物理演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀分析及對(duì)策

袁海江

引子

(2011，浙江高考)如圖所示，在鐵芯上、下分別繞有匝數(shù)n₁=800和n₂=200的兩個(gè)線圈，上線圈兩端與u=51sin314tV的交流電源相連，將下線圈兩端接交流電壓表，則交流電壓表的讀數(shù)可能是

A2.0V

B9.0V

C12.7V

D144.0V

這個(gè)題目對(duì)我們教師，至少對(duì)筆者是刻骨銘心的。這個(gè)題目讓我們考生怎么算?讓我們教師怎么分析?讓我們的課怎么上?“憑直覺(jué)這個(gè)答案的來(lái)源肯定是有依據(jù)的，很有可能是命題組在實(shí)驗(yàn)室里做出來(lái)的?！薄@是我們一線教師的一致反應(yīng)，事后也得到了命題組專家的肯定回答。

我們的課應(yīng)該怎么上?物理課怎樣上才有效?本文擬以對(duì)上題的反思為引子，就對(duì)物理演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)狀分析及對(duì)策講一點(diǎn)初淺的看法，給我們更有效的物理課堂教學(xué)添磚加瓦。

1對(duì)“演示實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)識(shí)

從接受物理學(xué)教育開(kāi)始，到走上工作崗位至今，“物理是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科”對(duì)我們而言根深蒂固，講到物理實(shí)驗(yàn)，我們便會(huì)喊口號(hào)那樣喊出。事與愿違，我們的課堂上很少看到她的影子。但在另一個(gè)側(cè)面，我們看到的是另一番景象，從匯報(bào)課，到觀摩課；從優(yōu)質(zhì)課比賽，到素質(zhì)大比武；從物理研討會(huì)，到物理年會(huì)。實(shí)驗(yàn)都是有機(jī)組成部分，她是一節(jié)課的亮點(diǎn)；是我們獲勝的關(guān)鍵，是我們年會(huì)的風(fēng)景。

案例110年9月，浙江省高中物理課堂教學(xué)評(píng)比中，由義烏中學(xué)王丹鳳老師執(zhí)教的《牛頓第三定律》，她的最大亮點(diǎn)就是演示實(shí)驗(yàn)，其中有一組實(shí)驗(yàn)可稱為——“陸空?！斌w驗(yàn)。

師：像這種相互作用例子在我們身邊還有很多，如在公路在行駛的汽車，汽車為什么能在路上行駛(拿出遙控汽車演示)。

生：是地面對(duì)汽車的摩擦力。

師：汽車對(duì)地面有力嗎?地為什么不動(dòng)?離開(kāi)地面汽車會(huì)動(dòng)嗎?

生：學(xué)生啞然。

師：用實(shí)驗(yàn)演示一下，拎起汽車，按下遙控，發(fā)現(xiàn)汽車輪子只轉(zhuǎn)但不前進(jìn)。(離開(kāi)地面汽車不會(huì)動(dòng))

桌上放輛倒置小車，小車輪上擱一較粗糙的薄長(zhǎng)三夾板，板上再放遙控小汽車，按下遙控，效果非常明顯，汽車前進(jìn)，木板后退，全班嘩然。(汽車對(duì)地面有力)

師：行駛的汽車是汽車與地面有相互作用，那天上飛的飛機(jī)又如何?拿出事先準(zhǔn)備好的遙控直升機(jī)，直升機(jī)下方鋪有較多彩色紙屑。按下遙控，飛機(jī)上飛，紙屑飛舞。飛機(jī)為什么會(huì)上飛，是誰(shuí)的作用?

生：空氣。

為了再次說(shuō)明這一問(wèn)題，王老師將飛機(jī)拿到學(xué)生(長(zhǎng)頭發(fā)女同學(xué))，啟動(dòng)飛機(jī)。問(wèn)該同學(xué)，風(fēng)吹的爽不爽?“爽”學(xué)生大聲問(wèn)答。

師：飛行的飛機(jī)是飛機(jī)與空氣的相互作用，那水中的物體呢?王老師將用彈簧秤提著的鉤碼放進(jìn)置在臺(tái)秤上的水槽中，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察兩示數(shù)的變化?

生：彈簧秤示數(shù)變小，臺(tái)秤示數(shù)變大。

師：這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明水對(duì)鉤碼有浮力，鉤碼對(duì)水有壓力，即鉤碼與水相互作用。直接接觸的物體間有相互作用，那不直接接觸的物體間有嗎?

王老師用事先準(zhǔn)備好的兩帶磁鐵的小車加以演示說(shuō)明。

王老師準(zhǔn)備的“海陸空”三方面的感性實(shí)驗(yàn)、直接接觸物體間的相互作用和與不直接接觸物體間的相互作用作用的感性實(shí)驗(yàn)，這種多方位、多角度的演示實(shí)驗(yàn)無(wú)不刺激其視覺(jué)、其思維、其前科學(xué)概念。演示實(shí)驗(yàn)為學(xué)生積累了感性認(rèn)識(shí)，實(shí)現(xiàn)了認(rèn)知順應(yīng)。

從這個(gè)案例加上上面的考題。我們是否應(yīng)喚醒那只沉睡的羔羊，拿起我們的老本行，多給演示實(shí)驗(yàn)一些關(guān)愛(ài)，相信她一定會(huì)“投之于木桃，報(bào)之于瓊瑤?！?/p>

2“演示實(shí)驗(yàn)”的課堂模式

“一張嘴巴，一本書；一塊黑板，一只筆”，這是我們常用的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，可能講的有些絕對(duì)，但用這種方式的大有人在。這種“嘴巴實(shí)驗(yàn)”，“黑板實(shí)驗(yàn)”只是蜻蜓點(diǎn)水，點(diǎn)到為止，并不能給學(xué)生以感官上的刺激，充其量只不過(guò)是識(shí)記罷了。

新課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體意識(shí)，重視培養(yǎng)學(xué)生的操作能力，自主探究能力。鑒于此，我們可將教材中有些樣板式演示實(shí)驗(yàn)，或改參與式演示實(shí)驗(yàn)；或改合作式演示實(shí)驗(yàn)。

案例2如上是觀察桌面微小形變的“樣板式”演示實(shí)驗(yàn)，但在平常的教學(xué)中我們可用激光筆代替光束，操作如圖，將反射光點(diǎn)直接投到天花板上。取材方便，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，參與性高，且也可學(xué)生自行合作完成。

案例3如上必修2《平拋運(yùn)動(dòng)》中的“樣板式”演示實(shí)驗(yàn)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，操作也較簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是學(xué)生只能“聽(tīng)”“看”現(xiàn)象。參與度不高。筆者在課堂上采用了如下實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與高，現(xiàn)象明顯，操作簡(jiǎn)單，就地取材。具有較高的“樂(lè)價(jià)比”(簡(jiǎn)單的東西帶來(lái)的快樂(lè)其實(shí)很多，很劃算)。

簡(jiǎn)易平拋豎落儀，實(shí)驗(yàn)器材：一張硬紙片，兩個(gè)墊片(兩個(gè)硬幣)，一支筆。實(shí)驗(yàn)流程如圖。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們可以稍加提醒和指導(dǎo)。如：①提醒學(xué)生觀察現(xiàn)象，比較這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。你們觀察到什么現(xiàn)象?怎樣判斷它們是否同時(shí)落地?是“聽(tīng)”準(zhǔn)確還是“看”準(zhǔn)確?兩墊片是否同時(shí)落地?②同時(shí)落地說(shuō)明兩墊片經(jīng)過(guò)相同的時(shí)間到達(dá)同一水平面，兩墊片是否每時(shí)每刻都在同一水平面上，實(shí)驗(yàn)中改變哪個(gè)物理量反復(fù)做更能說(shuō)明這一問(wèn)題?

由于我們的學(xué)生主體參與意識(shí)薄弱，動(dòng)手能力不強(qiáng)，在參與式演示實(shí)驗(yàn)和合作式演示實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ街?，我們要多一點(diǎn)理解，少一點(diǎn)抱怨；多一點(diǎn)寬容，少一點(diǎn)責(zé)備；多一點(diǎn)鼓勵(lì)，少一點(diǎn)批評(píng)。這樣，師生之間的感情交流就會(huì)更流暢，教學(xué)效果也就會(huì)更好。

3“演示實(shí)驗(yàn)”如何“做”

關(guān)于“如何做演示實(shí)驗(yàn)”的問(wèn)題，我們可以從教師、教材、器材、現(xiàn)象、學(xué)生等方面來(lái)講，比如對(duì)教師而言，在講解指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)不可眉毛胡子一把抓，東一榔頭西一棒槌，要定點(diǎn)打樁，樁樁有力。限于篇幅，本文從以下幾個(gè)方面對(duì)“做演示實(shí)驗(yàn)”提幾個(gè)要求。

3.1演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)力求簡(jiǎn)單便利

演示實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，取材方便，突出關(guān)鍵步驟，以利于學(xué)生集中注意演示實(shí)驗(yàn)本身，提高教學(xué)效果。通過(guò)簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)，就可以使教師用較少的語(yǔ)言，在較短的時(shí)間內(nèi)，把要講述的問(wèn)題展現(xiàn)在學(xué)生的面前。當(dāng)學(xué)生對(duì)這個(gè)“為什么”產(chǎn)生濃厚的興趣時(shí)，他的思維活動(dòng)必然是積極活躍的。一個(gè)好的演示實(shí)驗(yàn)所起的作用，是最生動(dòng)的口頭表述也代替不了的。

案例4在《電阻定律》一節(jié)中，講到電阻率與溫度之間的關(guān)系時(shí)，教材有這樣一段描述“各種材料的電阻率一般都隨溫度的變化而變化。金屬的電阻率隨溫度的升高而增大?！睂?duì)學(xué)生而言知識(shí)識(shí)記，沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)和感官刺激，為此筆者在課堂上安排了如下演示實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：取日光燈一端金屬絲(連管腳)、J1202高中學(xué)生電源、“3.8V，0.3A”小燈泡、電鍵、電路板、導(dǎo)線等。

如圖所示，將上述調(diào)試好的實(shí)驗(yàn)裝置在課堂上演示，我們會(huì)看到如下現(xiàn)象：電鍵閉合后，小燈泡發(fā)光，過(guò)一會(huì)兒(時(shí)間較短)，小燈泡由亮變

暗，同時(shí)燈絲發(fā)紅。此時(shí)，我們?cè)诎l(fā)紅的燈絲上吹一口氣，可以看到燈絲由紅轉(zhuǎn)黑，同時(shí)小燈泡由暗變亮。

由上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知，在電鍵剛閉合時(shí)，金屬絲為黑色(還來(lái)不及發(fā)熱，溫度較低)，此時(shí)，金屬絲的電阻率較小，由電阻定律知，金屬絲電阻小，根據(jù)閉合電路歐姆定律可得，電流較大，所以小燈泡比較亮；過(guò)了一會(huì)兒，金屬絲發(fā)紅(可以用打火機(jī)在燈絲上燒一下，效果還要好，溫度升高)，金屬絲的電阻率增大，電阻變大，則小燈泡由亮變暗。當(dāng)我們?cè)诮饘俳z上吹一口氣后，金屬絲由紅變黑(溫度降低)，電阻率由大變小，所以小燈泡又由暗變亮。

這里實(shí)驗(yàn)電路簡(jiǎn)單，日光燈一端金屬絲(連管腳)取材方便，一燒一吹操作簡(jiǎn)便，一暗一亮現(xiàn)象明顯。

這種取材簡(jiǎn)便的實(shí)驗(yàn)器材更容易使學(xué)生接受，學(xué)生學(xué)起來(lái)更會(huì)有興趣，他們會(huì)忽然發(fā)現(xiàn)原來(lái)生活中到處都有物理現(xiàn)象。不但如此我們還可以通過(guò)網(wǎng)上搜索、淘寶購(gòu)物等方法搜尋器材，這可能便是教育大家朱正元教授當(dāng)年的“壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”這一主張的現(xiàn)代體現(xiàn)。我認(rèn)為實(shí)驗(yàn)的條件不是重要的，關(guān)鍵是教師應(yīng)該給學(xué)生做創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，從身邊的生活發(fā)現(xiàn)物理問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生熱愛(ài)生活，熱愛(ài)自然，熱愛(ài)學(xué)習(xí)。勤于思考?；蛟S情感態(tài)度和價(jià)值觀通過(guò)這樣的滲透會(huì)更自然一些，可能也是“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”之課改理念的有力載體。

3.2演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)力求直觀明顯

不知大家在做演示實(shí)驗(yàn)是否遇看到過(guò)這樣的場(chǎng)景——“座位較后的學(xué)生，一有實(shí)驗(yàn)馬上站起來(lái)觀察我們做的演示實(shí)驗(yàn)，甚至跑上來(lái)觀察”，這是對(duì)我們做的演示實(shí)驗(yàn)可見(jiàn)度的一個(gè)要求，也充分反映了學(xué)生要求看清楚演示實(shí)驗(yàn)的心理。

案例5在必修2《平拋運(yùn)動(dòng)》中我們自制的一個(gè)平拋水平儀，實(shí)驗(yàn)流程如圖。

從同一高度無(wú)初速釋放兩金屬小球。我們會(huì)看到做平拋運(yùn)動(dòng)的小球和做勻速直線運(yùn)動(dòng)的小球在水平軌道上相遇而發(fā)生碰撞，且在運(yùn)動(dòng)中兩小球在同一豎直線上(在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi))。

這種清楚明顯、可見(jiàn)度高的物理現(xiàn)象，才容易觸動(dòng)學(xué)生視覺(jué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)思維活動(dòng)。在平時(shí)教學(xué)我們還可以采取增大器材尺寸，選擇儀器擺放角度以及選擇合適演示角度、位置甚至向不同方位動(dòng)態(tài)展示演示結(jié)果等方法，力爭(zhēng)提高實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度。另外，我們對(duì)某些變化小，不易測(cè)量的物理量可以通過(guò)微量放大的方法進(jìn)行測(cè)量和分析。如案例2通過(guò)光點(diǎn)移動(dòng)將固體形變這一微小量放大，提高可見(jiàn)度?；蚩刹捎脤?shí)物投影儀將實(shí)驗(yàn)器材映射于屏幕上，或可用示教板來(lái)突出實(shí)驗(yàn)的主要裝置，以便于學(xué)生把注意的焦點(diǎn)集中于所要研究的問(wèn)題上，或可將某些樣板式演示實(shí)驗(yàn)改為合作式演示實(shí)驗(yàn)，如把通過(guò)磁鐵與線圈相對(duì)運(yùn)動(dòng)得出楞次定律的樣板式演示改為合作式實(shí)驗(yàn)，這樣，線圈繞法、指針偏轉(zhuǎn)一目了然，不僅便于學(xué)生觀察，印象深刻，而且增加了他們的動(dòng)手機(jī)會(huì)，提高了學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

3.3演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)力求動(dòng)態(tài)展示

有特級(jí)教師曾言：“只有好的實(shí)驗(yàn)裝置(哪怕是可以得到非常精確的結(jié)果)，沒(méi)有好的演示過(guò)程是不會(huì)收到良好的教學(xué)效果的?！闭n堂需要?jiǎng)討B(tài)生成的課堂，同樣我們的演示實(shí)驗(yàn)也要給學(xué)生們一個(gè)動(dòng)態(tài)的展示。

案例6在選修3-2《交變電流》中教材安排了《探究變壓器線圈兩端的電壓與匝數(shù)的關(guān)系》的實(shí)驗(yàn)，但這一實(shí)驗(yàn)我們真的做起來(lái)，恐怕很難得到其數(shù)值關(guān)系。結(jié)合浙江省教育廳教研室編寫選修3-2作業(yè)本的“做一做”，如下圖。

在教學(xué)過(guò)程中我們做了如下的演示實(shí)驗(yàn)，在導(dǎo)線一圈一圈動(dòng)態(tài)過(guò)程中。小燈泡由不亮變的微亮(如下左上圖)；放上鐵芯，小燈泡由微亮變的較亮(如下右上圖)；閉合鐵芯，小燈泡由較亮變的很亮(如下右下圖)；拿掉鐵芯，小燈泡亮度復(fù)原，在此基礎(chǔ)上再增加線圈匝數(shù)，小燈泡亮度增加(如下左下圖)。

課堂教學(xué)中我們將實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)展示在學(xué)生面前，學(xué)生對(duì)什么是理想變壓器肯定會(huì)有所感觸，如果每一屆學(xué)生我們都做過(guò)這個(gè)動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)的話，那開(kāi)頭考題答案A是很顯然了。

這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)的要點(diǎn)是要學(xué)生看清楚二點(diǎn)，其一是要學(xué)生在動(dòng)態(tài)演示中看清燈泡亮暗與所繞匝數(shù)間的關(guān)系；其二是要學(xué)生在動(dòng)態(tài)演示中看清燈泡亮暗與可動(dòng)橫梁位置(漏磁程度)的關(guān)系。除了這二點(diǎn)之外此演示實(shí)驗(yàn)還有幾個(gè)附加值。

附加值一：演示渦流熱。以此可說(shuō)明理想變壓器另一條件忽略鐵損(由“渦流”所產(chǎn)生的損耗)。在閉磁前在橫梁下墊入一12.5cm×3cm的鐵板，通電一段時(shí)間后，讓學(xué)生觸摸鐵板，可以感知鐵板是熱的。

附加值二：在讓學(xué)生感知鐵損時(shí)，即可取下原線圈讓另外學(xué)生觸摸，也可感知原線圈是熱的，這樣我們便可說(shuō)明理想變壓器又一條件忽略銅損。

附加值三：如圖此題大家肯定很熟悉，“真的有這種感覺(jué)嗎?”，我們老師會(huì)說(shuō)做一下就知道了，“你做了嗎?”；我們學(xué)生會(huì)感到很茫然，一臉無(wú)奈狀?！澳愀襾?lái)試一試嗎?”，拋出這個(gè)問(wèn)題后，課堂氣氛立即升溫，大家都躍躍欲試。具體實(shí)驗(yàn)時(shí)就可用上述器材。此實(shí)驗(yàn)效果明顯，大家不妨一試。這個(gè)其實(shí)是我們平時(shí)在講的“千人震”實(shí)驗(yàn)。

在演示實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)下，由淺入深，懸念重生，同學(xué)們“帶著興趣，帶著懸念，帶著思考，帶著強(qiáng)烈的求知欲”去學(xué)習(xí)。在同學(xué)們參與互動(dòng)中，使“要我學(xué)”的外壓力變成“我要學(xué)”的內(nèi)動(dòng)力，學(xué)生成為課堂上真正的主體，從而教師少教，學(xué)生多學(xué)、好學(xué)、會(huì)學(xué)，使我們的課堂更有效。