高中物理教學中演示實驗的作用

胡韓榮

(浙江師范大學附屬中學,浙江金華 321004)

物理學是一門以實驗為基礎的學科,課堂教學離不開實驗.我國著名物理教育家、蘇州大學朱正元教授早就總結:“千言萬語說不清,一看實驗就分明.”在國際學習科學領域中有這樣三句名言:聽來的忘得快,看到的記得住,做過的才能會.當前部分學校由于應試教育的影響,對實驗不重視了,包括少量年輕教師,采用多媒體軟件,運用電腦來替代演示實驗,其實這是不懂得物理實驗對物理學習的作用.根據本人的體會,認為物理演示實驗有如下5點的作用.

1 獲得物理現象的典型表象

物理現象是一種真實的、鮮活的、生動的自然現象,演示實驗能夠使學生在特定的空間區域仔細觀察,正確認識現象的關鍵特征,獲得正確的表象.如干涉與衍射現象,實際生活中雖然也可能看到過如油膜、肥皂泡的彩色條紋,但由于現象的復雜,不能形成與現象本質特征相關的表象.在實驗中,就可以采用單色光入射雙縫干涉演示儀,形成明暗相間的條紋,中央為亮紋,條紋的亮度寬度基本相同,且使用不同的單色光演示,條紋的間距不同,波長越大,條紋的間距越寬;同樣,采用單色光入射單縫衍射實驗儀,可得到中央為較寬亮條紋,兩側有明暗相間的條紋,但間距和亮度不同,照射的單色光的波長越長,中央亮條紋也越寬.

通過演示實驗,學生從觀察實驗現象,總結歸納出干涉與衍射圖樣是不同的,各有自己特點,且單色光的波長不同,圖樣也有區別.教師若把物理現象直白地告訴學生,學生對現象的表象是模糊、不全面的,對現象認識不深刻,很難達到教學目的,更難要求學生對知識的鞏固與靈活應用.

2 為建立概念提供感性認識

圖1表述了概念學習時的教學模式.從學生學習概念的過程可知,感知材料、建立表象是分析比較、抽象概括的前提.如加速度概念的建立,如果教師僅僅是陳述“加速度是描述物體速度變化快慢的物理量”,學生肯定不能理解,這時教師進一步加以解釋:加速度不是速度變化的大小,而是速度變化的快慢,學生仍然不能理解,原因是學生缺少概念建立的表象.如何能夠提供加速度概念建立所需要的表象呢?首先是創建物理情景:播放一段汽車、摩托車啟動及人起跑視頻,讓學生仔細觀察啟動過程,發現最終汽車最先到達終點,但在啟動開始階段,汽車反而落在最后,這樣使學生得到正確的表象,速度大的物體,加速能力并不一定大.有必要引入一個新的物理量,從而水到渠成地提出加速度的概念.

在概念教學過程中,要巧妙運用演示實驗,抓好概念的引入、形成、深化和應用等環節,讓學生在學習新概念時遵循認知規律去思考、探討和掌握它.

圖1

3 為探尋規律提供思考的對象

自然界的物理現象千變萬化,錯綜復雜,但它的變化是有規律可循的.例如牛頓第三定律的演示,如果僅僅只用彈簧秤演示靜止狀態時的作用力與反作用力之間的關系,學生面對演示實驗時思維活動是不活躍,且片面的,學生所獲得對作用力與反作用力認識的表象也只是靜態的.為了讓學生在實驗時能夠根據不同問題情景進行猜想和分析,從而建立更加豐富的表象,需要演示不同運動狀況下(如勻速、加速、減速及變速運動)作用力與反作用力之間的關系,以及演示其他作用力情況下的作用力與反作用力之間的關系.

又如伏安法測電阻,學生在初中就學過原理,也做過實驗.盡管高中對此課題的教學要求已經提高,要討論安培表內接和外接時兩種電路的誤差情況,但是面對這兩種電路,學生開始的反應是冷漠的.因為在他們原有的認知模式中,這兩種電路是等價的,所以他們的思維仍處于穩定的平衡狀態中.為了能把學習引向深入,可通過演示實驗來激化矛盾,打破平衡.采用大型示教電表,分別用兩種電路去測量同一只大電阻的阻值,兩次測出的數據是5.2 kΩ和2.0 kΩ,然后又去測量同一只小電阻,得出的數據為5.0 Ω和3.6 Ω懸殊的測量結果,造成了一種外來的強刺激,學生的思維被迅速激發起來,從而促使他們積極主動地參與新課題的學習.

4 為建立模型提供表象

模型是物理現象和物理規律的中介物,建立物理模型,就是要忽略次要的因素,而將最主要的因素、性質突出出來,這是運用科學抽象研究問題的重要方法之一.“可以說,不了解和不掌握物理模型的方法,就學不好物理.”那么怎樣才能使學生建立正確的物理模型?其關鍵是巧妙、合理地運用演示實驗,為模型建立提供正確的表象.

如單擺實驗的演示,不同的小球,不同的偏角,相同的擺長,其擺動的節奏(周期)相同;相同的小球,相同的偏角,但擺長不同,擺動的節奏(周期)不同,這就為建立單擺模型提供了表象.

又如在空氣阻力可忽略的情況下,通過錢毛管(牛頓管)實驗,學生感知了不同的物體下落快慢相同,為自由落體運動模型的建立提供了表象.

如對于平拋運動,通過平拋運動與自由落體及平拋運動與水平勻速運動的比較演示,綜合表象,就可以概括形成反映平拋運動這一運動模型本質特征的表象.例如,雖然物體有大有小,重力有大有小,但重力加速度不變,雖然初速度有大有小,下落高度不同,這些可以影響軌跡的長短和形狀,但運動的性質仍然相同.

5 為解決問題提供過程展示

用演示實驗將一些比較復雜的物理過程展現在學生面前或讓學生根據實驗現象自己分析出過程,不但培養了學生的探究能力、提高學生的參與度,還深化了教改思想,可謂收益匪淺.比如研究全反射過程的時候,教師用激光器結合半圓形玻璃磚演示激光從光密介質斜射向光疏介質的光路.先讓入射角比較小,此時光能射入空氣中,但折射角比入射角大,然后不斷增大入射角,發現折射角也逐漸增大,當入射角增大到某一值時,此時光束折射角增大到90°后就消失,剛好發生全反射.繼續增大入射角,空氣中依然沒有折射光線,全反射依然進行.通過這個演示實驗讓學生體會到全反射發生的整個過程,全反射的條件,全反射的現象.整個過程如果光用講述則分析起來很繁瑣而且學生很難掌握.用演示實驗分析過程還可以每一步都讓學生參與分析、討論,探究該現象或該過程發生的原因,進一步體現了教師主導、學生主體的師生關系.

演示實驗是物理教學中重要的組成部分.通過演示實驗教學,可以指導學生觀察和分析物理現象,獲得生動的感性知識,從而更好地掌握物理概念和規律;還可以培養學生的觀察和分析能力,邏輯思維能力和探索動手能力.因此在平時的課堂教學設計中,要充分優化演示實驗,發揮演示實驗的功能,精心設計問題鏈,合理運用多媒體輔助教學,引導學生進行科學探究,讓學生在甄別、思考中得出正確的結論,使課堂教學更有“物理味”.(收稿日期:2010-01-06)