物理课堂教学要重视演示实验

物理课堂教学要重视演示实验上海市崇明中学 吴士玉物理学是一门以实验为基础的科学，物理实验对于研究物理学是极其重要的。诺贝尔奖获得者、著名华裔物理学家丁肇中说：“应该重新体会几千年前经书上说的格物致知的真正意义。”即“探察物体而得到知识”，“要靠实践来发现事实的真相”。这些论述跟现时课改中提出的通过体验、感受、和探究学习物理是一致的。可以说物理离不开实验、物理课堂教学离不开实验。从教学的角度考虑，物理实验可以分为演示实验、学生实验和课外实验三大类。演示实验是教师在教学过程中通过教师演示，学生观察现象的方式或提出、或分析、或解决问题的一种手段。在信息技术高度发达的今天，很多教师由于学校设备的先进在上课时运用大量的多媒体课件来进行实验教学，很多物理现象被整理成多媒体动画在课堂上给学生播放，这样做虽然在一定程度上也能帮助学生理解知识，提高了课堂教学效率，但不免让人对所看到的现象产生怀疑，因为课件毕竟是按照授课人的意图自己整理出来的，真实的现象是否如此不可而知。所以，笔者觉得物理课不能太多的依赖课件，还是用传统的实验教学模式更真实可信。那么如何在物理课堂教学中利用好演示实验呢？笔者把在多年的教学实践中的一些做法撰写成文，以期和同行们交流、切磋。一、用演示实验，激发学生学习兴趣，引入新课俗话说良好的开始是成功的一半。一个精彩、引人注目、令人印象深刻的课堂引入，往往是一堂好课的标志之一。精彩的引入往往令人难以忘记，而演示实验以其现象明显，往往能够起到吸引学生注意力、让学生印象深刻。再加上中学生思维活跃，求知欲强，对新事物很容易感兴趣，教师在课堂教学中根据课堂内容的需要，选取一些比较生动、有趣、能够引起学生好奇的或感到意外的演示实验来很好地引入课题，这能够促进学生更集中精力听课，能更有效地激发学生的求知欲。例如在讲授高一年级课本引言部分时，就可以很好地利用。引言是开头部分，也是学生从初中走向高中的第一堂物理课，而这一节课堂效果的好坏将关系到引起学生对物理的兴趣，这对以后的整个教学是非常关键的。这一节中有几个演示实验（饮水鸟、辉光球等），如果能把这几个演示实验搞好，它将把学生全身心地带入到高中物理以及以后的物理学习当中，同时做好这几个演示实验可以给学生创造一个愉快的学习环境，使学生的思维活动处在兴奋和积极当中，为他们以后的物理学习打下良好的兴趣基础。L型小木板-铰链细铁丝图1在讲力的分解时，一开始我按图1所示方法，将长约20cm、直径0.3mm左右的铁丝系在两块L型小木块上，另用两根长约12cm的木条，用铰链将他们连接起来，使两木条间的夹角在150度以上。用手指揿铰链处，木条紧推两边的L形小木块，结果将铁丝拉断。学生看到后很是惊奇，对老师仅靠一个手指即可断铁丝很是好奇，引起学生强烈的探究欲望。再比如在讲愣次定律时，我说现在老师给大家做个魔术。当场让一个学生用纸把条形磁铁包裹起来（看不到N与S极的具体位置），然后我借助螺线管和检流计所组成的闭合回路，通过利用条形磁铁插进、拔出螺线管的过程中检流计指针的偏转情况判断出条形磁铁的N极和S极，然后当着学生的面揭开包裹的纸验证，结果和老师的判断一致，学生很是好奇，同时极大的提高了学生学习的积极性。新课引入所使用的演示实验的原则是简洁、直接、能引起学生好奇心并产生疑问，自然而然的将学生引到教学内容中来。二、用演示实验，展现物理情境演示实验能把学生在生产、生活中看到的和听到的现象，通过实验手段再现出来，把“生活世界”转换为“物理世界”，造成一种研究物理的气氛、环境，使学生置于物理情境之中，获得感性认识，产生良好的情绪和学习动机。火柴图2在讲重核裂变的链式反应时，如何在教室里模拟出来呢？笔者选择火柴作为模拟材料，先点燃一根火柴，学生看到它很快就熄灭了。然后将排列有链式图形的火柴梗，如图2所示的玻璃板进行投影，当点燃链式图形起始端的火柴梗时，学生从屏幕上清晰地观察到持续不断和越演越激烈的现象。前后两次强烈对比，让链式反应的物理情景深深的印在学生的头脑中。为了达到较好的演示效果，火柴梗的长度可取1cm左右，在玻璃板上排列时要头、尾相叠，为防止移动可用融化的蜡固定火柴梗。在讲波的叠加原理时，用张紧的长绳在两端分别产生振幅明显不同的两列绳波，学生很容易观察到当两列波相遇后沿各自的传播方向继续传播而不互相影响。再比如在讲电场线、磁场线时，笔者用蓖麻油中的头发屑在静电场和磁场中的分布来模拟电场线、磁场线，现象非常明显，达到了很好的模拟效果。三、借助演示实验，激发学生疑问若想提高课堂教学效果，教师有效激发学生的学习疑问显得尤为重要。这也与学生是学习的主体相吻合。教师在课堂上巧妙利用演示实验，用学生亲眼观察到的实验现象产生疑问，进而可以极大的促进学生对所现问题的探究欲望。例如在“电磁感应现象”问题的教学过程中，若用一个检流计和螺线管连成一个闭合回路，先让学生讨论：“当条形磁铁插入或拔出螺线管的瞬间，检流计指针是否偏转？”然后老师做演示实验，学生可以观察到当条形磁铁插入或拔出螺线管的瞬间，检流计指针突然偏转一下，这时可能有学生会问：“当条形磁铁静止在螺线管中时检流计指针发生偏转吗？”当学生提出这样的问题后，老师可以马上通过演示实验让学生看到问题的答案。老师再问学生在条形磁铁插入和拔出的过程，检流计指针偏转有什么不同，观察仔细的同学可能已经发现在条形磁铁插入和拔出的过程，检流计指针偏转方向正好相反，而观察不仔细的同学则可能没有发现这一点，这个时候老师可以重复一遍实验，让没有观察到这一现象的学生注意观察。这时，聪明的学生还可能会问：“检流计指针偏转的大小与什么有关呢？”老师可以接着做演示实验，让学生看到：当条形磁铁迅速插入或拔出螺线管，检流计指针偏转较大；而当条形磁铁缓慢插入或拔出螺线管，检流计指针偏转较小。这样，通过演示实验，学生在不知不觉中就对感应电流的产生条件、感应电流的方向以及感应电动势的大小的问题都有了直观形象的认识。再例如，讲自由落体运动时，我拿一张纸和一个分币，从一定的高度松手后，可以发现，分币先落到地面上，这与人们“重的物体先落地”的认识是吻合的；可是，如果我把纸张揉成一团，再让纸团和分币同时、同高自由落下，则发现它们几乎是同时落到地面上的，这个看似很简单的实验，却可以引起同学们深深的疑问。在讲共点力的合成一知识时，笔者先用两弹簧共点同向竖直向上拉一重为50N的砝码，两弹簧称读数之和等于砝码重力；然后再互成角度拉两弹簧秤，则两弹簧秤上读数之和就不等于砝码重力大小了。通过此演示实验可引起学生的疑问“互成角度的两个共点力的合成究竟是怎样的？”三、用演示实验，建立概念，理解概念创造条件，根据演示实验重现的物理现象就可以抽象、概括出物理概念，并且还可以帮助学生进一步理解概念，因此演示实验是建立概念、理解概念的重要手段。比如在讲授“机械振动”这一概念时，我们可以通过这样两个演示实验来建立概念：竖直弹簧振子的振动钢片一端的振动。从这两个实验中，学生能够很快地归纳出机械振动的特点在平衡位置附近做往复运动。讲授概念规律之后可以通过一些演示实验深化学生对概念的理解，强化记忆。这类演示实验一般是在原有的实验基础上变换条件，进行扩展。在讲到机械振动的条件二阻力足够小时，可以进行比较实验。（单摆在空气中可作机械振动，若将单摆置于水中发现振动衰减很快，再将其置于蓖麻油中单摆不再振动。）这样更有利于学生理解掌握振动的条件阻力足够小。静摩擦力、最大静摩擦力在摩擦力概念的学习过程中，许多学生都有过这样的错误认识：“摩擦力是阻碍物体运动的力”“摩擦力总与物体的运动方向相反的”。为了纠正学生这一错误认识，教师可演示如下实验：用手握住一个瓶子，然后匀速向上拎起，引导学生分析瓶子在被拎起的过程中的受力情况，得到与“摩擦力总是阻碍物体运动”“摩擦力是与物体运动方向相反”之间的的矛盾。学生在解决矛盾的过程中，错误认识会转变为正确认识，表面的认识就会转化为本质的认识。磁场强度的引入把看成通电导线的矩形线圈的一边放在截面为正方形的匀强磁场中。其对角线分别在水平方向和竖直方向上。改变这一边在磁场中不同位置，其在磁场长度L就改变了，观察各位置时弹簧秤的读数即可归纳出F与L的关系。改变R观察弹簧秤的读数变化，即可归纳出F与I的定性关系，改变电磁铁的输入电压，观察弹簧秤的读数变化即可归纳出F与B的定性关系。直观、清晰的实验效果，使学生深刻认识了F、B、I、L的大小间的定性关系。在讲解“磁通量”概念时，可以用一塑料板和硬导线做成磁感线穿过某一面积的模型，在不断改变塑料板和硬导线之间的角度来说明磁通量变化，从而加深磁通量概念的理解。另外对于静电植绒、静电除尘等均可以演示实验进行说明。用牛顿管演示实验亦可得出自由落体运动的概念等。四、探索规律、验证规律物理学中的许多规律都是通过实验归纳总结，或者通过实验来验证的。例如研究一定质量的气体在温度不变时，压强与体积之间的关系时，通过多次改变针筒内气体的体积，并测出相应体积所对应的压强值，记录多组数据后，然后利用DIS拟合图线，从PV图线即可获得一定质量的气体在温度不变时，压强与体积之间的关系玻意耳定律。另外在愣次定律的得出过程中，演示实验也是很重要的。实验中让学生首先观察电流方向与电流表指针偏转方向的关系，再观察原线圈的电流方向与磁铁运动方向的关系，把直观的材料作为培养学生知觉、观察力的材料，引导学生仔细、准确地进行观察，然后引导学生讨论、研究、对比、总结出感应电流所引起的磁场方向与磁铁运动方向的关系，最后训练学生用科学的语言描述，并解释所观察到的现象，从而顺理成章地写出楞次定律。五、用演示实验突破难点 物理学中的难点很多，由于物理学科的独特性，很多问题比较抽象，单凭教师讲解很难让学生在头脑中建立模型，而且有些原理规律远离我们生活，学生无法形成一个具体的表象，所以接受起来有些困难，这也是物理难学的一个主要原因。传统的教学方式是让学生直接接受这些难点，记住结论，至于为什么则无需掌握。让学生被动的接受而不是主动的探究。如果把某些规律利用演示实验在课堂上给学生展现出来，不但可以很容易让学生接受，愿意接受，还将难点顺利突破。这样做体现了新课改中将传授式教学向探究式教学转变的原则。比如研究轻杆作用力方向的问题时直接告诉学生杆受到的力沿杆的方向学生接受起来很难，而且画受力分析时也总是画错，那么为了突破这个难点老师可以准备一根细绳，一端套在一个手指头上，另一端系一个重物，再用圆珠笔一端顶在细绳的某一点上，另一端支在手心上，这样很容易让学生观察到圆珠笔对手心的挤压方向，当然，这个演示实验可以让某个学生亲自上前面来体验，说服力将更强。当然，类似这样的实验还可以说明很多问题。比如为了讲解重力按效果分解的两个分力的方向问题时可以将该实验的说明重点放在绳和杆的受力方向上，当你在绳的另一端挂上重物后，手指头会感到被绳拉伸着，而手心会感到被圆珠笔挤压着，说明轻绳被拉长，手心被压扁。这样学生就明白了重力的作用效果分别是对绳的拉力和对杆的压力，对具体问题进行受力分析时也会按照自己的感受进行分解。上面这两个演示实验非常简单，但效果明显，说服力强，生活中很少接触到，但分析问题时经常用。所以用演示实验很轻松的将力的分解这个难点突破。 六、用演示实验分析过程 物理过程分析相对来讲比较复杂，一些教师为了节省时间将一些复杂的过程简单化，变成结论教给学生，让学生感觉知识来的比较生硬，接受起来比较吃力。而过程学习不仅是一个接受知识的过程，还是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。忽略过程研究不仅减少了学习兴趣，还对学生能力、智慧的发展加以限制。用演示实验将一些比较复杂的物理过程展现在学生面前或让学生根据实验现象自己分析出过程，不但培养了学生的探究能力、提高学生的参与度，还深化了教改思想，可谓收益匪浅。例如，研究失重、超重现象时，可用弹簧秤钩砝码进行以下的演示。过程：静止或匀速上升、下降时，观察弹簧秤读数。过程：加速上升或减速下降时，观察弹簧秤读数变化情况。过程：加速下降或减速上升时，观察弹簧秤读数变化情况。实验完毕，引导学生对三个过程进行对比，得出结论：平衡状态弹簧秤读数等于砝码重力；加速上升，减速下降，读数大于砝码重力；加速下降，减速上升，读数小砝码重力。最后把这些结论归纳、综合起来，使学生弄清，有向上加速度时出现超重现象，有向下加速度时出现失重现象。再例如“分子间作用力”的演示，可在两只乒乓球间夹上一段弹簧，球的外侧套上橡皮筋，平衡时，引力等于斥力；增大球距时，引力大于斥力；缩小球距时，引力小于斥力。七、用演示实验，辅助习题教学 图3楼板楼板楼板楼板阳台阳台阳台阳台ABCD物理离不开实验，物理教学离不开习题教学，因而物理习题中不可避免的会大量出现与实验有关的习题。物理习题中有直接与物理实验有关的实验题，但习题中亦会出现大量的与演示实验有关的习题。有的老师为了避免麻烦，讲此类题时大都是口头讲解。若在讲此类与演示实验有关的习题时能结合演示实验进行讲解，将会达到意想不到的良好效果。例如我们在各类资料中常见此题“混凝土坚固耐压。但不耐拉，钢筋既耐压也耐拉。通常在建筑物承受拉力的部位用钢筋来加固。在图3中，楼板和阳台的加固钢筋放置正确的是（ ）图4为让学生很好的理解此题，课上我把6本书每三本叠放在一起，相距15cm左右放置在桌面上。并将泡沫条放在最上面（如图4左图所示），用力下压泡沫条中央。观察泡沫条的上下表面形状的变化，我们会发现上表面是收缩的，下表面被拉伸，进而同学们很容易想到楼的钢筋应放在什么位置上。同样的，将三本书压在泡沫条上，用力压泡沫条的右端，在用力向下压泡沫条的右端时（如图4右图所示），观察泡沫条上下表面形状的变化，我们会发现上表面被拉伸，下表面被压缩，这样同学们就很易想到阳台楼板的钢筋一般应靠近什么部位放置了。在完成上面两个演示实验后，同学们即可迅速得出本题的答案为A图所示的情况了。abced0a图5同样的，在学习匀速圆周运动一知识时，经常会碰到有关自行车结构的习题。如图5所示的皮带传动装置中，A、B、C三轮的半径分别为3r、2r、r，A、B轮固定在一起，皮带不打滑，则A、B、C三轮边缘上的点的线速度大小之比、角速度之比、向心加速度之比为、转速之比为、周期之比等。为讲解方便、透彻，我干脆推了辆自行车进教室，把自行车架空，亲自模拟其行驶的过程，引起学生的极大兴趣和轰动。八、用演示实验，交给方法、培养学生思维能力通过演示实验可以教给学生最基本的观察方法，培养学生的观察能力。例如，在讲解“牛顿第一定律”时，可演示如下实验：使一小车从同一高度的斜面上下滑至表面分别是毛巾、棉布、木板的水平面上，结果小车在毛巾表面上通过的路程最短，在棉布表面上次之，而在光滑的木板上移动的距离最长。引导学生进行对比分析后，可使学生认识到，物体在不受力时，有保持原来运动状态的属性，从而抽象出惯性的概念，进而在实验事实的基础上概括出“牛顿第一定律”。再比如在利用微电流传感器检验地磁场的存在时，教师不断的改变线框的位置（垂直地磁场水平分量放置，平行地磁场水平分量放置）轻微转动线框，让学生观察微电流计的偏转程度，并思考其原因。其他的如用落尺法测反应时间等演示实验都可培养学生应用知识解决问题的思维能力。可见，物理课堂教学离不开演示实验，课堂教学的很多环节都能利用演示实验分析和解决，但不论哪个环节，演示实验的时候都必须遵从科学性强、操作简单、可见度高、目的性明确、现象直观形象和演示时间适度、成功率高的原则。值得注意的是任何时候演示实验都是课堂教学的辅助手段，不能成为教学的主体，毕竟物理是一门科学性很强的学科，很多理论的分析是必不可少的。 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