有關物理實驗教學中的情境設計

摘 要：本文簡要論述了在物理實驗教學中創設情境的必要性，總結了創設情境的幾種方法。

關鍵詞：物理 實驗教學 情境設計

物理學科是一門實驗性很強的基礎學科，欲提高物理教學質量，就必須上好實驗課，激發學生的學習興趣；欲激發學生的學習興趣，就必須在物理實驗中創設實驗情境。物理實驗中創設實驗情境，其本質在于視覺形象與特定意義的結合，從而有效地引起學生的視覺追求、思維激活、記憶強化。筆者從事中學物理教學工作多年，在創設物理實驗情境方面頗有些心得，現以記之，供各位同仁參考。

一、創設實驗教學情境，提高實驗教學效果

俗話說得好，“興趣是最好的老師”，創設實驗教學的情境不同，實驗效果將會有明顯的差異。物理實驗的事實表明，只有當學生被教師設計的實驗情境所感染，調動了學習興趣，使之思維進入預定情境之中時，實驗教學才能取得預期的效果。例如，當一個“馬德堡半球”呈現在沒有情境準備的學生面前時，在學生腦海里只能形成一個冷冰冰的球形鐵制品視覺形象。這種孤立的視覺形象脫離了豐富的內涵，它既不能激發觀察者的興趣，更不能激發觀察者豐富的聯想。觀察者在心靈深處的感受是非常微弱的。但是，如果教師先介紹發生在1654年德國馬德堡市驗證大氣壓存在的驚人實驗后，再呈現“馬德堡半球”，它在學生的視覺中就產生了一個富有傳奇色彩的、生動活潑的歷史見證物。

當然，實驗情境的設置，不僅在于歷史的陳述，更重要、更大量的是知識背景的鋪墊。只有當演示實驗情境與學生原有認知結構精密聯系并相互作用時，實驗所要觀察的現象、探索的規律、驗證的結論，才能牢牢拴在原有認知結構的錨鏈上，才能轉化為知識和能力。作為教學、實驗本身只是一種手段，教師應通過各種途徑有效地創設實驗情境，從而使實驗成為整個教學過程的有機部分，賦予生硬的器材以勃勃生氣，單調的實驗才能具有豐富的色彩，實驗效果也自在其中了。

二、創設實驗教學情境的幾種方法

實驗情境的創設實質上是一種背景設置、情景鋪墊，是一種思維與情感的激發所作的準備，目的是使學生進入特定的學習狀態。（這就要求教師要具有豐富的知識積累、深厚的文化底蘊，具有時代特征的教學技術以及敏銳的時事觀察力）有鑒于此，實驗教學中情境的設計主要有以下幾種方法。

1.根據史實設計實驗情境。物理教學中的許多實驗在歷史上有著特定的地位，在科學發展中起過特定的作用，科學家們為此曾付出大量的、艱辛的勞動。比如上面提到的馬德堡半球實驗，還有放射線的發現、焦耳熱功當量實驗等等。這些實驗事實與豐富多彩的歷史背景相結合，可以使實驗教學更具有趣味性。例如在“阿基米德定律實驗”展開之前，首先應用歷史史料設計實驗情境，介紹“曹沖稱象”這一有趣的史實，并根據“曹沖稱象”揭示船的吃水深度→排水量→船與石頭的質量關系之間的特定聯系，從而為阿基米德定律實驗的展開奠定了情境基礎。

2.運用現代化的教學技術設計情境。隨著計算機技術、互聯網的發展和普及，在中學物理實驗教學中，可以利用計算機技術、網絡資源材料設計動漫創設實驗情境，使之具有一定的時代信息，能更好地激發學生的學習興趣，提高實驗教學的效果。例如在振動與波、原子和宇宙等章節教學時，就可以運用設計動漫來創設實驗教學的情境。筆者運用這一方法，在教學中收到了很好的效果。

3.利用時事設計實驗教學的情境。隨著現代高科技的發展，運載火箭的發射、“嫦娥奔月工程”的實施，在中學物理實驗教學中，可利用這一具有時代性的能激發學生學習興趣和愛國主義精神的事實，創設物理實驗教學情境，能收到很好的教學效果。例如：在教學曲線運動、萬有引力這一章節中的實驗時運用，能收到意想不到的好的效果。

4.運用“問題”設計實驗情境。中學物理實驗教學，以驗證性實驗居多。其教學目的除了驗證物理定律以加深理解之外，主要是為了理解、深化及運用物理概念。概念的心理動力是思維，而思維源于矛盾，因而在演示實驗前后以及過程中，制造矛盾，提出疑問，主動聯想，是設計實驗情境的又一種方法。當然，這些問題的設計，應該圍繞實驗主體教學的實質展開，即為什么要進行這種實驗，進行這種實驗所要達到的目的，借以激發學生思考，促使學生的思維從疑問開始，在聯想和想象中活躍，在獲得正確答案中發展，最后在具體實驗驗證過程中及結果中得到強化，從而完成一個層次的認識。為了使學生建立正確的概念，實驗教學中可設計這樣的實驗：（1）用彈簧稱分別掛起同體積的鐵塊和鋁塊浸入水中，要求學生觀察彈簧秤示數，并提部說明什么？（2）用彈簧秤掛鐵塊徐徐浸入水中，讓學生注意觀察彈簧秤示數變化，待鐵塊全部浸入再置于不同深度，提問學生觀察到什么？（3）換用煤油或酒精重做上面的實驗，讓學生觀察并回答液體密度不同彈簧秤示數有何不同？在其他有關實驗中，也可以提出相應的問題，并通過實驗過程加以驗證。例如，提出“空氣有沒有質量？能否稱出空氣的質量呢？磁鐵能夠吸引鐵塊，鐵塊也能吸引磁鐵嗎？”這些問題源于生活實際，但又往往被人們熟視無睹或與常規生活經驗相悖，這就更使即將展開的實驗籠罩上一層趣味的“靈光”。

三、設計實驗情境，旨在揭示實驗知識體系的內在聯系

隨著實驗教學的深入，學生不僅需要富有趣味的史料與問題啟示，借以烘托實驗主體，更需要揭示知識體系之間的內在聯系。這種聯系正是新實驗的認識基礎，而新實驗又為知識體系增添了新的素材，為學生的認知思維注入了新的活力。例如：物理教材“電磁感應”一章中，通過六個電磁感應現象演示實驗總結出感應電流產生的條件是“閉合電路的一部分導體在磁場中作切割磁感線運動”。在具體教學過程中，有經驗的教師在演示“磁鐵不動，線圈運動，有感應電流產生”之后，啟發學生運用運動學中“相對運動”的知識來思考、推理第二個演示實驗。事實證明，大多數學生能從第一演示實驗推理出：“線圈不動，磁鐵運動，同樣有感應電流產生。”有了為個判斷，教師再加以演示驗證，實驗效果就非常明顯。接著，教師讓學生思考率三個實驗，即磁鐵和線圈一起運動，有沒有感應電流？學生的思維由于受到第二個實驗的激勵，積極性會進一步提高。用同樣的方法來處理后面三個實驗，學生的思維逐步激活，進入豐富的聯想空間，最終得到結論：“閉合電路的一部分導體在磁場中作切割磁感線運動，電路中就有感應電流產生。”

關于實驗情境設計，還有許多方法需要總結和探討，本文旨在拋磚引玉，希望更多的同仁參與研究這一問題。