做好物理演示實驗 提高學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)

金林軍

摘 要：實驗是物理教學(xué)不可或缺的組成部分，演示實驗因其能夠幫助學(xué)生建立概念、理解規(guī)律，在物理教學(xué)中扮演著重要的角色.新課改及新高考對培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)有了明確的要求，做好演示實驗對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等方面能夠起到很好的作用.

關(guān)鍵詞：演示實驗;課堂教學(xué);學(xué)科素養(yǎng);高中物理

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2021）03-0052-02

物理學(xué)是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)學(xué)科.實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑，在物理學(xué)科的學(xué)習(xí)與研究中起著重要的作用，是其他教學(xué)過程不能替代的.高中物理實驗教學(xué)包括演示實驗和分組實驗兩部分，而演示實驗又可以分為真實實驗和模擬演示兩類.筆者結(jié)合人教版高中物理教材從以下幾個方面闡述在教學(xué)過程中對于物理演示實驗的所做所思.

一、演示實驗在物理課堂教學(xué)中的重要意義

隨著以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為教學(xué)目的的新一輪課程改革熱潮的掀起，物理演示實驗因其承載著對學(xué)生物理觀念、科學(xué)探究等方面素養(yǎng)培養(yǎng)與提升的重要作用，其重要性也再一次突顯在物理教師面前.演示實驗易于操作、便于觀察，作為課堂的引入，可以說明某個物理概念.同時，演示實驗?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加其對物理知識探索的渴求性.此外，對于抽象的物理概念及規(guī)律，演示實驗的教學(xué)有利于學(xué)生對知識的認識，加深其對物理概念及規(guī)律的理解.

例如，在認識微小形變的概念時，通過擠壓灌滿染色水的扁平玻璃瓶，讓學(xué)生觀察吸管中的水柱上升與下降來理解微小形變的概念，進而讓學(xué)生理解只要存在彈力，必定有形變.再如，在認識決定慣性大小的因素時，通過讓學(xué)生比賽吹乒乓球（一只灌滿水，一只沒有水），使學(xué)生在“游戲”中理解質(zhì)量是決定慣性大小的唯一因素.又如，在學(xué)習(xí)反沖這一概念時，利用發(fā)射自制水火箭的實驗演示，或是利用滅火器噴出干粉反推滑板車的實驗演示（該實驗需要實驗老師懷抱滅火器坐在滑板車上），讓學(xué)生認識反沖現(xiàn)象，進而理解反沖原理.此外，在曲線運動速度方向的教學(xué)過程中，如果沒有演示實驗，僅通過觀察人教版教材中的圖片（砂輪打磨飛出的鐵屑、運動員扔出的練球），學(xué)生很難理解做曲線運動的物體速度方向是沿曲線上某點的切線方向.由此可見，演示實驗不僅激發(fā)了學(xué)生對物理世界探索的興趣，使學(xué)生獲得物理知識的同時增加了他們對物理概念及規(guī)律的認識和理解.二、優(yōu)化真實演示實驗，增強實驗的效果

1.改進實驗方法，提高演示實驗的效果

目前，教材中有些演示實驗看似可行，但實際操作起來存在一些不足，因此我們需要對這樣的實驗做一些簡單的改進，使之便于操作，提高實驗的效果.

例如，人教版高中物理必修一教材在處理牛頓管演示自由落體運動的實驗時，是讓玻璃管倒轉(zhuǎn)，讓不同物體同時落下.理論上符合實驗要求的，但實際操作中會存在這樣一個問題：玻璃管還沒能達到豎直狀態(tài)各物體就已經(jīng)在玻璃管中沿玻璃管下滑，各物體下落前已經(jīng)獲得了一定的初速度，影響了實驗效果.

對此，我們可以適當(dāng)做一些改進.比如可以用磁鐵將鐵片在玻璃管底部吸住并且將紙片或羽毛夾在鐵片與玻璃管壁之間，之后倒轉(zhuǎn)玻璃管，移走磁鐵，就能滿足讓物體靜止開始下落.但是經(jīng)過實驗發(fā)現(xiàn)，移走磁鐵的過程中由于磁鐵對鐵片的吸引不是立即消失的，磁鐵移走時會對鐵片的位置和速度有一定的影響，因此我們可以將永磁鐵換成電磁鐵，之后固定在鐵架臺上，調(diào)節(jié)好豎直，通過電路通斷來控制物體的下落，這樣可以盡可能減小磁性對實驗的影響，大大提高了實驗效果.

2.選用DIS實驗系統(tǒng)，簡化實驗操作，提高演示實驗的精確性

有些演示實驗利用傳統(tǒng)的器材操作在測量和處理數(shù)據(jù)時相對作較為繁瑣，而且測量的結(jié)果并非精準.

人教版高中物理必修一教材處理測量最大靜摩擦力的實驗時，將一個小紙團卡在彈簧測力計指針上，沿水平方向拉靜止的小木塊，紙團會隨彈簧測力計指針移動，直至拉動木塊，彈簧測力指針回彈讀數(shù)減小，而紙團不會跟著回彈，這樣就能測出最大靜摩擦力了.實際操作時，紙團卡得太緊會增加阻力，卡得太松，小木塊由靜止開始移動的同時，紙團也會因彈簧測力計震動而發(fā)生移動，而且紙團相對較大，造成的讀數(shù)誤差也較大.用力的傳感器操作該實驗，利用計算機采集數(shù)據(jù)，則無需這樣的繁瑣操作，計算機會準確的將力的變化情況記錄下來，提高實驗的效率和準確性.

再如用力的傳感器來演示探究作用力與反作用力的關(guān)系的實驗，通過計算機對實驗結(jié)果的處理可以得到比較精確的結(jié)果.又如，用彈簧測力計演示超重與失重的實驗時，學(xué)生難以觀察迅速上下移動的彈簧測力計拉力的變化.改用傳感器操作，利用計算機記錄實驗數(shù)據(jù)圖象，可以很好的解決這一問題.

三、做好模擬演示實驗，提高課堂教學(xué)效率

有些實驗因為受到場地的限制或是有些微觀現(xiàn)象無法在課堂上當(dāng)堂演示，而如果沒有這些實驗的教學(xué)，學(xué)生對一些概念、規(guī)律又難以理解，這時就可以利用模擬演示進行課堂教學(xué).模擬演示可以是利用視頻錄制的演示實驗、也可以是利用計算機軟件制作的物理動畫，或者是用相關(guān)的器材制作的模型進行演示的實驗.

例如，為了讓學(xué)生理解超重和失重現(xiàn)象，需要在電梯運行的過程中觀察懸掛重物的彈簧測力計示數(shù)的變化，這時就可以提前錄制好相關(guān)視頻在課堂上播放.另外，一些難以觀察到的現(xiàn)象、具有較大危險性的實驗如放射性實驗的操作，可以利用相關(guān)的視頻講解展現(xiàn)給學(xué)生.這種實驗方式的優(yōu)點在于視頻的播放可以放大、放慢實驗現(xiàn)象（比如觀察射擊時的反沖現(xiàn)象等），可以展現(xiàn)一些危險的實驗過程（比如原子彈爆炸的現(xiàn)象），同時利用感官上的刺激提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性.

此外，一些實際操作困難或者無法操作的演示可以用動畫的形式展現(xiàn)給學(xué)生.如，探究小物塊在傳送帶上留下的痕跡，分析小船渡河問題，研究飛機投彈演示的平拋運動，研究金屬內(nèi)部自由電荷的運動情況、描述電容器的充放電的過程等都可以用計算機軟件制作成動畫課件幫助學(xué)生理解.

模型的演示在高中物理實驗教學(xué)中不多見，主要是用在一些微觀現(xiàn)象的分析過程中.比如，研究分子間作用力與分子間距離關(guān)系時，可以用兩頭帶有小球彈簧制成的模擬分子間作用力的演示儀來分析分子間作用力.通過壓縮彈簧分析分子間的斥力，拉伸彈簧分析分子間引力，這樣做比利用粉筆來“寫”實驗，利用嘴來“講”實驗要形象的多，也更加容易讓學(xué)生尋找其中的相關(guān)規(guī)律.

四、自制器材進行趣味實驗，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力

新課程標準把學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為達成物理教學(xué)的目標之一.教師可以結(jié)合教材中的課后習(xí)題、思考討論或者做一做等的相關(guān)內(nèi)容制作一些簡易的實驗器材用于課堂上的演示實驗，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效果，進而達到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的目的.

如學(xué)習(xí)《通電導(dǎo)線在磁場中受到的力》時，利用圓形強磁鐵、干電池和粗銅絲制作一個無支架的電動機在課堂上演示，加深學(xué)生對安培力的認識，使之明白驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)起來的力就是安培力.該實驗中的電動機可以制作成讓銅絲旋轉(zhuǎn)、也可以讓吸有圓形強磁鐵電池旋轉(zhuǎn)，讓學(xué)生理解磁鐵對通電導(dǎo)線有力的作用，通電導(dǎo)線對磁鐵也有力的作用，加深其對作用力與反作用力的認識.再如，學(xué)習(xí)《生活中圓周運動》以及《機械能守恒定律》時，可以用粗銅絲和PVC線槽搭建圓形軌道，觀察、研究小鋼球在豎直平面內(nèi)的圓周運動，分析小鋼球運動過程中的受力情況以及機械能的變化情況.

自制器材實驗讓學(xué)生進一步的理解了所學(xué)知識，激發(fā)了學(xué)習(xí)興趣，讓他們明白到物理試題來源于生活，課堂上學(xué)習(xí)的物理知識可以用以解決生活中的問題.

高中物理教學(xué)中的演示實驗還有很多，需要我們在教學(xué)的過程中不斷探索、研究與優(yōu)化.利用好每一次演示實驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生建構(gòu)知識，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，提升學(xué)生物理學(xué)習(xí)的基本素養(yǎng).

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[責(zé)任編輯：李 璟]