“新奇特”視野下的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)

曾慶國(guó)

(海鹽元濟(jì)高級(jí)中學(xué) 浙江 嘉興 314300)

物理演示實(shí)驗(yàn)是高中物理課堂教學(xué)的重要組成部分，它不僅是建立物理概念和規(guī)律，理解和掌握物理知識(shí)的重要環(huán)節(jié)，還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、思維能力、探索精神和正確良好的學(xué)習(xí)方法．

目前，高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在較多的問(wèn)題與不足．主要表現(xiàn)在：實(shí)驗(yàn)條件比較簡(jiǎn)陋；實(shí)驗(yàn)器材的存舊；教師對(duì)演示實(shí)驗(yàn)不重視，創(chuàng)新缺乏等問(wèn)題．這些問(wèn)題大大限制了演示實(shí)驗(yàn)在物理課堂教學(xué)中的作用發(fā)揮．那么，如何在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中挖掘其特殊的教學(xué)功能？如何提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)？筆者認(rèn)為：物理演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)從“新、奇、特”三維度來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中力求實(shí)驗(yàn)、知識(shí)與思維的有機(jī)融合．

1 新

“新”是指新穎、新鮮、創(chuàng)新．即能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的這類(lèi)演示實(shí)驗(yàn)．我們一直在說(shuō)“興趣是最好的老師”，但是能夠激發(fā)學(xué)生興趣的實(shí)驗(yàn)卻很少．不少學(xué)生反映自己不愿意學(xué)習(xí)物理是因?yàn)椋航處煹恼n堂教學(xué)即復(fù)雜又抽象、課堂上即便有演示實(shí)驗(yàn)，也過(guò)于陳舊、簡(jiǎn)單、沒(méi)有趣味性．

相反，在課堂教學(xué)中教師出示生動(dòng)、神秘、富有感染力的演示實(shí)驗(yàn)，扭轉(zhuǎn)物理的枯燥、無(wú)味，把學(xué)生的注意力拉回到課堂中，并對(duì)教師所要傳授的知識(shí)產(chǎn)生興趣，跟隨教師的課堂步伐去觀察、思考、探究、總結(jié)，從而提高物理學(xué)習(xí)興趣．這就要求教師積極轉(zhuǎn)變觀念，改變只注重課本理論知識(shí)的講解，而忽略物理演示實(shí)驗(yàn)的操作，使物理課堂變得較為枯燥；要求教師積極探索，改變傳統(tǒng)的、老舊的、無(wú)趣的演示實(shí)驗(yàn)為新穎的、有聲有色和感染力強(qiáng)的演示實(shí)驗(yàn)，讓物理課堂生動(dòng)起來(lái)．通過(guò)師生的共同探究和交流來(lái)獲取知識(shí)、培養(yǎng)思維和提高能力．

教學(xué)實(shí)例：在人教版教材高中《物理·選修3-1》第一章“靜電場(chǎng)”第1節(jié)“電荷及其守恒定律”創(chuàng)新了如圖1所示的演示實(shí)驗(yàn)．

圖1 “電荷及其守恒定律”演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)情景：用頭發(fā)摩擦過(guò)的氣球去吸引一個(gè)放在光滑球上的木制米尺．

教師提問(wèn)：如何讓米尺動(dòng)起來(lái)？

學(xué)生回答：施加力的作用；

教師設(shè)問(wèn)：我有氣功，可以隔著氣球?qū)γ壮弋a(chǎn)生吸引，你們信嗎？

學(xué)生回答：不信(或信)．

教師表演：隔物吸物的“氣功魔術(shù)”(在運(yùn)氣的過(guò)程時(shí)隱藏氣球和頭發(fā)摩擦的過(guò)程).

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：木制米尺發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)．

學(xué)生思考：米尺運(yùn)動(dòng)的原因，“帶電的物體不是只能吸引輕小的物體嗎？”等等疑問(wèn)．

簡(jiǎn)評(píng)：由于本節(jié)內(nèi)容涉及的知識(shí)學(xué)生已在初中學(xué)過(guò)，可以說(shuō)是對(duì)舊識(shí)的復(fù)習(xí)．同時(shí)，課本上列舉的很多物理現(xiàn)象、演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生已經(jīng)了解．如果教師還是通過(guò)毛皮摩擦過(guò)的橡膠棒或絲綢摩擦過(guò)的玻璃棒吸引輕小的物體來(lái)加以引入新課，就難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．圖1的演示實(shí)驗(yàn)“以小為大、以靜為動(dòng)”的放大處理讓學(xué)生直觀地看到物理現(xiàn)象．再者，“氣功魔術(shù)”表演中氣球與頭發(fā)的摩擦過(guò)程考驗(yàn)了學(xué)生的課堂注意力．

教師通過(guò)“新”的演示實(shí)驗(yàn)極大地吸引了學(xué)生的注意力，最大限度地激發(fā)了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣．當(dāng)然，在設(shè)計(jì)時(shí)教師還要注意實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性，既不能演示學(xué)生頭腦中已有的老實(shí)驗(yàn)，也不能演示超出學(xué)生能力范圍的實(shí)驗(yàn)．

2 奇

“奇”是驚奇、奇特、奇怪．即能讓學(xué)生的認(rèn)知發(fā)生沖突的這類(lèi)演示實(shí)驗(yàn)．所謂認(rèn)知沖突，是指在學(xué)生已有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)中與當(dāng)前的學(xué)習(xí)情境之間存在暫時(shí)性矛盾，通常表現(xiàn)為學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)與新知識(shí)之間存在某種差距而導(dǎo)致的心理失衡．這種失衡雖然會(huì)給學(xué)生一定的干擾，但是又能促進(jìn)學(xué)生不斷地追求新的平衡而完善認(rèn)知．

蘇霍姆林斯基說(shuō)過(guò)：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個(gè)探究者、發(fā)現(xiàn)者、研究者，而在兒童的精神世界中這種需要特別強(qiáng)烈．”因此，演示實(shí)驗(yàn)中的認(rèn)知沖突，就是利用學(xué)生的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容之間的差異，創(chuàng)設(shè)出與學(xué)生已有知識(shí)結(jié)構(gòu)相矛盾的情境，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)建構(gòu)的契機(jī)和動(dòng)力，激發(fā)學(xué)生積極的探求與思考，朝著預(yù)設(shè)的目標(biāo)開(kāi)展課堂教學(xué)．

教學(xué)實(shí)例：在人教版教材高中《物理·選修3-2》第四章“電磁感應(yīng)”第6節(jié)“互感和自感”教學(xué)中，為了增強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)的“奇”，把圖2所示的自感演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為圖3所示的演示實(shí)驗(yàn)．

圖2 自感演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)情景：演示圖3所示的實(shí)驗(yàn)，觀察開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)燈泡亮度的變化情況．

圖3 改進(jìn)后的自感演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：小燈泡閃爍一下熄滅(滑動(dòng)變阻器電阻最小)．

教師提問(wèn)：小燈泡為什么會(huì)閃爍？

學(xué)生思考：斷開(kāi)瞬間小燈泡怎么會(huì)變亮？小燈泡中的電流怎么會(huì)增大的？……(實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)生的前認(rèn)知形起沖突)

教師引導(dǎo)學(xué)生分析變亮的原因……

教師再問(wèn)：斷開(kāi)一定會(huì)閃亮么？

教師再演示：斷開(kāi)開(kāi)關(guān)(滑動(dòng)變阻器電阻最大)．

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：燈泡沒(méi)有閃爍就熄滅．(再次產(chǎn)生認(rèn)知沖突)

師生互動(dòng)交流并總結(jié)：流過(guò)小燈泡的電流只能來(lái)自自感線圈，自感現(xiàn)象不會(huì)總使電流變大，其大小取決于閉合前流過(guò)小燈泡的電流與線圈的電流大小決定．

教師再演示：把小燈泡換成牽手連在一起的學(xué)生，體驗(yàn)電擊實(shí)驗(yàn)．

簡(jiǎn)評(píng)：本演示實(shí)驗(yàn)中小燈泡的閃爍現(xiàn)象非常明顯，使學(xué)生產(chǎn)生了主動(dòng)探求新知的認(rèn)知沖突，從而提高了課堂教學(xué)效率．正因?yàn)槠鸪醯恼J(rèn)知沖突比較強(qiáng)烈，學(xué)生總認(rèn)為“小燈泡總是先閃亮再熄滅”，所以在教學(xué)過(guò)程中又增設(shè)了一演示環(huán)節(jié)，又一次讓學(xué)生產(chǎn)生“你現(xiàn)在所看見(jiàn)的并不是一定會(huì)發(fā)生”的認(rèn)知沖突，從而使學(xué)生明確物理現(xiàn)象須系統(tǒng)、全面地去分析其原因，不要輕易妄下結(jié)論．本實(shí)驗(yàn)最后也可把燈泡換成手拉手的學(xué)生，讓學(xué)生體驗(yàn)被“幾伏電壓”電擊一下的奇怪感受，體會(huì)物理學(xué)的奇特魅力，增強(qiáng)了學(xué)好物理的欲望．

教師在設(shè)計(jì)“奇”的演示實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意二個(gè)原則．一是：適度性原則．即教師預(yù)先設(shè)置的沖突不能過(guò)大、也不能過(guò)小．過(guò)大就難以產(chǎn)生相應(yīng)的解答行為，過(guò)小則無(wú)法激發(fā)學(xué)生的探索欲望；二是：?jiǎn)l(fā)性原則．當(dāng)認(rèn)知沖突被引發(fā)，教師要特別注意啟發(fā)學(xué)生關(guān)注演示實(shí)驗(yàn)的器材和操作過(guò)程，一步一步地引導(dǎo)學(xué)生，最終促使學(xué)生自主完成知識(shí)的建構(gòu)．

3 特

“特”是特色，特殊，特別．即能向?qū)W生展現(xiàn)難以理解的物理現(xiàn)象、知識(shí)、規(guī)律的演示實(shí)驗(yàn)．著名物理教育家朱正元教授說(shuō)過(guò)：“對(duì)于物理概念、物理規(guī)律等一些理論性的東西，往往是千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清，一看實(shí)驗(yàn)就分明”．物理學(xué)中有很多無(wú)法觀察與觸摸到的物質(zhì)(場(chǎng))模型，怎樣通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生感知它們的存在是物理教學(xué)的一大難點(diǎn)．

教學(xué)實(shí)例：在人教版教材高中《物理·選修3-1》第一章“靜電場(chǎng)”第3節(jié)“電場(chǎng)強(qiáng)度”教學(xué)中，為了讓學(xué)生感受帶電體周?chē)嬖谥半妶?chǎng)”這一物質(zhì)，利用了如圖4所示的節(jié)能燈和靜電球來(lái)做演示實(shí)驗(yàn)．

圖4 用節(jié)能燈和靜電球做演示實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)情景：把節(jié)能燈靠近靜電球．

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：節(jié)能燈會(huì)點(diǎn)亮．

教師提問(wèn)：節(jié)能燈為什么靠近靜電球會(huì)變亮？有電流嗎？還是空間中存在著我們?nèi)庋劭床坏降囊恍〇|西？

學(xué)生行為：觀察和思考并相互交流．

教師引導(dǎo)：是否在節(jié)能燈的周?chē)嬖谀承┨厥獾奈镔|(zhì)，正是這些物質(zhì)使節(jié)能燈點(diǎn)亮呢？

……

教師再問(wèn)：靜電球周?chē)碾妶?chǎng)，空間中電場(chǎng)的強(qiáng)弱相同嗎？

教師再演示：節(jié)能燈在靜電球周?chē)煌恢玫陌l(fā)光情況．

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：不同位置燈的亮度不同．

學(xué)生總結(jié)：空間電場(chǎng)強(qiáng)弱不同．

教師再演示并提問(wèn)：把節(jié)能燈拿走，燈不亮了，這個(gè)位置的電場(chǎng)是否沒(méi)有了？

簡(jiǎn)評(píng)：電場(chǎng)是看不見(jiàn)摸不著，但又是實(shí)實(shí)在在存在的一種物質(zhì)，那么教師該如何讓學(xué)生感知電場(chǎng)的存在并且明確電場(chǎng)有強(qiáng)弱這一事實(shí)？在教學(xué)中充分利用圖4所示的演示實(shí)驗(yàn)把這一“說(shuō)不清”的物質(zhì)感知出來(lái)，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)物理的有趣性．通過(guò)設(shè)計(jì)一些形象的實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)和利用多媒體進(jìn)行虛擬的實(shí)驗(yàn)演示，可以使模糊的物理概念變得明了，可以使無(wú)法感知到的物理情景變成可以感知到的，變得可視化，同時(shí)也可以通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)使深?yuàn)W的概念和規(guī)律變得更加簡(jiǎn)單明了．

設(shè)計(jì)“特”的演示實(shí)驗(yàn)須考慮到演示實(shí)驗(yàn)的教育性、科學(xué)性、創(chuàng)新性和安全性．教師應(yīng)以突破教材的重點(diǎn)、難點(diǎn)為目標(biāo)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，這樣的演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)才更有價(jià)值和意義．

總之，演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起著非常重要的作用，教師在設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能地體現(xiàn)學(xué)科特點(diǎn)，從“新、奇、特”三維度來(lái)展示實(shí)驗(yàn)的魅力，唯有這樣的演示實(shí)驗(yàn)才能突破教學(xué)重、難點(diǎn)，才能激發(fā)學(xué)生的求知欲望，從而提升學(xué)生實(shí)事求是、敢于探究的物理學(xué)科素養(yǎng)．