高師學(xué)生開發(fā)中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的價(jià)值

王 震 顧岱泉

（遼寧師范大學(xué)，遼寧 大連 116029）

1、高師學(xué)生與中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

在中學(xué)物理教學(xué)中有利于物理教學(xué)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的所有因素，都稱為教學(xué)資源，例如教科書、教師和學(xué)生的教學(xué)用書、物理演示實(shí)驗(yàn)、錄像帶、視聽光盤、互聯(lián)網(wǎng)、圖書館、博物館、工廠、農(nóng)村和商場等。多樣化的教學(xué)資源豐富了中學(xué)物理教學(xué)的內(nèi)容，同時(shí)也影響著物理教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的程度。

物理演示實(shí)驗(yàn)是中學(xué)物理教學(xué)方法的一種體現(xiàn)，又是中學(xué)物理教學(xué)資源中重要的組成部分。演示實(shí)驗(yàn)作為物理教學(xué)資源，有其自身的特征和教學(xué)價(jià)值，使得它在中學(xué)物理課堂教學(xué)中起著不可替代的作用。演示實(shí)驗(yàn)突出要研究的物理過程，注重分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，形象、直觀的演示又讓學(xué)生更容易理解物理概念和物理規(guī)律，學(xué)生的觀察能力、分析能力和歸納能力都會得到發(fā)展。同時(shí)演示實(shí)驗(yàn)生動的演示過程，出乎意料的結(jié)果，與學(xué)生認(rèn)知上的沖突，都極大地引起著學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，激發(fā)學(xué)生求知的欲望。

高師學(xué)生作為未來的物理教師，有必要對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的價(jià)值有一個(gè)深刻的認(rèn)識，并嘗試去研制和開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，更好地豐富中學(xué)物理教學(xué)資源的同時(shí)，也提高了高師學(xué)生從師的專業(yè)素養(yǎng)。

2、物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開發(fā)的價(jià)值

所謂價(jià)值，就是客體與主體需要之間的一種特定（肯定或否定）的關(guān)系[1]?？腕w是價(jià)值存在的前提，客體對主體是否有價(jià)值，價(jià)值的大小，取決于客體是否能滿足主體的需要，滿足了主體的需要，客體就有了價(jià)值。教學(xué)資源的開發(fā)作為我們研究的客體，它是否有價(jià)值及價(jià)值的大小，歸根結(jié)底要看對客體，即對師范學(xué)生需要的滿足程度如何。如果教學(xué)資源的開發(fā)能夠滿足高師學(xué)生專業(yè)發(fā)展的需要，它就是有價(jià)值的。

2.1 滿足高師學(xué)生專業(yè)發(fā)展的需要

中學(xué)物理教學(xué)已經(jīng)明確地對教師提出：“教師要選擇與學(xué)生生活聯(lián)系密切的素材用于教學(xué)。課堂教學(xué)中，教師可以使用可樂瓶、易拉罐、飲料吸管、膠帶紙等生活中的常見物品來做物理實(shí)驗(yàn)。學(xué)生的課后作業(yè)也應(yīng)該因地制宜地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注周圍的生活，例如游樂場中的物理，車站、碼頭上的物理，超級市場中的物理等。把這些與學(xué)生的生活密切相關(guān)的事物引入物理課，就會增加學(xué)生對物理課的親切感?！庇纱丝梢?，中學(xué)物理教學(xué)過程需要有利于教師教學(xué)和有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的物理教學(xué)資源，有了實(shí)際的需要，教學(xué)資源也就具有了自身的價(jià)值。

作為一名師范學(xué)生，入職前的大學(xué)學(xué)習(xí)不斷地滿足學(xué)生的專業(yè)發(fā)展需求。學(xué)生專業(yè)素質(zhì)發(fā)展和形成的過程中，教學(xué)資源開發(fā)的價(jià)值已經(jīng)清晰地呈現(xiàn)在學(xué)生的頭腦中。學(xué)生們已經(jīng)認(rèn)識到，物理演示實(shí)驗(yàn)在新課的引入，銜接已有知識與新知識之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生建立物理概念和物理規(guī)律，幫助學(xué)生鞏固所學(xué)的知識，以及應(yīng)用所學(xué)知識解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論等方面都體現(xiàn)著自身的價(jià)值，促進(jìn)著中學(xué)物理課堂教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。高師學(xué)生意識到物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源在中學(xué)物理教學(xué)中發(fā)揮的特殊作用，他們就會有意識地、自主地、多渠道、多方式地開發(fā)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，以滿足自身專業(yè)發(fā)展的需要。

2.2 有利于高師學(xué)生探究精神的養(yǎng)成

高師學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中，往往過于注重對學(xué)科專業(yè)知識和方法的理論學(xué)習(xí)，高校教師也過于注重對理論知識的講授與闡釋，而“探究學(xué)習(xí)方式”在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力與創(chuàng)新精神中所體現(xiàn)出的重要價(jià)值卻被忽視了。未來的物理教師除了對專業(yè)學(xué)科知識和研究方法的學(xué)習(xí)外，還需要親歷探究學(xué)習(xí)，而制作和開發(fā)物理演示實(shí)驗(yàn)資源正是探究學(xué)習(xí)方式在實(shí)踐中的運(yùn)用。

物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開發(fā)的價(jià)值主要在于突出實(shí)踐性特征。高師學(xué)生選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容，構(gòu)思實(shí)驗(yàn)方案，動手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，不斷探究，不斷反思，直至實(shí)驗(yàn)的成功，都需要學(xué)生主動參與。資源開發(fā)的過程中強(qiáng)調(diào)學(xué)生親歷“探究”，學(xué)生們憑借的是課堂上學(xué)到的專業(yè)知識，在探究解決問題的過程中進(jìn)一步增強(qiáng)了對已有知識的理解和運(yùn)用。尤為重要的，學(xué)生在開發(fā)物理實(shí)驗(yàn)資源的實(shí)踐活動中質(zhì)疑問難、實(shí)事求是、不斷改進(jìn)與創(chuàng)新，培養(yǎng)了高師學(xué)生不懈探索的科學(xué)精神。

2.3 物理教學(xué)資源開發(fā)的價(jià)值在于應(yīng)用

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開發(fā)是利用的前提，利用是開發(fā)的目的，在利用的過程中會促進(jìn)更進(jìn)一步的開發(fā)。物理實(shí)驗(yàn)資源開發(fā)的價(jià)值要求高師學(xué)生著眼于現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用，要以是否有利于中學(xué)生的發(fā)展為宗旨，要開發(fā)來自學(xué)生，接近學(xué)生生活，從生活走向物理的資源。開發(fā)出來的實(shí)驗(yàn)資源在課堂運(yùn)用的過程中又能得到進(jìn)一步的改進(jìn)，資源的教學(xué)價(jià)值就會不斷地被挖掘出來，提高中學(xué)物理課堂的教學(xué)效果。比如，高師學(xué)生自制了物理實(shí)驗(yàn)儀器，并把它應(yīng)用到了實(shí)際的物理課堂教學(xué)中，教師在教學(xué)中又可以不斷地完善和改進(jìn)儀器，更好地發(fā)揮出實(shí)驗(yàn)資源在教學(xué)上起到的價(jià)值。

3、開發(fā)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源需要注意的問題

為了更好地開發(fā)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，需要高師學(xué)生在自制、研究物理實(shí)驗(yàn)資源的過程中，注意一些問題。

3.1 有效利用實(shí)驗(yàn)室資源

高校的物理實(shí)驗(yàn)室資源是物理教學(xué)資源中最重要的資源之一。學(xué)校和教師應(yīng)該提供給學(xué)生研究和開發(fā)教學(xué)資源的環(huán)境，積極鼓勵學(xué)生，讓學(xué)生能夠有機(jī)會進(jìn)行自主探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。教師鼓勵學(xué)生最大限度地利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的器材，鼓勵學(xué)生就地取材，盡量使用校內(nèi)和本地資源，充分挖掘每個(gè)儀器的實(shí)驗(yàn)功能，對已有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)或設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)，使資源發(fā)揮最大的作用。教師還要鼓勵學(xué)生盡可能開發(fā)出對當(dāng)前教學(xué)有現(xiàn)實(shí)意義的演示儀器，因此學(xué)生要有明確的設(shè)計(jì)目的，設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容要有緊密的關(guān)聯(lián)，促進(jìn)中學(xué)生對知識內(nèi)容的理解。

以筆者學(xué)校物理學(xué)院為例，演示實(shí)驗(yàn)室面積近600平方米，實(shí)驗(yàn)館分力熱實(shí)驗(yàn)館、電學(xué)實(shí)驗(yàn)館、光原實(shí)驗(yàn)館和教具制作室等，其中學(xué)生開發(fā)和研制的中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)儀器近300多件，實(shí)驗(yàn)館為師范生開發(fā)物理演示實(shí)驗(yàn)資源提供了研究場所

3.2 利用身邊日常器具自制儀器

高師學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所需要的器具不僅局限于實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，還應(yīng)該利用日常器具做實(shí)驗(yàn)，學(xué)生身邊的物品和器具也是重要的實(shí)驗(yàn)室資源。人們在教學(xué)實(shí)踐中早就發(fā)現(xiàn)，使用生活物品、廢舊材料、毛邊材料、人體或人體局部、兒童玩具等做物理實(shí)驗(yàn)，可給學(xué)生親近感和成就感，調(diào)動學(xué)習(xí)參與的主動性和積極性，有利于促進(jìn)學(xué)生手腦并用，實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的提高。為此一些研究者提出了非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)，是指主要利用學(xué)生熟悉的生活易得物品、材料、器具、人體或人體局部以及兒童玩具等開發(fā)進(jìn)行的一類體現(xiàn)自創(chuàng)性、體驗(yàn)性、趣味性、簡易性、生活化的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動。這類非常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)的材料易得，貼近生活、親近感強(qiáng)、新奇有趣，還體現(xiàn)了學(xué)生的自創(chuàng)性。教師要鼓勵高師學(xué)生利用身邊日常器具開發(fā)物理演示實(shí)驗(yàn)資源。

3.3 符合自然界發(fā)展的客觀規(guī)律，符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律

高師學(xué)生開發(fā)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源本身必須符合自然界發(fā)展的客觀規(guī)律，要建立在科學(xué)事實(shí)基礎(chǔ)上，堅(jiān)決將偽科學(xué)的知識排除在物理資源之外。在自制和研究實(shí)驗(yàn)儀器的過程中，高師學(xué)生還要考慮到中學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，過于簡單或過于深奧的資源都不利于物理學(xué)習(xí)，開發(fā)的實(shí)驗(yàn)儀器要促進(jìn)中學(xué)生對物理知識的學(xué)習(xí)與理解，而不是高深莫測。實(shí)驗(yàn)儀器自制的過程中，還要收集學(xué)生在學(xué)習(xí)中遇到的問題、有困惑的地方、常犯的錯(cuò)誤，將這些反映在演示實(shí)驗(yàn)的過程中，體現(xiàn)以人為本的教學(xué)資源開發(fā)的理念。

4、高師學(xué)生開發(fā)的物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

教學(xué)資源開發(fā)的過程中，高師學(xué)生作為未來教學(xué)資源的主要研制者，在教師的指導(dǎo)下，利用實(shí)驗(yàn)室里豐富的實(shí)驗(yàn)器材和材料，制作實(shí)驗(yàn)裝置，改進(jìn)已有實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)等探究活動，既加深了對物理專業(yè)知識的理解與應(yīng)用，同時(shí)也使他們具備了開發(fā)物理教學(xué)資源的意識與行動。

筆者以遼寧師范大學(xué)本科學(xué)生開發(fā)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源為例，體會師范生在開發(fā)教學(xué)資源中所起到的價(jià)值。

4.1 對已有實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改造，設(shè)計(jì)具有創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，使具有重要意義的物理現(xiàn)象清晰地重現(xiàn)

圖1

觀察布朗運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)(圖 1)：實(shí)驗(yàn)演示器材有顯微鏡、蓋玻片、載玻片、無趨攝像頭、藤黃等。以往的中學(xué)教學(xué)，教師讓學(xué)生分組通過顯微鏡觀察布朗運(yùn)動，但是不便于集體教學(xué)。如果不通過顯微鏡，布朗運(yùn)動又無法通過肉眼直接觀察到，教師一般又采用視頻動畫代替觀察實(shí)驗(yàn)，但動畫在學(xué)生的面前又顯得缺少說服力。

從教學(xué)的效果和學(xué)生的感受上考慮，高師學(xué)生提出了新的設(shè)計(jì)方案，將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)無趨攝像頭安裝在顯微鏡目鏡的上面，依托多媒體教室的大屏幕來觀察布朗運(yùn)動。教師先調(diào)節(jié)顯微鏡，使物鏡與載物臺的距離在兩毫米左右，通過目鏡觀察到清晰的布朗運(yùn)動。然后將攝像機(jī)的鏡頭與顯微鏡的目鏡相對，通過大屏幕呈現(xiàn)圖像情況，調(diào)節(jié)攝像頭位置，直到圖像清晰。此時(shí)多媒體大屏幕上顯示的內(nèi)容就與人眼通過目鏡觀察到的現(xiàn)象完全相同。全體學(xué)生就可以通過大屏幕直觀地觀察到布朗運(yùn)動，歸納總結(jié)出布朗運(yùn)動的特征。高師學(xué)生一個(gè)創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，給教學(xué)帶來了意想不到的效果。

4.2 利用廉價(jià)的生活物品，自制實(shí)驗(yàn)儀器，使難于解釋的物理現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因顯而易見地呈現(xiàn)

浮力產(chǎn)生的原因演示實(shí)驗(yàn)(圖 2)：實(shí)驗(yàn)教具是一個(gè)透明的正方體（邊長是12cm），上下左右四個(gè)面各挖一個(gè)圓洞，洞的直徑是10cm，四個(gè)洞分別蒙上薄的橡皮膜，膜要粘牢，不能漏水。為了便于觀察，橡皮膜上可以用鮮艷的顏色寫上字或畫上圖案。制作好后，把正方體完全壓入水中，觀察薄膜的變化。學(xué)生會清晰地看到各個(gè)面的薄膜都向內(nèi)凹了，左右兩側(cè)薄膜的凹陷程度一樣，而上下表面薄膜的凹陷程度不同，下表面的凹陷程度明顯地大于上表面。在觀察的基礎(chǔ)上，教師的引導(dǎo)學(xué)生得出正方體左右兩側(cè)薄膜受到水的壓力相同，而上下表面薄膜受到水的壓力不同，即正方體上下表面存在壓力差。學(xué)生們由演示實(shí)驗(yàn)得出浮力產(chǎn)生的原因，是因?yàn)橐后w對物體有向上和向下的壓力差。一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)儀器，使得浮力產(chǎn)生的原因，清晰地展現(xiàn)在了學(xué)生面前。

圖2

4.3 利用分量懸殊的生活物品組合成實(shí)驗(yàn)儀器，刺激學(xué)生的感官，引起觀察的興趣

測量大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器(圖 3)：實(shí)驗(yàn)教具有A形鐵架臺、試管夾兩個(gè)、20m l玻璃注射器一個(gè)、鉤碼若干、1kg秤砣若干、砝碼若干、塑料帽一個(gè)和凡士林溶液。首先把試管夾固定在鐵架臺上，將注射器夾住，由于試管夾與注射器之間需要較大摩擦力，所以在試管夾上套上乳膠管，并且擰緊試管夾。在注射器未堵孔時(shí)，測摩擦力。方法是在活塞下方懸掛鉤碼，待活塞開始勻速運(yùn)動記錄鉤碼質(zhì)量。對活塞進(jìn)行受力分析，得摩擦力f=G1+G0，f是活塞與注射器壁間的摩擦力，G1是未堵孔活塞懸掛的鉤碼重力，

圖三

G0是活塞自身的重力。之后將注射器孔堵住，測大氣壓強(qiáng)。注射器的孔是用塑料帽堵住（為了使孔堵住后，活塞上方接近真空，先用注射器吸取一定的凡士林溶液，并將其推置頂端，排除空氣，同時(shí)減小了活塞與注射器壁間的摩擦力），懸掛秤砣和砝碼，待活塞勻速運(yùn)動時(shí)，記秤砣和砝碼的總重力 G2=(1×2+0.4×2+0.2×2+0.05×1+0.02×1)×9.8N

對活塞進(jìn)行受力分析

f+F=G2+G0，

推導(dǎo)出 P=(G2-G1)/S，S=V/L，

注射器截面積S=20×10-6m3，注射器刻度長L=6×10-2m），求出大氣壓強(qiáng)的數(shù)值（p=0.953×105pa）。測量值幾乎接近標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)的數(shù)值。實(shí)驗(yàn)中利用了醫(yī)用的注射器，使用了較重的秤砣來拉動輕小的注射器，這一重一輕、一大一小的物品會刺激到學(xué)生的感官，喚起學(xué)生觀察的興趣，并且測量值和真實(shí)大氣壓強(qiáng)值接近，讓學(xué)生感受到實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，感受到了探究的快樂。

高師學(xué)生利用熟悉、價(jià)廉的生活物品，改進(jìn)、自制物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，使物理現(xiàn)象新奇、有趣地呈現(xiàn)在課堂中，增加了學(xué)生們對物理課的親切感，提高了學(xué)習(xí)的效果。

因此，作為未來的物理教師要不斷地探索教學(xué)資源開發(fā)的有效途徑，使學(xué)生們在學(xué)習(xí)物理的過程中活潑、健康地成長。

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