在教师的启发下,层层深入,在实验的辅助下建立概念,得到感应电流方向判断的方法――楞次定律.
因此,教师在平时的备课中,要多关注学生的实际情况,若学生对概念及规律的理解和接受存在困难时,就可多设计一些演示实验,以提高课堂实效.2.3深化巩固所学知识的演示实验
在传统的教学中,很多教师在上新课时会做一些实验,对于一些知识的拓展类和延伸类课,一般都采用习题的形式加以深化和巩固,很少采用其他方式进行教学.笔者认为设计一些演示实验可以帮助对所学知识的理解和深化、强化记忆,比反复做题目更有实效.
下面是笔者在选修3-2《变压器》拓展课教学中的一个实例：“多人尝试电击滋味”的演示实验.如图1,取一个初级线圈和次级线圈砸数比为12∶220的升压变压器.先将初级线圈触点P搭接在干电池正极上,然后让几个学生手拉手排成一排,两头的学生分别用手握着变压器的A、B端,学生们并无反应,但当将P与干电池断开时,每个学生几乎同时撒开了手,均被“电”了一下.接着笔者设计了一些问题：①为什么一开始没有电击,后来会有?②一节干电池这么低的电压为什么会产生上述现象?③能否计算一下当触点P断开时,AB端间产生的电压是多少?④为什么当触点P断开瞬间,AB间会产生高压?等通过这样一个演示实验可以解决“变压器”这一节课的拓展内容,同时可以延伸到实际生活中煤气灶、汽油机点火装置的工作原理.所以,合理巧妙的演示实验对学科知识的复习巩固的效果也是非常显著的.
2.4应用物理知识的演示实验
这类演示实验是在讲授新课之后或者复习课中进行,可以在课堂内进行,也可以鼓励学生在课外进行,通过运用所学的知识解释实验现象,培养学生理论联系实际和分析问题、解决问题的能力.传统教学中,对于这类课型一般都是采用教师讲授为主,教师在黑板上画几个图讲述得头头是道,但学生兴趣不高,特别是一些比较抽象的物理知识,学生对物理知识和现象缺乏感性认识,对老师所述半信半疑,教学效果往往不够理想.对此,笔者在教学实践中,常通过设计一些演示实验来提高教学实效.
如选修3-2教材中有一道书后练习题：在科技馆中常看到这样的表演,将一根长1m左右的空心铝管竖直放置,把一枚磁性很强且直径略小于铝管内径的小圆柱永磁体从铝管上端放入管口.根据一般经验,小圆柱体自由下落1m左右的时间不会超过0.5s,但小圆柱要更长的时间才从铝管下端落出.小圆柱在管内运动时,没有感觉到它跟铝管内壁发生摩擦,把小圆柱靠着铝管,也不见它们吸引.是什么原因使小圆柱在铝管中缓慢下落呢?如果换用一条有裂缝的铝管,圆柱在其中下落就快得多了.这又是为什么呢?
针对这道习题,为了增强学生对所学物理知识和现象的感性认识,提高教学效果,笔者设计了相应的演示实验教学.磁铁在管中运动,学生看不到过程,只看到结果,可视性差,于是采用如图2所示的装置进行等效对比实验.2个相同的强磁环分别套在塑料棒和铜棒上进行下落演示,然后交换磁环演示,总有铜棒上的磁环下落得较慢的现象.因为形象可感,疑惑自然解除,知识自然掌握.
3物理教学中应用演示实验的反思与总结
经过多年的实验演示教学,积累了一定的经验,也产生了诸多的思考,现一并总结如下：
3.1实验前期准备要充分,做到有备无患
演示实验是现在物理课堂中最常用的教学方法,是教师备课的重要内容,需要教师认真研究和准备.首先,教师要明白做演示实验的目的,不能为了实验而做实验.其次,教师在课前要准备好与实验有关的全部仪器、材料.第三,教师在课前要反复操作,并且操作要规范,不能随意性,如需要固定的,就要用铁架台固定,切记随便用手拿着.第四,对于在实验中可能出现的故障要做到心中有数并能及时排除.第五,做演示实验要注意示范性,操作速度要快慢适中,同时掌握演示时间,注意与教学进度紧密配合.第六,教师要考虑除课程标准和教材中规定的演示实验外,还可以适当补充哪些小实验,或对现有的实验作必要的改进,以提高教学效果.如在教学《伽利略斜面实验》中,我通过PPR管做成一个巨大的弧形来代替两个斜面,这样全班同学能够清晰地观察到实验现象.第七,要考虑在演示过程中如何引导学生观察,启发学生思维,最大限度地发挥演示实验的作用.这样,教师在课堂中才能有效地应对各种各样的问题.
3.2实验演示要求学生参与,实现共同研究
演示实验不是教师一个人的事,更不能教师做给学生看,再讲给学生听,使演示与讲解脱节.这种作法忽视了学生学习的主动性,把学生当作被动接收的“机器”,完全没有发挥出演示实验的作用,是不可取的.教师要在演示的同时引导学生观察,不断启发提问,让学生分析、讨论,充分调动学生学习的积极性,使实验结论合情合理地被推导出来.还可以让学生参与做实验,如让学生上前来读数或动手.让学生自己参加演示实验,留下深刻的印象,如在教学《牛顿第一定律》中,先让前面一桌同学站起,然后让他们头顶放稳一本教科书,再让后桌同学突然推前面同学,看到现象后,让同学们来解释现象.这样一来,学生的积极性马上被调动起来,兴趣也浓了,同学们对物理的恐惧感也大大减弱了.
3.3实验演示跟讲解密切结合,效果更好
在备课过程中,教师首先要考虑在什么时候做实验比较恰当.一般地说,在遇到一些比较抽象的物理概念如电场磁场等概念时,先做演示实验后讲解；有一些实验仪器比较复杂,如用气垫导轨测物体运动的加速度时,应先做必要的说明,然后实验,也可穿插地进行.要使演示和讲解配合得自然而紧凑.其次要考虑如何使学生能看得懂.在开始演示前,应使学生明白实验的目的；在进行实验的每一步步骤时,应使学生知道教师在做什么,为什么这样做.对学生第一次接触到的仪器或设备要作必要的介绍.
3.4以实验演示启发学生思维,培养学生的探究能力
在演示实验的教学设计中,可以以启发学生思维为目的,培养学生的探究能力.首先,学生要应用各种仪器来观察实验中所产生的各种实验现象,并思考为什么会产生这样的实验现象,从而引发更多的新问题、新探究,也激发了学生的学习兴趣.只讲解实验现象是不能够启发学生思维的.所以,实验时教师要启发学生进行综合分析,抽象概括,自行得出结论,这样才能达到利用演示实验启发学生思维的目的.