物理教學(xué)呼喚物理實(shí)驗(yàn)

王 欣 閆玉芝 王鳳蘭

☆本期關(guān)注：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)☆

物理教學(xué)呼喚物理實(shí)驗(yàn)

王 欣1閆玉芝2王鳳蘭1

物理是學(xué)生感覺(jué)比較難學(xué)的科目，有很多學(xué)生因?yàn)槲锢黼y學(xué)而棄理從文，有的學(xué)生在日記中寫道：“物理難，物理難，物理課上難歡顏”。發(fā)揮物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)，可以突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，通過(guò)學(xué)生的感悟、體驗(yàn)形成能力，降低物理學(xué)習(xí)的難度，樹(shù)立學(xué)好物理的信心。但是在物理教學(xué)中做實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)比較多的金錢，耗費(fèi)比較多的時(shí)間和精力，而且只通過(guò)筆試測(cè)驗(yàn)，做過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生和沒(méi)做過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生相比，往往沒(méi)有明顯的差異。這就導(dǎo)致了長(zhǎng)期以來(lái)，在中學(xué)物理教學(xué)中存在很少做實(shí)驗(yàn)或根本不做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，其突出表現(xiàn)是：“教師的理論講授+學(xué)生大量的筆頭練習(xí)”。

由于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)與學(xué)生參與的活動(dòng)密切相關(guān)，所以這種缺失的教學(xué)模式將導(dǎo)致學(xué)生畸形的智能結(jié)構(gòu)，毋庸置疑，這會(huì)嚴(yán)重影響物理教學(xué)的質(zhì)量。例如：在講解《分子間作用力》時(shí)，如果不采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，那么比較抽象的這部分知識(shí)就會(huì)枯燥無(wú)味。相反，在教學(xué)中采用一些演示實(shí)驗(yàn)：“酒精與水混合體積變小”和“兩個(gè)表面光滑的軟鉛塊可以相互黏合”的實(shí)驗(yàn)；再采用幾個(gè)學(xué)生分組的小實(shí)驗(yàn)：“拉壓橡皮”“將玻璃片拉離水面”等實(shí)驗(yàn)。這樣，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，將作用力加以放大，使學(xué)生對(duì)“分子間存在空隙并且存在作用力”得以形象理解；同時(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)習(xí)慣、科學(xué)思想、科學(xué)方法以及嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)、協(xié)作精神、健全的人格、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，形成持久的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，從根本上解決學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)過(guò)重的問(wèn)題，更重要的是充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，可以把握課程改革的正確方向。

因此物理教學(xué)呼喚物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生渴望物理實(shí)驗(yàn)。這也是由物理感知的特點(diǎn)、學(xué)生學(xué)習(xí)物理的特點(diǎn)和物理教學(xué)的本身特點(diǎn)共同決定的。

一、物理感知的特點(diǎn)

物理表象是感知過(guò)但又不在眼前的物理客體形象的一種影像。物理表象如果進(jìn)一步概括和抽象就向物理概念過(guò)渡。因此，物理表象是從物理感知到物理概念和物理思維的必要的心理活動(dòng)。要使學(xué)生通過(guò)自己的認(rèn)識(shí)活動(dòng)和教師的定向誘導(dǎo)在物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上去發(fā)現(xiàn)和總結(jié)物理規(guī)律，第一步應(yīng)該建立準(zhǔn)確而生動(dòng)的物理表象。

物理現(xiàn)象與物理過(guò)程主要以光、聲、電、氣等為媒介而作用在觀察者的感覺(jué)器官上，通過(guò)這些器官的神經(jīng)通道進(jìn)一步與觀察者的大腦相互作用。在學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中，無(wú)論是物理現(xiàn)象、物理過(guò)程，還是教學(xué)信息，都通過(guò)幾種媒介先與學(xué)生的多種感官發(fā)生作用，然后是學(xué)生的感官與大腦相互作用。物理學(xué)是建立在物理現(xiàn)象、物理事實(shí)、物理過(guò)程的感知基礎(chǔ)上的。在物理教學(xué)過(guò)程中我們也要在物理現(xiàn)象的觀察中和物理實(shí)驗(yàn)中總結(jié)、建立、檢驗(yàn)物理規(guī)律。

在物理教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是擴(kuò)大學(xué)生物理感知量的重要途徑，也是最有效的手段。這包括演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，聲、光、電的刺激給學(xué)生展示出了一幅物理現(xiàn)象的奇特景象。學(xué)生的感官同時(shí)得到刺激，印象往往非常深刻。尤其是出乎意料的物理現(xiàn)象，更讓他們興奮不已。例如：在講《機(jī)械能守恒定律》時(shí)，先將一個(gè)鉛球系于繩子的一端，再將繩子的另一端懸于天花板上。讓兩名學(xué)生背對(duì)背站在距鉛球平衡位置等距離的兩側(cè)，并且使兩名學(xué)生和鉛球的平衡位置在一條直線上。教師先將鉛球拉離平衡位置，讓鉛球貼于一名學(xué)生頭的后部，然后釋放，當(dāng)鉛球在兩名學(xué)生之間來(lái)回?cái)[動(dòng)時(shí)，學(xué)生都擔(dān)心鉛球會(huì)碰到兩名學(xué)生的頭部，心里非常緊張，當(dāng)他們看到鉛球并沒(méi)有傷害到學(xué)生時(shí)，在有驚無(wú)險(xiǎn)的狀態(tài)中產(chǎn)生了疑問(wèn)和興趣。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)也是擴(kuò)大學(xué)生物理感知量的很好途徑。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生親自觀察、分辨、操作、記錄、分析。不僅學(xué)生的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)獲得物理信息，同時(shí)學(xué)生的觸覺(jué)也有了鍛煉和獲得物理信息的機(jī)會(huì)。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)物理的特點(diǎn)

高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣特點(diǎn)主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)的興趣與思維的特征上。在實(shí)驗(yàn)中，高中學(xué)生的觀察能力已大大提高，注意力能持久而穩(wěn)定地依靠意志習(xí)慣的努力而聚集，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的理解也較深刻，因而利于從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)規(guī)律、推導(dǎo)公式、運(yùn)算習(xí)題。高中學(xué)生的思維處于過(guò)渡期，即從具體運(yùn)算向形式運(yùn)算過(guò)渡。

研究學(xué)生學(xué)習(xí)物理的認(rèn)知機(jī)制發(fā)現(xiàn)，直觀教學(xué)和直接的體驗(yàn)也是符合人們認(rèn)識(shí)規(guī)律的。如超重和失重的演示實(shí)驗(yàn)(如圖1所示)，在懸掛的木板上放一塊磚，在磚和木板之間放一條紙帶。首先，用很大的力拉動(dòng)紙條而使紙條斷裂。接下來(lái)，設(shè)置懸念，問(wèn)：“哪位同學(xué)能在不接觸磚和木板的情況下抽出紙條？”并讓他們到講臺(tái)上去演示，當(dāng)學(xué)生找不出辦法時(shí)，再由教師演示剪斷懸繩的情況下可以抽出紙條。物理現(xiàn)象很直觀，但是這時(shí)學(xué)生卻非常想知道原因。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新課教學(xué)。再如在學(xué)過(guò)力的分解部分知識(shí)后，為了便于理解重力產(chǎn)生的作用效果，設(shè)計(jì)了如圖2所示的裝置讓學(xué)生親身體會(huì)重物對(duì)木桿和繩產(chǎn)生的力的方向。(用一端帶尖的鉛筆代替木桿，用鑰匙鏈代替繩子，用鑰匙代替重物)這樣做既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也豐富了學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)。

圖1

圖2

因此，在教學(xué)中就必須給學(xué)生提供足夠的感性經(jīng)驗(yàn)和活動(dòng)機(jī)會(huì)，而物理實(shí)驗(yàn)恰恰是最好的手段。

三、物理教學(xué)的本身特點(diǎn)

現(xiàn)階段的高中新課程改革要求物理教學(xué)要堅(jiān)持以創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境為切入點(diǎn)，以觀察實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學(xué)生的能力為核心，以提升學(xué)生探究能力為重點(diǎn)的基本特征。

物理學(xué)本身是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。物理從實(shí)驗(yàn)中誕生、發(fā)展，又在實(shí)驗(yàn)中得到檢驗(yàn)、驗(yàn)證，并向更高的層次進(jìn)展。因而物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是直觀性原則的主要依據(jù)和基礎(chǔ)。一個(gè)物理現(xiàn)象，語(yǔ)言的描述不能代替對(duì)現(xiàn)象和事實(shí)的直接感知。物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以憑借教師的語(yǔ)言、教材的闡述以及自己的物理語(yǔ)言表述，更準(zhǔn)確、更快地感知具體的物理現(xiàn)象和物理過(guò)程，從而更精細(xì)地、有方向性地感知物理客體的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。

因此實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)，是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，是物理教學(xué)的重要方法，是物理教學(xué)的重要手段，是認(rèn)知的重要工具，是進(jìn)行探究的重要手段，是創(chuàng)設(shè)情境的有效方法，是獲得直接經(jīng)驗(yàn)的重要途徑，是培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、感悟科學(xué)方法、形成科學(xué)觀念的重要過(guò)程，是檢驗(yàn)理論的重要標(biāo)準(zhǔn)，是培養(yǎng)合作意識(shí)、合作能力的重要途徑，是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要基礎(chǔ)。物理教學(xué)的直觀性原則要求給學(xué)生提供盡可能多的建立在直接感知基礎(chǔ)上的具體形象。物理實(shí)驗(yàn)應(yīng)充分地、恰到好處地運(yùn)用。

為突破人教版選修部分“靜電場(chǎng)”概念抽象的教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)要求和學(xué)生特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中收到了很好的效果，現(xiàn)從中選取幾個(gè)與大家分享。

1.有魔力的棒——摩擦起電、帶電體吸引輕小物體

用潔凈干燥的毛皮與潔凈干燥的有機(jī)玻璃棒用力按壓快速摩擦后去靠近干燥潔凈的碎紙屑、干燥潔凈是的乒乓球、干燥潔凈的毛發(fā)等，觀察現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論：用潔凈干燥的毛皮與潔凈干燥的有機(jī)玻璃棒用力按壓快速摩擦后，讓棒與易拉罐殼的軸線平行靠近易拉罐殼的上側(cè)面并向前移動(dòng)，會(huì)觀察到易拉罐跟著向前滾動(dòng)。

也可以讓學(xué)生利用給定器材進(jìn)行比賽，看誰(shuí)用棒吸起的乒乓球多。器材：有機(jī)玻璃棒、鋁棒、潔凈干燥的毛皮、附有灰塵的毛皮、干燥潔凈的乒乓球。

2.銀盤散花—感應(yīng)起電、電荷間相互作用

器材：干燥潔凈的有機(jī)玻璃板一塊、干燥潔凈的毛皮一塊、一個(gè)帶絕緣柄的金屬盤，適當(dāng)數(shù)量的輕薄紙屑。

操作：將輕薄紙屑散放在帶絕緣柄的金屬盤中，用潔凈干燥的毛皮與潔凈干燥的有機(jī)玻璃用力按壓快速摩擦，右手持絕緣柄將金屬盤置于有機(jī)玻璃板上方，左手手指接觸金屬盤表面，移開(kāi)接觸金屬盤表面的手指，右手持絕緣柄將金屬盤提起，會(huì)驚奇地發(fā)現(xiàn)金屬盤中的小紙屑向上和四周飛散開(kāi)來(lái)，猶如天女散花一樣。

3.有感覺(jué)的氖管——靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)

器材：氖管一個(gè)(一般發(fā)光電壓為50～90V，發(fā)光時(shí)紅光璀璨明亮，電壓越高，發(fā)光越明亮)、大頭針一枚、502黏合劑、帶絕緣底座的錐開(kāi)導(dǎo)體、潔凈干燥的毛皮、潔凈干燥的有機(jī)玻璃棒。

操作：用502黏合劑將大頭針的底部黏合在氖管的一個(gè)電極上，使用時(shí)將另一電極用手指直接拿住。用氖管的尖端去接觸用潔凈干燥的毛皮用力按壓快速摩擦過(guò)的潔凈干燥的有機(jī)玻璃棒，針尖發(fā)生尖端放電氖管發(fā)紅可檢驗(yàn)有機(jī)玻璃棒帶電。用潔凈干燥的毛皮用力按壓快速摩擦過(guò)的潔凈干燥的有機(jī)玻璃棒給帶絕緣底座的錐形導(dǎo)體帶電，用氖管的尖端移近導(dǎo)體的不同表面并保持距離相等，觀察氖管發(fā)光亮度的不同，說(shuō)明靜電平衡狀態(tài)導(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)。

4.顫抖的乒乓球——尖端放電

器材：相同的帶絕緣柄的圓形平面鋁板兩塊、帶鐵夾的鐵架臺(tái)、感應(yīng)起電機(jī)、均勻涂有2B鉛筆鉛的乒乓球兩個(gè)、硬銅絲兩段、導(dǎo)線。

操作：將兩段硬銅絲做成相同的穩(wěn)定的螺旋形底座，上方豎直，在最上方磨成尖端，將兩個(gè)乒乓球穿在上方的豎直銅線上，其中A乒乓球穿透而B(niǎo)乒乓球不穿透。將兩塊帶絕緣柄的圓形平面鋁板用鐵夾水平地平行固定在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將感應(yīng)起電機(jī)的兩電極分別與兩鋁板相連，將B放在下方的鋁板上，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)的手柄使兩鋁板帶電，調(diào)整兩鋁板之間的距離，直到能出現(xiàn)B與上方鋁板放電(看到火花，聽(tīng)到聲音)，同時(shí)看到B在顫抖；取下B，在同樣的位置放上A，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)的手柄，看不到火花，聽(tīng)不到聲音更看不到顫抖；同時(shí)放上A和B，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)的手柄看不到火花，聽(tīng)不到聲音也看不到球顫抖。

5.快樂(lè)盒——靜電植絨

器材：適當(dāng)大小的透明塑料密封盒，與盒上下表面等大的錫箔紙兩張及稍大一點(diǎn)的白紙一張，金屬線兩小段，適量燒成灰燼的紙灰粉末，感應(yīng)起電機(jī)，細(xì)一些的固體膠、導(dǎo)線。

操作：將兩錫箔紙分別平鋪在盒的內(nèi)側(cè)上下表面上，兩小段金屬線穿透上下表面與錫箔紙連接好，盒外留適當(dāng)長(zhǎng)度用導(dǎo)線與起電機(jī)的兩電極相連，將紙灰粉末置于盒底部平鋪均勻。用固體膠在白紙上寫上“快樂(lè)”“加油”等詞語(yǔ)或句子，寫字的一面向下，放在盒蓋的內(nèi)側(cè)，將蓋子蓋好。搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)的手柄看到紙灰在快樂(lè)舞蹈，經(jīng)適當(dāng)時(shí)間，將電荷放掉，打開(kāi)盒子，取下白紙，紙灰已清晰地在白紙上寫出“快樂(lè)”“加油”等詞語(yǔ)或句子。

[1] 梁樹(shù)森.物理學(xué)習(xí)論[M].廣西：廣西教育出版社，1996

[2] 苾子宏.物理教育學(xué)[M].浙江：浙江教育與出版社，1999

[3] 喬繼平，邢紅軍.物理教育心理學(xué)[M].廣西：廣西教育出版社，2002

[4] 陳琦，劉儒德.當(dāng)代教育心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2000

[5] 裴娣娜.教育研究方法導(dǎo)論[M].安徽：安徽教育出版社，1995

稿件編號(hào)：P1103114

王欣，碩士，中教一級(jí)。

1.哈爾濱師范大學(xué)。2.哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)。