高中物理教学中演示实验的作用

胡韩荣

(浙江师范大学附属中学,浙江金华 321004)

物理学是一门以实验为基础的学科,课堂教学离不开实验.我国著名物理教育家、苏州大学朱正元教授早就总结:“千言万语说不清,一看实验就分明.”在国际学习科学领域中有这样三句名言:听来的忘得快,看到的记得住,做过的才能会.当前部分学校由于应试教育的影响,对实验不重视了,包括少量年轻教师,采用多媒体软件,运用电脑来替代演示实验,其实这是不懂得物理实验对物理学习的作用.根据本人的体会,认为物理演示实验有如下5点的作用.

1 获得物理现象的典型表象

物理现象是一种真实的、鲜活的、生动的自然现象,演示实验能够使学生在特定的空间区域仔细观察,正确认识现象的关键特征,获得正确的表象.如干涉与衍射现象,实际生活中虽然也可能看到过如油膜、肥皂泡的彩色条纹,但由于现象的复杂,不能形成与现象本质特征相关的表象.在实验中,就可以采用单色光入射双缝干涉演示仪,形成明暗相间的条纹,中央为亮纹,条纹的亮度宽度基本相同,且使用不同的单色光演示,条纹的间距不同,波长越大,条纹的间距越宽;同样,采用单色光入射单缝衍射实验仪,可得到中央为较宽亮条纹,两侧有明暗相间的条纹,但间距和亮度不同,照射的单色光的波长越长,中央亮条纹也越宽.

通过演示实验,学生从观察实验现象,总结归纳出干涉与衍射图样是不同的,各有自己特点,且单色光的波长不同,图样也有区别.教师若把物理现象直白地告诉学生,学生对现象的表象是模糊、不全面的,对现象认识不深刻,很难达到教学目的,更难要求学生对知识的巩固与灵活应用.

2 为建立概念提供感性认识

图1表述了概念学习时的教学模式.从学生学习概念的过程可知,感知材料、建立表象是分析比较、抽象概括的前提.如加速度概念的建立,如果教师仅仅是陈述“加速度是描述物体速度变化快慢的物理量”,学生肯定不能理解,这时教师进一步加以解释:加速度不是速度变化的大小,而是速度变化的快慢,学生仍然不能理解,原因是学生缺少概念建立的表象.如何能够提供加速度概念建立所需要的表象呢?首先是创建物理情景:播放一段汽车、摩托车启动及人起跑视频,让学生仔细观察启动过程,发现最终汽车最先到达终点,但在启动开始阶段,汽车反而落在最后,这样使学生得到正确的表象,速度大的物体,加速能力并不一定大.有必要引入一个新的物理量,从而水到渠成地提出加速度的概念.

在概念教学过程中,要巧妙运用演示实验,抓好概念的引入、形成、深化和应用等环节,让学生在学习新概念时遵循认知规律去思考、探讨和掌握它.

图1

3 为探寻规律提供思考的对象

自然界的物理现象千变万化,错综复杂,但它的变化是有规律可循的.例如牛顿第三定律的演示,如果仅仅只用弹簧秤演示静止状态时的作用力与反作用力之间的关系,学生面对演示实验时思维活动是不活跃,且片面的,学生所获得对作用力与反作用力认识的表象也只是静态的.为了让学生在实验时能够根据不同问题情景进行猜想和分析,从而建立更加丰富的表象,需要演示不同运动状况下(如匀速、加速、减速及变速运动)作用力与反作用力之间的关系,以及演示其他作用力情况下的作用力与反作用力之间的关系.

又如伏安法测电阻,学生在初中就学过原理,也做过实验.尽管高中对此课题的教学要求已经提高,要讨论安培表内接和外接时两种电路的误差情况,但是面对这两种电路,学生开始的反应是冷漠的.因为在他们原有的认知模式中,这两种电路是等价的,所以他们的思维仍处于稳定的平衡状态中.为了能把学习引向深入,可通过演示实验来激化矛盾,打破平衡.采用大型示教电表,分别用两种电路去测量同一只大电阻的阻值,两次测出的数据是5.2 kΩ和2.0 kΩ,然后又去测量同一只小电阻,得出的数据为5.0 Ω和3.6 Ω悬殊的测量结果,造成了一种外来的强刺激,学生的思维被迅速激发起来,从而促使他们积极主动地参与新课题的学习.

4 为建立模型提供表象

模型是物理现象和物理规律的中介物,建立物理模型,就是要忽略次要的因素,而将最主要的因素、性质突出出来,这是运用科学抽象研究问题的重要方法之一.“可以说,不了解和不掌握物理模型的方法,就学不好物理.”那么怎样才能使学生建立正确的物理模型?其关键是巧妙、合理地运用演示实验,为模型建立提供正确的表象.

如单摆实验的演示,不同的小球,不同的偏角,相同的摆长,其摆动的节奏(周期)相同;相同的小球,相同的偏角,但摆长不同,摆动的节奏(周期)不同,这就为建立单摆模型提供了表象.

又如在空气阻力可忽略的情况下,通过钱毛管(牛顿管)实验,学生感知了不同的物体下落快慢相同,为自由落体运动模型的建立提供了表象.

如对于平抛运动,通过平抛运动与自由落体及平抛运动与水平匀速运动的比较演示,综合表象,就可以概括形成反映平抛运动这一运动模型本质特征的表象.例如,虽然物体有大有小,重力有大有小,但重力加速度不变,虽然初速度有大有小,下落高度不同,这些可以影响轨迹的长短和形状,但运动的性质仍然相同.

5 为解决问题提供过程展示

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.比如研究全反射过程的时候,教师用激光器结合半圆形玻璃砖演示激光从光密介质斜射向光疏介质的光路.先让入射角比较小,此时光能射入空气中,但折射角比入射角大,然后不断增大入射角,发现折射角也逐渐增大,当入射角增大到某一值时,此时光束折射角增大到90°后就消失,刚好发生全反射.继续增大入射角,空气中依然没有折射光线,全反射依然进行.通过这个演示实验让学生体会到全反射发生的整个过程,全反射的条件,全反射的现象.整个过程如果光用讲述则分析起来很繁琐而且学生很难掌握.用演示实验分析过程还可以每一步都让学生参与分析、讨论,探究该现象或该过程发生的原因,进一步体现了教师主导、学生主体的师生关系.

演示实验是物理教学中重要的组成部分.通过演示实验教学,可以指导学生观察和分析物理现象,获得生动的感性知识,从而更好地掌握物理概念和规律;还可以培养学生的观察和分析能力,逻辑思维能力和探索动手能力.因此在平时的课堂教学设计中,要充分优化演示实验,发挥演示实验的功能,精心设计问题链,合理运用多媒体辅助教学,引导学生进行科学探究,让学生在甄别、思考中得出正确的结论,使课堂教学更有“物理味”.(收稿日期:2010-01-06)