中學物理演示實驗教學與研究

摘要:中學物理教學，無論內(nèi)容或方法都面臨著較大的改革。在教學改革中又離不開實驗教學的改革，中學物理演示實驗教學與研究是中學物理教學改革的一個重要課題。本文通過理論與實例分析來說明如何應用演示實驗進行整節(jié)課的教學，即通過演示實驗導入新課，再通過演示實驗得出規(guī)律，最后用演示實驗來進行習題課的教學。

關鍵詞:演示實驗;教學設計;教學策略

中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A文章編號:1003-6148(2010)9(S)-0041-3

課堂演示實驗與學生實驗在教學要求方面相差不大，但演示實驗還有一些特別的要求。課堂演示實驗雖然以教師為主進行操作，但教學活動的主體仍然是學生。為了使學生在實驗活動中能真正居于主體地位，除了使學生掌握整個實驗的思路，對實驗的整體設計和具體過程都有所了解之外，在實驗演示的過程中教師還必須充分運用自己的教學藝術，巧妙地把學生組織到整個教學活動中來。這種組織的實質(zhì)是從心理上引起學生的注意力和激發(fā)學生的求知欲望，使學生能夠輕松愉快地、充滿興趣地尋求新知識，把被動的“苦學”變?yōu)榉e極的“樂學”。根據(jù)演示實驗在課堂教學過程中的不同作用，可將其按功能分為以下幾種基本類型。

1 用演示實驗導入新課

1.1 懸念性情境演示實驗

教學中，在學生已有的認知基礎上，提出新問題，產(chǎn)生新矛盾，巧設懸念，引起學生的認知沖突，從而激發(fā)他們那種探求新知的欲望。學生在主動、輕松的心態(tài)下進入探求新知的狀態(tài)，創(chuàng)設情境使枯燥無味的教學內(nèi)容將變得妙趣橫生、活潑生動。

案例1 “電場線”課錄

師:現(xiàn)在，我們面對的是電場，電場也是看不見摸不著的。但我們堅信:它既然是一種客觀存在的物質(zhì)，那它的規(guī)律就能被我們認識。下面，讓我們先來做一個有趣的實驗。

演示:靜電起電機高壓放電。

師:這就是我們熟悉的靜電起電機。(邊做邊講)看到這個情景，同學們可能會聯(lián)想到電閃雷鳴。要擊穿空氣發(fā)生火花放電，需要很高的電壓，現(xiàn)在兩極間電壓就高達上萬伏。哪位勇敢的同學能上來體驗一下?

(讓學生站在蠟塊上，一手抓住起電機的一極，教師搖動起電機。)

師:你有什么感覺?你帶電了嗎?

生:沒有。

師:他究竟有沒有帶電，可以通過驗電器來檢驗一下。

(讓學生手摸驗電器，發(fā)現(xiàn)驗電器張角變得很大)

結果出乎意料，學生們產(chǎn)生了好奇心。接著隨著學習的深入，他們慢慢領悟到其中的道理。懸念的誘發(fā)和解決使學生不知不覺地以愉快輕松的心情掌握知識。此時，教師不失時機，進行深入探究。

師:看來，這位同學帶電了，那么他的周圍就一定具有電場，大家“看見”了嗎?

生:沒有。

師:那好，我們給他帶上一頂特別的帽子(給學生帶上粘有驗電羽的帽子);先給他整理一下頭發(fā);(再次搖動起電機后)這位同學的“頭發(fā)”都豎起來了——好像怒發(fā)沖冠的樣子!

師:“頭發(fā)”為什么會豎起來?

生:帶電的頭發(fā)受到電場力的作用。

師:對，同時我們還可以觀察到“頭發(fā)”豎得很有規(guī)律——間接地反映出電場的分布也是具有一定規(guī)律的。既然這樣，電場是否也可以像磁場那樣，用一組曲線來形象直觀地描述它的分布規(guī)律——這就是我們今天要研究的“電場線”。(板書課題:“電場線”)

1.2 生活性情境演示實驗

心理學指出:青少年有渴望知道周圍世界的好奇心。學生對周圍事物感知的深度和廣度十分有限，對絢麗多彩的世界總想知道為什么。讓生活走進課堂，讓學生了解事物發(fā)生的“真相”，認識事物發(fā)展的必然結果，課堂就會變得充實而開闊了。

案例2 “電勢、電勢差”

筆者在“電勢、電勢差”的教學中，發(fā)現(xiàn)本節(jié)內(nèi)容較抽象、深奧，一個演示實驗也沒有，便增加了如圖1所示的實驗:先轉動起電機使起電機帶上電，再將測電筆的一端接地(或用手拿住)，使另一端分別移近起電機上的其中一個金屬球，并保持不接觸。實驗時發(fā)現(xiàn)測電筆的氖泡放出紅光，這說明氖管兩端存在著電勢差，而測電筆的接地端電勢為零，這就表明了電勢在帶電體周圍是客觀存在著的。此時，通過演示實驗把很抽象、難懂的電勢加以具體化，使學生能更加容易理解。圖 1

中學物理教學過程的基礎是重視觀察和實驗。加強實驗、審慎地選擇實驗和實例，使學生獲得必要的感性認識，是形成概念，掌握規(guī)律的基礎。有的教師對此不甚了解，在教學中習慣于“口述加粉筆”的教學，對教學中的物理實驗(包括演示實驗和學生實驗)不重視。在學生對所學習的物理問題尚未獲得必要的感性認識情況下，就向學生講解有關的物理概念。這種教學，學生理解和掌握知識是很困難的。巴普洛夫曾說過:“鳥的翅膀無論多么完善，如果不依靠空氣的支持，就不能使鳥上升。事實就是科學家的空氣，沒有事實，你們永遠不能騰飛起來，沒有事實，你們的“理論”也是枉費心機。”這句話說明感性認識的重要性。

當然，我們不能為了加強實驗而增設實驗，只有充分發(fā)揮每個實驗的探究功能，才能使實驗真正成為發(fā)展學生科學素質(zhì)的有效手段。

2 用演示實驗幫助學生形成及理解物理概念

形成概念是中學物理教學過程的重要部分。目前許多學生認為物理難學，部分教師感到物理難教。究其原因，主要還是教師對物理概念的來龍去脈(內(nèi)涵及外延)交待不清，導致學生缺乏足夠的感性材料、演示實驗及學生實驗。死記硬背、硬套的機械訓練和題海戰(zhàn)術，只有模糊的概念，不能活躍物理思維活動，更不可能進一步完成從理性到實踐的第二次“飛躍”。因而，在物理教學中，教師需要提供足夠多的感性認識，有效地誘導和啟發(fā)，通過分析比較、歸納和概括，讓學生掌握物理現(xiàn)象和過程中的本質(zhì)聯(lián)系，排除各種非本質(zhì)的聯(lián)系，才能形成正確的概念。

案例3 “電容器的電容”的充、放電現(xiàn)象

電容器對石英鐘的充、放電:準備一只石英鐘(不接入干電池)，兩節(jié)干電池，一只電容器(電容量大些，如3300μF)，按圖2接好線路。當電鍵K閉合時，電容器充電，石英鐘就開始走動，電容器充足后，石英鐘就停走(為什么?)。電容器充足后，按圖3連接(注意石英鐘的正負極)，電容器放電，鐘開始走動，放電結束時鐘停走。由于石英鐘耗電量很少，充、放電后均能走動好長一段時間。

圖 2圖 3

以上實驗既直觀清楚又完整真實地展示了電容器工作的物理過程，這真是“千言萬語道不足，一看實驗就分明”。由此可見，作為演示實驗，重在突出物理思想，讓物理過程完整、真實。

3 通過演示實驗讓學生掌握物理規(guī)律

中學物理的教學宗旨是讓學生掌握物理規(guī)律。在這個抽象的教學過程中，增設學生演示實驗，將會帶來非凡的效果。

案例4 “電功和電功率”

《電功和電功率》這一節(jié)內(nèi)容教學中，對于純電阻電路，電功和電熱的關系及有關計算，學生是容易掌握的;而對于非純電阻電路“電功比電熱大得多，電流做功消耗的電能大部分轉化為機械能，小部分轉化為內(nèi)能”，即電功和電熱的關系，學生總是疑惑不解。如果設計一個演示實驗，效果會大大提高。

找一個直流電動玩具車，在它的電路上串聯(lián)一個演示用的直流電流表，兩節(jié)1.5伏的干電池作電源，組成非純電阻電路。動手實驗前首先應讓學生了解它的電路。

演示:

合上開關，讓輪子正常轉動(即電動機正常工作)，電流表的讀數(shù)約0.6安(如圖4)。然后，人為地制動電動機(如圖5)，使四個輪子停止轉動，此時電流表讀數(shù)迅速增大超過3安。當讓電動機(輪子)中心轉動時，電流表讀數(shù)又恢復到原來的數(shù)值。圖 4圖 5

通過實驗，可以將知識化抽象為具體，化復雜為簡單，使學生感性地認識電功和電熱的關系。

4 用演示實驗模擬物理的奇觀異景

有很多物理現(xiàn)象很抽象、很危險或很難實現(xiàn)，尤其是靜電實驗，單靠課本的圖解及教師的講解，學生只能硬性地記住，記得很辛苦但很快就忘掉了。從主觀認識方面來看，人的認識是對客觀事物的能動反映。根據(jù)認識的主觀片面性和中學生學習物理的認知特點，教師可以模擬虛擬情境的演示實驗，使物理現(xiàn)象生動逼真，趣味性強以便提高學生學習的興趣和效率。

案例5 “模擬演示閃電現(xiàn)象及避雷針”

實驗過程:

①將蘸有80-90%酒精的脫脂棉團，弄成錐狀放置在模擬地面上。

②將模擬雷雨云、模擬地面的接線柱分別與靜電高壓感應圈的兩極相連。

③打開感應圈電源開關，模擬雷雨云鐵片與酒精棉團之間將不斷發(fā)生火花放電，片刻燃燒起來，就好象雷擊燃建筑物一樣。

④關閉電源開關，將避雷針向上豎起，在模擬地面上再次放好錐形酒精脫脂棉團(圖6)。打開電源開關，模擬雷雨云與避雷針之間會不斷產(chǎn)生尖端放電，酒精棉團安然無恙，這便充分證實了避雷針的避雷原理。

⑤關閉電源開關，按下避雷針，將模擬雷雨云移至更高位置并固定好，將模擬人置于模擬地面上并用膠帶粘結穩(wěn)固(圖7)。打開電源開關，“云”與“人”之間產(chǎn)生火花放電，作為“人體腹部”的啟輝器氖泡閃閃發(fā)光，說明人受到雷擊時有強大的電流通過人體。

在教學過程中，使學生形成概念、掌握規(guī)律，一般情況下，必須從感覺和經(jīng)驗開始，但是這種認識反映的只是事物的現(xiàn)象的片面表面聯(lián)系。要揭示事物的本質(zhì)，必須經(jīng)過科學抽象，上升到理性認識的高度，這才是形成概念、掌握規(guī)律的關鍵。由感性認識上升到理性認識，認識運動并沒有完結，還需要回到實踐中去才能得到檢驗和發(fā)展，所以還要使學生運用所學知識去分析和解決實際問題，以加強對概念的理解。

5 教學反思

根據(jù)以上分析，筆者關于物理教學提出以下拙見，供大家探討。增加演示實驗數(shù)量，提高演示實驗的教學質(zhì)量。中學生的思維特點和情感特征使得他們還不適應由理論到理論的思維方式，通過實驗可以提高學生興趣，給學生提供更多的信息，同時實驗得出的結論對于他們更具有說服力。特別是現(xiàn)行高中物理課本，給出了一個系統(tǒng)而嚴密的理論體系，表達簡明準確，具有較強的概括性和抽象性。如同壓縮餅干，雖營養(yǎng)豐富卻難以下咽，許多學生腦子里的物理就是遠離生活的一些枯燥的概念、規(guī)律和難解的習題。物理來源于生產(chǎn)、生活，且廣泛應用于生產(chǎn)、生活的各個領域，鑒于中學生的思維特點及認知規(guī)律，教師不妨將課本概括性極強的物理理論廣泛地與生活、生產(chǎn)實際相結合，用演示實驗進行課堂教學，讓學生感到物理就在身邊，從而讓他們以更大的興趣走進物理的殿堂。

(欄目編輯羅琬華)