高中物理教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)的作用

胡韓榮

(浙江師范大學(xué)附屬中學(xué),浙江金華 321004)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,課堂教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn).我國(guó)著名物理教育家、蘇州大學(xué)朱正元教授早就總結(jié):“千言萬(wàn)語(yǔ)說(shuō)不清,一看實(shí)驗(yàn)就分明.”在國(guó)際學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域中有這樣三句名言:聽來(lái)的忘得快,看到的記得住,做過(guò)的才能會(huì).當(dāng)前部分學(xué)校由于應(yīng)試教育的影響,對(duì)實(shí)驗(yàn)不重視了,包括少量年輕教師,采用多媒體軟件,運(yùn)用電腦來(lái)替代演示實(shí)驗(yàn),其實(shí)這是不懂得物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)習(xí)的作用.根據(jù)本人的體會(huì),認(rèn)為物理演示實(shí)驗(yàn)有如下5點(diǎn)的作用.

1 獲得物理現(xiàn)象的典型表象

物理現(xiàn)象是一種真實(shí)的、鮮活的、生動(dòng)的自然現(xiàn)象,演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生在特定的空間區(qū)域仔細(xì)觀察,正確認(rèn)識(shí)現(xiàn)象的關(guān)鍵特征,獲得正確的表象.如干涉與衍射現(xiàn)象,實(shí)際生活中雖然也可能看到過(guò)如油膜、肥皂泡的彩色條紋,但由于現(xiàn)象的復(fù)雜,不能形成與現(xiàn)象本質(zhì)特征相關(guān)的表象.在實(shí)驗(yàn)中,就可以采用單色光入射雙縫干涉演示儀,形成明暗相間的條紋,中央為亮紋,條紋的亮度寬度基本相同,且使用不同的單色光演示,條紋的間距不同,波長(zhǎng)越大,條紋的間距越寬;同樣,采用單色光入射單縫衍射實(shí)驗(yàn)儀,可得到中央為較寬亮條紋,兩側(cè)有明暗相間的條紋,但間距和亮度不同,照射的單色光的波長(zhǎng)越長(zhǎng),中央亮條紋也越寬.

通過(guò)演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生從觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,總結(jié)歸納出干涉與衍射圖樣是不同的,各有自己特點(diǎn),且單色光的波長(zhǎng)不同,圖樣也有區(qū)別.教師若把物理現(xiàn)象直白地告訴學(xué)生,學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的表象是模糊、不全面的,對(duì)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)不深刻,很難達(dá)到教學(xué)目的,更難要求學(xué)生對(duì)知識(shí)的鞏固與靈活應(yīng)用.

2 為建立概念提供感性認(rèn)識(shí)

圖1表述了概念學(xué)習(xí)時(shí)的教學(xué)模式.從學(xué)生學(xué)習(xí)概念的過(guò)程可知,感知材料、建立表象是分析比較、抽象概括的前提.如加速度概念的建立,如果教師僅僅是陳述“加速度是描述物體速度變化快慢的物理量”,學(xué)生肯定不能理解,這時(shí)教師進(jìn)一步加以解釋:加速度不是速度變化的大小,而是速度變化的快慢,學(xué)生仍然不能理解,原因是學(xué)生缺少概念建立的表象.如何能夠提供加速度概念建立所需要的表象呢?首先是創(chuàng)建物理情景:播放一段汽車、摩托車啟動(dòng)及人起跑視頻,讓學(xué)生仔細(xì)觀察啟動(dòng)過(guò)程,發(fā)現(xiàn)最終汽車最先到達(dá)終點(diǎn),但在啟動(dòng)開始階段,汽車反而落在最后,這樣使學(xué)生得到正確的表象,速度大的物體,加速能力并不一定大.有必要引入一個(gè)新的物理量,從而水到渠成地提出加速度的概念.

在概念教學(xué)過(guò)程中,要巧妙運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn),抓好概念的引入、形成、深化和應(yīng)用等環(huán)節(jié),讓學(xué)生在學(xué)習(xí)新概念時(shí)遵循認(rèn)知規(guī)律去思考、探討和掌握它.

圖1

3 為探尋規(guī)律提供思考的對(duì)象

自然界的物理現(xiàn)象千變?nèi)f化,錯(cuò)綜復(fù)雜,但它的變化是有規(guī)律可循的.例如牛頓第三定律的演示,如果僅僅只用彈簧秤演示靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)的作用力與反作用力之間的關(guān)系,學(xué)生面對(duì)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)思維活動(dòng)是不活躍,且片面的,學(xué)生所獲得對(duì)作用力與反作用力認(rèn)識(shí)的表象也只是靜態(tài)的.為了讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠根據(jù)不同問(wèn)題情景進(jìn)行猜想和分析,從而建立更加豐富的表象,需要演示不同運(yùn)動(dòng)狀況下(如勻速、加速、減速及變速運(yùn)動(dòng))作用力與反作用力之間的關(guān)系,以及演示其他作用力情況下的作用力與反作用力之間的關(guān)系.

又如伏安法測(cè)電阻,學(xué)生在初中就學(xué)過(guò)原理,也做過(guò)實(shí)驗(yàn).盡管高中對(duì)此課題的教學(xué)要求已經(jīng)提高,要討論安培表內(nèi)接和外接時(shí)兩種電路的誤差情況,但是面對(duì)這兩種電路,學(xué)生開始的反應(yīng)是冷漠的.因?yàn)樵谒麄冊(cè)械恼J(rèn)知模式中,這兩種電路是等價(jià)的,所以他們的思維仍處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中.為了能把學(xué)習(xí)引向深入,可通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)激化矛盾,打破平衡.采用大型示教電表,分別用兩種電路去測(cè)量同一只大電阻的阻值,兩次測(cè)出的數(shù)據(jù)是5.2 kΩ和2.0 kΩ,然后又去測(cè)量同一只小電阻,得出的數(shù)據(jù)為5.0 Ω和3.6 Ω懸殊的測(cè)量結(jié)果,造成了一種外來(lái)的強(qiáng)刺激,學(xué)生的思維被迅速激發(fā)起來(lái),從而促使他們積極主動(dòng)地參與新課題的學(xué)習(xí).

4 為建立模型提供表象

模型是物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的中介物,建立物理模型,就是要忽略次要的因素,而將最主要的因素、性質(zhì)突出出來(lái),這是運(yùn)用科學(xué)抽象研究問(wèn)題的重要方法之一.“可以說(shuō),不了解和不掌握物理模型的方法,就學(xué)不好物理.”那么怎樣才能使學(xué)生建立正確的物理模型?其關(guān)鍵是巧妙、合理地運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn),為模型建立提供正確的表象.

如單擺實(shí)驗(yàn)的演示,不同的小球,不同的偏角,相同的擺長(zhǎng),其擺動(dòng)的節(jié)奏(周期)相同;相同的小球,相同的偏角,但擺長(zhǎng)不同,擺動(dòng)的節(jié)奏(周期)不同,這就為建立單擺模型提供了表象.

又如在空氣阻力可忽略的情況下,通過(guò)錢毛管(牛頓管)實(shí)驗(yàn),學(xué)生感知了不同的物體下落快慢相同,為自由落體運(yùn)動(dòng)模型的建立提供了表象.

如對(duì)于平拋運(yùn)動(dòng),通過(guò)平拋運(yùn)動(dòng)與自由落體及平拋運(yùn)動(dòng)與水平勻速運(yùn)動(dòng)的比較演示,綜合表象,就可以概括形成反映平拋運(yùn)動(dòng)這一運(yùn)動(dòng)模型本質(zhì)特征的表象.例如,雖然物體有大有小,重力有大有小,但重力加速度不變,雖然初速度有大有小,下落高度不同,這些可以影響軌跡的長(zhǎng)短和形狀,但運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)仍然相同.

5 為解決問(wèn)題提供過(guò)程展示

用演示實(shí)驗(yàn)將一些比較復(fù)雜的物理過(guò)程展現(xiàn)在學(xué)生面前或讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象自己分析出過(guò)程,不但培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力、提高學(xué)生的參與度,還深化了教改思想,可謂收益匪淺.比如研究全反射過(guò)程的時(shí)候,教師用激光器結(jié)合半圓形玻璃磚演示激光從光密介質(zhì)斜射向光疏介質(zhì)的光路.先讓入射角比較小,此時(shí)光能射入空氣中,但折射角比入射角大,然后不斷增大入射角,發(fā)現(xiàn)折射角也逐漸增大,當(dāng)入射角增大到某一值時(shí),此時(shí)光束折射角增大到90°后就消失,剛好發(fā)生全反射.繼續(xù)增大入射角,空氣中依然沒(méi)有折射光線,全反射依然進(jìn)行.通過(guò)這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體會(huì)到全反射發(fā)生的整個(gè)過(guò)程,全反射的條件,全反射的現(xiàn)象.整個(gè)過(guò)程如果光用講述則分析起來(lái)很繁瑣而且學(xué)生很難掌握.用演示實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程還可以每一步都讓學(xué)生參與分析、討論,探究該現(xiàn)象或該過(guò)程發(fā)生的原因,進(jìn)一步體現(xiàn)了教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的師生關(guān)系.

演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中重要的組成部分.通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以指導(dǎo)學(xué)生觀察和分析物理現(xiàn)象,獲得生動(dòng)的感性知識(shí),從而更好地掌握物理概念和規(guī)律;還可以培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力,邏輯思維能力和探索動(dòng)手能力.因此在平時(shí)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)中,要充分優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn),發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的功能,精心設(shè)計(jì)問(wèn)題鏈,合理運(yùn)用多媒體輔助教學(xué),引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究,讓學(xué)生在甄別、思考中得出正確的結(jié)論,使課堂教學(xué)更有“物理味”.(收稿日期:2010-01-06)