談?wù)勎锢硌菔緦嶒炃榫硠?chuàng)設(shè)的層次

吳東興

(通州高級中學(xué) 江蘇 南通 226300)

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科.物理實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的最有效的途徑，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和創(chuàng)造性思維的最佳途徑.中學(xué)生對事物的觀察有時是表層、片面甚至是錯誤的.而物理規(guī)律的表現(xiàn)形式是多層次、多側(cè)面的.教材中提供的往往是單層次、單側(cè)面的演示實驗內(nèi)容.從培養(yǎng)學(xué)生能力的角度來看，教師有必要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣购脱a(bǔ)充.在課堂演示實驗教學(xué)活動中，也往往有這樣一種情況，就實驗及其操作來說沒有什么不妥之處，但學(xué)生卻不易理解，甚至產(chǎn)生錯覺或疑惑，不能正確地思維，更不能得到自己確信的結(jié)論.究其原因是教師沒有充分注意演示實驗情境創(chuàng)設(shè)的層次.

1 案例1——用沙擺演示振動圖像實驗

在演示實驗教學(xué)過程中，要做到層次清楚、步驟到位、循序漸進(jìn).一般應(yīng)該有：初態(tài)演示、靜態(tài)演示、動態(tài)演示、過程演示、末態(tài)演示.實驗怎樣進(jìn)行，這需要教師在課前認(rèn)真考慮好、設(shè)計好.例如，在用沙擺演示振動圖像實驗時，可采用三步到位的方法.

(1)先演示沙擺靜止時，大漏斗中流出的沙堆形狀.

(2)再演示沙擺做簡諧振動時，從漏斗中流出的沙堆形狀.

(3)最后演示沙擺振動時，在下方勻速抽動木板，從漏斗中流出的沙堆(線)形狀.

教師在做演示實驗時，必須一切從學(xué)生出發(fā)，從學(xué)生的認(rèn)知層次、知識層次、心理因素等方面考慮，設(shè)身處地的為學(xué)生著想.針對學(xué)生的好奇心，適當(dāng)設(shè)疑、激發(fā)興趣，通過這些層次性的情境創(chuàng)設(shè)，在能使學(xué)生接受的條件下層層深入，使學(xué)生從分析現(xiàn)象產(chǎn)生原因的思維活動中，“看穿”實驗現(xiàn)象，充分理解、掌握簡諧振動圖像.

2 案例2——物體發(fā)生微小形變的演示實驗

人教版高一物理《必修-1》教材在“彈力”部分內(nèi)容中指出：物體在力的作用下形狀或體積發(fā)生改變，叫做形變，任何物體受力時會發(fā)生形變，但有時形變很小，不易觀察.受力不發(fā)生形變的物體是不存在的，為了說明這一點，很多教師通過自己制作教具，用手?jǐn)D壓裝滿水的、帶有細(xì)玻璃管的圓形玻璃瓶，通過觀察擠壓時細(xì)管中有色水面的上升來得出結(jié)論.

然而在實驗中，學(xué)生觀察后常會產(chǎn)生兩個錯覺.

(1)瓶不是玻璃的.

(2)手握著玻璃瓶，手傳熱給玻璃瓶，使瓶內(nèi)的水受熱膨脹.

這個實驗原理的層次可簡述為：玻璃瓶受力—形變—容積減少(認(rèn)為液體不可壓縮)—水往上升.

為了避免學(xué)生產(chǎn)生上述錯覺，可以采取下列改進(jìn)措施，設(shè)計下列實驗情境.

(1)演示前先用金屬棒敲瓶子，或請學(xué)生看一看、摸一摸，使學(xué)生確信這是玻璃瓶.

(2)實驗中把圓玻璃瓶換成橫截面為橢圓的扁玻璃瓶.這樣，當(dāng)瓶子橢圓截面的短半軸方向受壓力時(圖1)水柱上升；當(dāng)瓶子橢圓截面的長半軸方向受壓力時(圖2)水柱下降.如果前者能夠用“受熱膨脹”來解釋的話，那么后者用“受熱縮小”是解釋不通的.由此可見水柱高度變化的原因并非受熱膨脹.

圖1 圖2

學(xué)生錯覺消除了，但是新的疑問又產(chǎn)生了，上面的演示不能使學(xué)生確信，不論水柱上升還是下降，都是由于受力形變的緣故.這時不少教師向?qū)W生作出解釋：在瓶子橢圓截面的周長基本不變的情況下，橢圓截面短半軸受壓力后變短了，即截面積變小，容積變小，水柱上升;而橢圓截面的長半軸受壓后，長半軸變短了，但同時短半軸變長了，且長半軸和短半軸的乘積增大了，則截面積變大，容積變大，水柱下降.對此學(xué)生還是不易理解，因為高一學(xué)生對于橢圓的一些知識還是生疏的，數(shù)學(xué)知識還不夠.

那么怎樣從學(xué)生實際出發(fā)，使學(xué)生接受不論水柱是“上升”還是“下降”都是由于受力形變的緣故呢？針對學(xué)生的認(rèn)知層次、知識層次,我們可以用一個簡單情境進(jìn)行類比.大家都天天擠牙膏，牙膏殼的截面可近似看作是一個橢圓.我們可以就此啟發(fā)學(xué)生：擠牙膏你是怎么擠的？沿短半軸方向擠還是沿長半軸方向擠？如果擠出的牙膏太多了，要使擠出的牙膏縮回去一些，你怎么辦？你是沿短半軸方向擠一下呢？還是沿長半軸方向擠呢？用牙膏實際操作演示，當(dāng)學(xué)生看清這個熟悉的現(xiàn)象并確信后，他們自然也就相信水柱“上升”、“下降”都是由于受力形變的原因了.

3 案例3——水槽中的水波干涉實驗

水槽中的水波干涉實驗是高二《物理·選修3-4》“波的干涉”中的重要演示實驗，該實驗對理解波的干涉現(xiàn)象、特點、產(chǎn)生起著舉足輕重的作用.

在演示水波干涉的實驗中，也要注意實驗情境創(chuàng)設(shè)的層次性.比如說有的任課教師交代本課課題后，打開了課前準(zhǔn)備好的水波發(fā)生儀開關(guān)按鈕，通過幻燈投影儀把水槽中的水波干涉現(xiàn)象投影到屏幕上，請同學(xué)觀察，教師介紹說，這就是水波干涉圖樣.隨后關(guān)掉水波發(fā)生儀，再用多媒體課件進(jìn)行演示.

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中會產(chǎn)生強(qiáng)烈的疑問和埋怨：

(1)這個實驗我還沒來得及仔細(xì)觀察；

(2)多媒體課件演示的是真實的嗎？

這是由于教師忽略了實驗的層次性，弱化了這個演示實驗，用多媒體模擬取代了真實情況.

針對這種情況我們可以結(jié)合學(xué)生認(rèn)知層次、知識層次、心理因素等方面，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)實驗情境和操作程序：

(1)做實驗之前，展示介紹水波發(fā)生儀，特別強(qiáng)調(diào)兩點：兩個振針聯(lián)在一起振動情況完全相同，振動頻率與可調(diào)的交流電源頻率相同.

(2)用幻燈投影儀把水槽中的水波干涉現(xiàn)象投影到屏幕上，觀察現(xiàn)象.

(3)調(diào)節(jié)波源振動頻率，觀察水波干涉現(xiàn)象并比較差別.

(4)調(diào)節(jié)幻燈機(jī)的頻閃光源，使頻閃光源頻率等于波源振動頻率，使屏幕上的水波定住不動.

(5)隨后微調(diào)頻閃光源頻率，使屏幕上呈現(xiàn)的波動過程緩慢的進(jìn)行下去，這時學(xué)生看到的是一個緩慢的、然而又是真實的物理現(xiàn)象.

(6)在前面的基礎(chǔ)上教師再用多媒體動畫模擬這個現(xiàn)象，這時學(xué)生感到這個模擬的現(xiàn)象是真實現(xiàn)象的反映.

通過這些層次性的實驗情境的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生很好地實現(xiàn)了由現(xiàn)象到形象的過渡，為下面的分析、理解、掌握波的干涉奠定了基礎(chǔ).

演示實驗的特點決定了它確實可以在課堂上實施新課改的各種思想，讓新的教育教學(xué)理念真正全面發(fā)揮作用.教師在物理演示實驗教學(xué)過程中，注意從學(xué)生的認(rèn)知層次、知識層次、心理因素等方面出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)定一定層次的實驗步驟；不論采用怎樣的教學(xué)策略、教學(xué)方法、教學(xué)形式,均應(yīng)一切從學(xué)生出發(fā)，物理演示實驗教學(xué)層次對實驗者來說應(yīng)該便于其順利地進(jìn)行實驗，并向?qū)嶒炗^察者——學(xué)生清楚地講解；對于學(xué)生來說應(yīng)該便于其觀察、思考.通過整合和優(yōu)化中學(xué)教師和學(xué)生各自內(nèi)部情境系統(tǒng)，調(diào)動他們自身各種積極因素，最大程度上實現(xiàn)各自潛能的自我開發(fā)和身心連續(xù)不斷的積極變化；通過運(yùn)用各種策略，協(xié)調(diào)雙方關(guān)系，整合各種教育資源，放大互動的正效應(yīng).

參考文獻(xiàn)

1 李吉林.李吉林情境教學(xué)理論與實踐.北京：人民日報出版社, 1996.23

2 江季龍，魏東.創(chuàng)新高中物理實驗教學(xué)方法探討.物理教學(xué),2003(10)：19