非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)演示

王中元

(湖北師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石 435002)

物理演示實(shí)驗(yàn)主要是一些隨堂進(jìn)行的定性或半定量的實(shí)驗(yàn)，它在培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、增強(qiáng)操作能力、訓(xùn)練良好的科學(xué)習(xí)慣和科學(xué)品質(zhì)等許多方面都起著非常重要的作用。由于物理學(xué)在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用，從而使物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)資源具有廣泛性。在物理教學(xué)中充分利用豐富的非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，有效地進(jìn)行物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這對(duì)學(xué)生直觀、有效地進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握物理知識(shí)等方面具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的概念

物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、重要方法和重要手段。從物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的角度來(lái)看，物理實(shí)驗(yàn)可分為常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)和非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)。常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)是指利用成套的學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)器材，根據(jù)一定的目的控制相關(guān)條件進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，它通常是利用儀器廠專門正規(guī)生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備，在使用這類儀器時(shí)必須遵守嚴(yán)格、規(guī)范、有序的操作步驟，突出其實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性、整體性。非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)是利用非成套的學(xué)校實(shí)驗(yàn)室之外的實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，通常是利用學(xué)生所熟悉的在日常生活中易得物品、材料、器具、人體或人體局部以及包含物理原理的玩具等器材或運(yùn)用這些資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)的一類實(shí)驗(yàn)，它具有簡(jiǎn)易性、趣味性、自創(chuàng)性、親近性、經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)。

2 非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示的特點(diǎn)

非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)是一種重要的物理課程資源，也是一種有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用的經(jīng)濟(jì)型的不可忽視的實(shí)驗(yàn)資源。運(yùn)用非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)演示，對(duì)幫助學(xué)生理解與掌握物理知識(shí)和提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰哂兄匾淖饔?，從教學(xué)資源的來(lái)源、演示過(guò)程和操作時(shí)空等方面來(lái)看，它相對(duì)于運(yùn)用常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，主要具有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)。

2．1 材料簡(jiǎn)便易得、親近感強(qiáng)，演示的內(nèi)容豐富

物理學(xué)是一門應(yīng)用非常廣泛的自然科學(xué)，在我們的日常生活中處處都充滿物理知識(shí)，物理知識(shí)融于物品和材料之中，在人為干預(yù)或進(jìn)行挖掘的情況下可以通過(guò)相應(yīng)的器材將物理現(xiàn)象、物理過(guò)程、物理原理更好地顯現(xiàn)出來(lái)。因此，在自然界和生產(chǎn)應(yīng)用中的一些材料，家庭、學(xué)校、社會(huì)生活中的各類物品、器具、材料都是我們非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的儀器，廢舊物品、隨處可見(jiàn)的邊角材料以及人體都是我們非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)資源。通過(guò)運(yùn)用在生活中經(jīng)常使用或身邊隨處可見(jiàn)的材料和物品來(lái)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)演示，運(yùn)用于物理教學(xué)環(huán)境之中，呈現(xiàn)物理現(xiàn)象或物理過(guò)程，非常貼近生活，貼近社會(huì)，使學(xué)生感到非常親近、真實(shí)、可靠，易于接受，也使學(xué)生親身體會(huì)到從物理走向生活，從生活走向物理的樂(lè)趣，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于演示物理實(shí)驗(yàn)材料簡(jiǎn)便易得，豐富多彩，涉及到的物理內(nèi)容非常廣泛，為進(jìn)行非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示提供了豐富的教學(xué)資源。

2．2 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，步驟靈活，演示的操作性強(qiáng)

由于非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的材料和物品容易獲得，生活化與手工化的隨處可見(jiàn)的器材結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，涉及到的實(shí)驗(yàn)方案、原理、步驟一般不是很復(fù)雜，便于演示操作。把其它用途的生活材料或物品、手邊材料或物品、廢舊材料或物品、兒童玩具以及自身人體作為非常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)置于物理教學(xué)環(huán)境之中，教學(xué)演示的內(nèi)容豐富、形式多樣，實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單、靈活、便捷、有趣，演示物理實(shí)驗(yàn)的操作性強(qiáng)。

2．3 突破時(shí)間和空間的限制，演示的范圍大

在日常生活和各種環(huán)境中的種類繁多且容易得到的非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的材料，為我們突破時(shí)空限制、實(shí)施多種形式的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了豐富、便利的條件。演示實(shí)驗(yàn)可以結(jié)合教學(xué)內(nèi)容在課堂教學(xué)中開(kāi)展，也可以根據(jù)需要在課外活動(dòng)中進(jìn)行。既可以在室內(nèi)演示或家庭中的學(xué)生之間的相互演示與探究，也可以在室外進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察與演示?？傊?，我們可以根據(jù)現(xiàn)有的多方面的實(shí)驗(yàn)條件，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況和教學(xué)的需要，突破時(shí)間和場(chǎng)地的限制，進(jìn)行多種物理實(shí)驗(yàn)的演示。

3 非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)演示

物理演示實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中永不過(guò)時(shí)的一種重要方法和重要手段，為系統(tǒng)地向?qū)W生展示物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，再現(xiàn)重要的物理現(xiàn)象，幫助學(xué)生理解與掌握物理知識(shí)具有重要的作用。由于非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的材料易得，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，又可突破時(shí)空限制，它是進(jìn)行物理演示實(shí)驗(yàn)不可忽視的重要的教學(xué)資源，在教學(xué)中必須進(jìn)行恰當(dāng)選取和充分的利用。

3．1 非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的直接演示

非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的直接演示就是利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室之外的生活材料、物品、器具和自然環(huán)境資源以及研發(fā)自制的實(shí)驗(yàn)器具開(kāi)展的物理實(shí)驗(yàn)演示活動(dòng)。物理演示實(shí)驗(yàn)是教學(xué)中不可缺少的重要教學(xué)內(nèi)容，但教學(xué)演示的成效并不完全取決于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的多少和條件的優(yōu)劣，在一定程度上取決于物理教師是否恰當(dāng)?shù)剡x取實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作演示的過(guò)程和教學(xué)講授的技巧。有很多教師對(duì)非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)演示的教學(xué)認(rèn)識(shí)不足，只重視運(yùn)用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室專門的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，忽視非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的操作演示，甚至出現(xiàn)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中存在相關(guān)的儀器時(shí)就用來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)演示，實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有相關(guān)的儀器時(shí)就不進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)演示。由于物理學(xué)是與日常生活和生產(chǎn)應(yīng)用聯(lián)系非常緊密的科學(xué)，他在實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛，在人們生活環(huán)境中的一些材料乃至人體自身都是物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源。通過(guò)非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的直接演示，呈現(xiàn)相關(guān)的一些物理現(xiàn)象或物理過(guò)程，反映出物理規(guī)律，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理知識(shí)意義的建構(gòu)，讓學(xué)生體驗(yàn)和感受物理學(xué)在實(shí)際中的應(yīng)用，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的物理情感，提高學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的效果，幫助學(xué)生理解知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生形成技能。例如，用圖釘或一頭尖一頭平的鉛筆演示固體的壓強(qiáng)，用氣球摩擦帶電來(lái)演示靜電系列內(nèi)容，用開(kāi)水瓶演示真空不能傳播聲音等實(shí)驗(yàn)。美國(guó)心理學(xué)家布魯姆說(shuō)：“學(xué)習(xí)最大的動(dòng)力是對(duì)學(xué)習(xí)材料的興趣。”有不少非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)，新穎有趣，對(duì)學(xué)生的吸引力大，更能提高學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)情感。如用兩本書(shū)內(nèi)紙張交錯(cuò)疊在一起，讓兩個(gè)力氣大的男生來(lái)拉，卻無(wú)法把它們拉開(kāi)，可以通過(guò)這種演示實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行摩擦力教學(xué)的導(dǎo)入。學(xué)生對(duì)靜摩擦力方向的判斷總感到困難，老師可以在上課時(shí)手持一把毛刷，讓毛刷在桌上要?jiǎng)拥植粍?dòng)的情況下，引導(dǎo)學(xué)生觀察刷毛的形變方向，利用這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)演示方法就可以比較形象地幫助學(xué)生理解靜摩擦力的方向。也可將日常使用的塑料包裝帶撕成很小的細(xì)塑料絲，用手與細(xì)塑料絲之間的摩擦來(lái)演示摩擦帶電和電荷間的相互作用，實(shí)驗(yàn)演示的效果好，學(xué)生觀察的興趣濃。

玩具是在日常生活中非常常見(jiàn)的也是深受學(xué)生們喜愛(ài)的一類型物品，有許多是利用物理原理制成的，它也是我們進(jìn)行非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)演示的資源。如在講液體的蒸發(fā)與氣體的液化時(shí)，我們可以通過(guò)演示飲水鳥(niǎo)玩具的飲水過(guò)程，也就是在飲水鳥(niǎo)面前放一杯水，它就會(huì)俯下身去，把嘴浸入水中“喝”一口，然后直立起來(lái)。可是剛直立一會(huì)兒又會(huì)俯下身去“喝”一口，然后再次直立起來(lái)。飲水鳥(niǎo)就這樣不停地點(diǎn)頭“喝”水，猶如一臺(tái)永動(dòng)機(jī)，十分神奇。我們可以通過(guò)這種方式展現(xiàn)新奇的物理現(xiàn)象，充分利用學(xué)生的好奇心和認(rèn)知?jiǎng)訖C(jī)來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲，提高教學(xué)效果。

3．2 非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的組合與制作演示

物理實(shí)驗(yàn)的組合與制作演示是現(xiàn)代物理教學(xué)的需要，提倡使用身邊隨手可得的普通物品做物理實(shí)驗(yàn)也是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。一名優(yōu)秀的物理教師不僅要具有嫻熟的實(shí)驗(yàn)技能、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作、正確運(yùn)用實(shí)驗(yàn)開(kāi)展演示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且要能夠組合、設(shè)計(jì)、制作與創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)的能力，物理實(shí)驗(yàn)的組合、設(shè)計(jì)與動(dòng)手制作演示是一名物理教師能力體現(xiàn)的重要方面之一，同時(shí)動(dòng)手制作物理演示實(shí)驗(yàn)儀器也是解決儀器不足的有效途徑之一。著名物理教育家朱正元教授曾極力提倡“要壇壇罐罐當(dāng)儀器，拼拼湊湊做實(shí)驗(yàn)”，正是非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)組合與制作理念的具體體現(xiàn)。也可以鼓勵(lì)與指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手制作、組合與改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)儀器，讓學(xué)生深入地學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的有關(guān)理論和方法、探究相關(guān)物理問(wèn)題，提高物理實(shí)驗(yàn)和技能，進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、制作的興趣和熱情，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。由于有很多是生活中容易獲得的材料，組合、設(shè)計(jì)與制作的儀器一般的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)裝置易制易修，在操作與演示時(shí)身心放松，使學(xué)生感覺(jué)到親近、自然、真實(shí)，可接受性強(qiáng)，也可體現(xiàn)出教師教學(xué)的個(gè)性和自創(chuàng)性，對(duì)學(xué)生具有啟發(fā)與示范作用。如在講浮力方面的內(nèi)容時(shí)，可以自己用可口可樂(lè)瓶制作“浮沉子”來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。

3．3 非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)與常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)合演示

從物理演示實(shí)驗(yàn)資源的利用等方面來(lái)看，物理演示實(shí)驗(yàn)可分為常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)和非常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)，常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)是大家非常熟悉和非常重視的一類實(shí)驗(yàn)資源，但非常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)往往被大家所忽視。由于常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)儀器的局限性，在物理教學(xué)中既要重視常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的演示，也必須重視非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的演示，同時(shí)也必須重視常規(guī)和非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，對(duì)于具體結(jié)合的實(shí)驗(yàn)演示方式和方法還要取決于物理課程的教學(xué)內(nèi)容以及相關(guān)的資源狀況。常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)與非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合，既是現(xiàn)代物理課程改革與發(fā)展的需要，也是強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)情境的真實(shí)性、實(shí)驗(yàn)情境的生活性，使物理教學(xué)成為實(shí)施情境認(rèn)知的重要途徑之一，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)演示資源的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)主體的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)學(xué)生主體、教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)資源、生活情境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。因此，在物理教學(xué)中必須結(jié)合要講授的教學(xué)內(nèi)容，為完成教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)器材和設(shè)備情況，選擇日常生活與社會(huì)環(huán)境的實(shí)驗(yàn)資源，實(shí)現(xiàn)教學(xué)儀器的協(xié)調(diào)組合、資源滲透、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，形成一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的資源體系，進(jìn)一步增強(qiáng)教學(xué)的直觀性，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)整體演示的最大教學(xué)功能，幫助學(xué)生理解知識(shí)。如運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室中平行板電容演示器的器材與日常生活包裝用的廢棄的泡沐和塑料薄膜結(jié)合起來(lái)演示“靜電飛花”實(shí)驗(yàn)，呈現(xiàn)出學(xué)生預(yù)料之外的新奇現(xiàn)象，更好地吸引學(xué)生，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3．4 在自然、生產(chǎn)和生活中的非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)演示

物理學(xué)是一門重要的自然科學(xué)，也是一門在生產(chǎn)和生活中應(yīng)用非常廣泛的科學(xué)，因此，在自然界、生產(chǎn)和日常生活中存在著許多物理方面的知識(shí)，這也是我們進(jìn)行非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)演示的不可忽視的資源。通過(guò)在自然、生產(chǎn)和生活中方面的物理實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生有目的地接觸社會(huì)生活環(huán)境，親身體驗(yàn)和感受物理學(xué)在實(shí)際中運(yùn)用的真實(shí)物理情境，使學(xué)生樂(lè)于其中，引導(dǎo)與啟發(fā)學(xué)生分析所含的物理知識(shí)，理解一些內(nèi)含的物理原理，體現(xiàn)物理學(xué)科的“STS”教育，有利于培養(yǎng)學(xué)生的生活情感和科學(xué)情感。如結(jié)合在茂密樹(shù)林的地面上出現(xiàn)光斑的自然現(xiàn)象演示“小孔成像”實(shí)驗(yàn)，可以利用日常生活中的收音機(jī)和手機(jī)演示與探究屏蔽現(xiàn)象，通過(guò)接觸真實(shí)的自然、生產(chǎn)和生活環(huán)境，能有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，促進(jìn)學(xué)生的態(tài)度、情感和價(jià)值觀的形成與發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，盡管有一些物理演示實(shí)驗(yàn)儀器越來(lái)越先進(jìn)，科技含量越來(lái)越高，但非常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)仍然具有常規(guī)物理演示實(shí)驗(yàn)不可替代的作用，是進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)重要的課程資源。

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