淺析如何利用演示實(shí)驗(yàn)提高高中物理教學(xué)有效性

陳學(xué)紅

（安徽省廬江第二中學(xué)，安徽 合肥 231500）

0 引言

物理屬于自然學(xué)科的范疇，是以自然事象為研究對象，揭示物體運(yùn)動(dòng)、變化規(guī)律的學(xué)科，擁有復(fù)雜的知識體系，對高中生的抽象思維能力、物理觀念等提出較高標(biāo)準(zhǔn)。因物理知識復(fù)雜、抽象，所以高中生在學(xué)習(xí)過程中很容易出現(xiàn)畏難情緒。這就需要教師利用演示實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)的方式為學(xué)生解釋物理現(xiàn)象、解釋物理規(guī)律、解析物理問題，助推學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展?，F(xiàn)階段，高中物理教師對演示實(shí)驗(yàn)的重視程度明顯提高，但在演示實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用中依然存在演示實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)，弱化演示實(shí)驗(yàn)功能等問題。因此，如何發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，利用演示實(shí)驗(yàn)以提高物理教學(xué)的有效性，已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的研究課題。

1 演示實(shí)驗(yàn)及其在高中物理教學(xué)中的作用

演示實(shí)驗(yàn)是指以實(shí)驗(yàn)為基本方式，用以解析物理現(xiàn)象、解釋物理問題、解析物理規(guī)律的直觀教學(xué)方法。物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，但受到器材、時(shí)間的限制，以及一部分實(shí)驗(yàn)在操作中具有一定危險(xiǎn)性，所以在物理教學(xué)中需要利用演示實(shí)驗(yàn)以突破教學(xué)難點(diǎn)，幫助學(xué)生理解物理知識。綜合而言，物理實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的作用主要體現(xiàn)在以下幾大方面：

一是增強(qiáng)物理教學(xué)的直觀性。高中物理課程抽象性較強(qiáng)，部分物理現(xiàn)象隱藏在生活、自然現(xiàn)象之中，需要高中生具備較高的分析理解能力、邏輯思維能力。在高中物理教學(xué)中利用演示實(shí)驗(yàn)，將難以直接觀察的物理現(xiàn)象、抽象性較強(qiáng)的物理概念以及深?yuàn)W的物理規(guī)律等置于演示實(shí)驗(yàn)中，以實(shí)驗(yàn)的方式將這些抽象的內(nèi)容直觀化，可以增強(qiáng)物理教學(xué)的直觀性，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，以此提高物理教學(xué)的有效性。

二是活躍物理教學(xué)氛圍。演示實(shí)驗(yàn)不僅具有揭示物理規(guī)律、呈現(xiàn)物理現(xiàn)象的作用，而且可以活躍氛圍、增強(qiáng)物理教學(xué)的趣味性。在教學(xué)中教師靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，幫助學(xué)生化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)，引發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)原理的熱烈探討，都可以讓物理教學(xué)氛圍更加活躍。

三是激活學(xué)生的思維。演示實(shí)驗(yàn)具有引導(dǎo)、啟發(fā)的作用。當(dāng)學(xué)生面對復(fù)雜的物理問題時(shí)，教師利用演示實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)科學(xué)家們的實(shí)驗(yàn)探究思路與方法，引導(dǎo)學(xué)生多角度、多層面分析物理問題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解決物理問題，可以發(fā)展學(xué)生的物理學(xué)科思維，提高學(xué)生的思維品質(zhì)。

四是改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式。演示實(shí)驗(yàn)可以將學(xué)生的學(xué)習(xí)方式由被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)。教師改變直接呈現(xiàn)物理概念、物理規(guī)律的教學(xué)方法，利用演示實(shí)驗(yàn)解釋分析物理現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生從中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，有助于改善學(xué)生的學(xué)習(xí)方式[1]。

2 高中物理教學(xué)存在的問題

高中物理教學(xué)存在的問題主要體現(xiàn)在四大方面：一是物理現(xiàn)象難呈現(xiàn)。物理現(xiàn)象是生動(dòng)、鮮活的自然現(xiàn)象，廣泛存在于生活、自然、社會(huì)當(dāng)中。學(xué)生從物理視角出發(fā)觀察、分析物理現(xiàn)象，把握物理現(xiàn)象的關(guān)鍵特征，從表象到本質(zhì)，逐步掌握物理學(xué)科觀念與思想方法。但在高中物理教學(xué)中，一部分物理現(xiàn)象難以直接觀察，加之部分物理現(xiàn)象較為復(fù)雜，導(dǎo)致學(xué)生對物理表象產(chǎn)生模糊、片面的認(rèn)知，不利于學(xué)生理解物理知識，并且會(huì)降低物理教學(xué)的有效性；二是物理概念抽象性較強(qiáng)。在傳統(tǒng)的物理教學(xué)中，教師一般用語言為學(xué)生解釋物理概念，學(xué)生跟隨教師的思路，分析物理概念相關(guān)的語言文字，難以完整經(jīng)歷物理概念的建構(gòu)過程，對物理概念內(nèi)涵的理解停留于表面，難以理解物理概念之間的關(guān)系，難以從對物理概念的感性認(rèn)知躍遷到理性認(rèn)知，不利于學(xué)生掌握物理概念，也會(huì)在概念教學(xué)中浪費(fèi)大量時(shí)間，制約物理教學(xué)效率的提升；三是物理規(guī)律難探索。自然界中物理現(xiàn)象千變?nèi)f化，其變化有規(guī)律可循，探索物理規(guī)律是高中生需要具備的關(guān)鍵能力。當(dāng)前物理教學(xué)中依靠教材內(nèi)的實(shí)驗(yàn)演示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)、相互作用等規(guī)律，學(xué)生面對教材內(nèi)容時(shí)思維不夠活躍，難以對物理現(xiàn)象的規(guī)律進(jìn)行猜想、假設(shè)，缺乏在演示實(shí)驗(yàn)中收集證據(jù)、探究物理規(guī)律的意識與能力；四是解決物理問題難度大。解決物理問題是高中生學(xué)習(xí)物理課程的基本方式，重在通過解決物理問題以積累知識經(jīng)驗(yàn)、形成核心素養(yǎng)。當(dāng)前高中物理教學(xué)中，受到課堂時(shí)間的限制，學(xué)生解決物理問題的機(jī)會(huì)較少，將阻礙學(xué)生解決問題能力與思維能力的發(fā)展，降低物理教學(xué)的有效性[2]。

3 利用演示實(shí)驗(yàn)提高高中物理教學(xué)有效性的方法

3.1 利用演示實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)物理現(xiàn)象

分析物理現(xiàn)象，總結(jié)物理現(xiàn)象的基本特點(diǎn)，對物理表象形成初步認(rèn)知，是高中生學(xué)習(xí)物理課程的起點(diǎn)。在高中物理教學(xué)中，教師可以運(yùn)用信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等模擬一些要求嚴(yán)格、操作復(fù)雜、危險(xiǎn)性較高的物理實(shí)驗(yàn)的條件，呈現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與操作效果，引導(dǎo)學(xué)生從觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中總結(jié)歸納物理現(xiàn)象的特征，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)中的物理原理。同時(shí)指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象聯(lián)想生活中與之相類似的生活想象、自然現(xiàn)象等，促成學(xué)生對物理表象的正確認(rèn)知，帶領(lǐng)學(xué)生從物理表象抵達(dá)物理本質(zhì)，逐步提高物理教學(xué)有效性[3]。例如，《波的衍射》一課教學(xué)中，利用實(shí)驗(yàn)演示物理現(xiàn)象：用單色光入射到雙縫干涉演示儀，形成明暗相間的條紋，請學(xué)生細(xì)致觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并總結(jié)出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的特征。即中央為亮條紋，兩側(cè)為暗條紋，亮條紋的寬度基本相同。接下來用不同單色光進(jìn)行演示，請學(xué)生細(xì)致觀察，調(diào)動(dòng)自己所學(xué)的物理知識，初步分析單色光的波長與條紋間距、亮條紋寬度之間的關(guān)系。利用演示實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生積累感性材料，對物理表象形成正確認(rèn)知，再結(jié)合物理現(xiàn)象解釋分析波的衍射這一物理知識，加深學(xué)生對物理知識的印象。

3.2 利用演示實(shí)驗(yàn)建構(gòu)物理概念

演示實(shí)驗(yàn)是高中物理教學(xué)的重要組成部分，也是高中生建構(gòu)概念的重要途徑。從高中生學(xué)習(xí)概念的客觀規(guī)律來看，高中生的概念建構(gòu)需要經(jīng)歷感知材料、建立表象、抽象概括三大基本環(huán)節(jié)，感知材料與建立表象是建構(gòu)概念的前提條件。演示實(shí)驗(yàn)為高中生感知材料、建立表象提供了有力支撐。因此，在高中物理教學(xué)中，教師可以用演示實(shí)驗(yàn)代替對物理概念定義的直接講解，通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)以幫助學(xué)生積累感性材料，促進(jìn)學(xué)生由感性認(rèn)知轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇哉J(rèn)知，通過對實(shí)驗(yàn)想象的觀察、對實(shí)驗(yàn)證據(jù)的收集以及對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析以逐步建構(gòu)物理概念，促進(jìn)物理教學(xué)有效性的提高。例如在“電勢能”這一物理概念教學(xué)中，考慮到物理概念較為抽象，難以通過視覺觀察以理解電勢能，所以在教學(xué)中利用演示實(shí)驗(yàn)：一對平行金屬板與電子起電機(jī)相連，一個(gè)空心金屬箔球原本靜止在下極板。接通電源后，金屬箔球快速上升并與上極板碰撞。學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與定性分析后會(huì)發(fā)現(xiàn)通電后金屬箔球上升，其動(dòng)能與重力勢能增加。根據(jù)能量守恒定律，一定有其他形式的能轉(zhuǎn)化成了金屬箔球的機(jī)械能。并通過類比重力做功與電場做功，學(xué)生意識到“其他形式的能”與電場中所處位置相關(guān)，以此幫助學(xué)生建構(gòu)“電勢能”概念。

3.3 利用演示實(shí)驗(yàn)探尋物理規(guī)律

解決高中物理教學(xué)中物理規(guī)律難探索的問題，促進(jìn)物理教學(xué)有效性提升的關(guān)鍵在于以實(shí)驗(yàn)的方式演示物質(zhì)的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、不同狀態(tài)下物質(zhì)的相互作用關(guān)系，激活學(xué)生的思維，增強(qiáng)學(xué)生思維的深刻性、敏銳性，引領(lǐng)學(xué)生從紛繁復(fù)雜的物理想象中找出規(guī)律，運(yùn)用物理學(xué)科思想方法以認(rèn)識到物質(zhì)的特點(diǎn)與變化原理。鑒于此，在物理教學(xué)中應(yīng)用演示實(shí)驗(yàn)，需要教師整合實(shí)驗(yàn)資源，以生動(dòng)形象、直觀有趣地演示實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)驗(yàn)探究中，以此提高物理教學(xué)有效性[4]。例如在《自由落體運(yùn)動(dòng)》一課教學(xué)中，播放《牛頓管實(shí)驗(yàn)：世界上最大的真空室》視頻，演示近乎真空的條件下，同時(shí)將羽毛與保齡球從高空中釋放。學(xué)生可以觀察到羽毛與保齡球幾乎同時(shí)落地。實(shí)驗(yàn)視頻結(jié)束后，請學(xué)生從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中探索物理規(guī)律，對羽毛和保齡球進(jìn)行重力分析，并嘗試總結(jié)規(guī)律。以此體現(xiàn)學(xué)生的主體精神，提高物理教學(xué)有效性。

3.4 利用演示實(shí)驗(yàn)解決物理問題

引導(dǎo)學(xué)生自主解決物理問題，是提高物理教學(xué)有效性的途徑之一。在高中物理教學(xué)中，教師可以利用演示實(shí)驗(yàn)展示解決問題的過程，用演示實(shí)驗(yàn)代替對物理問題的講述分析，將解決物理問題的過程劃分為幾個(gè)基本步驟，隨著實(shí)驗(yàn)的深入與分步操作，讓學(xué)生參與到解決物理問題的全過程之中，引發(fā)學(xué)生對物理問題的多維討論、深入探究，指導(dǎo)學(xué)生分析物理問題的成因、影響與解決對策。此種演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法不僅可以發(fā)揮教師對學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的監(jiān)督管理、指導(dǎo)啟發(fā)作用，還能夠體現(xiàn)學(xué)生在物理學(xué)習(xí)活動(dòng)中的主體地位，對于提高物理教學(xué)有效性具有重要價(jià)值。例如在《導(dǎo)體的電阻》一課教學(xué)中，學(xué)生有了初中階段的物理學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，能夠理解用伏安法測量導(dǎo)體電阻的原理。但對于部分實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的認(rèn)知程度較低，不能理解電流表外接與內(nèi)接的區(qū)別以及實(shí)驗(yàn)中的誤差產(chǎn)生原因、此時(shí)教師可以利用演示實(shí)驗(yàn)：分別用內(nèi)接與外接兩種電路測量同一個(gè)大電阻的阻值，測量結(jié)果的較大差距會(huì)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生對物理問題的探索欲。教師順勢開展討論活動(dòng)，請學(xué)生對比兩種電路連接方式，定性分析與定量計(jì)算外接法與內(nèi)接法下的測量誤差，判斷在測量實(shí)驗(yàn)中如何選取內(nèi)接法與外接法。以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生深入思考，發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)激活學(xué)生思維、提高教學(xué)有效性的作用。

4 結(jié)語

演示實(shí)驗(yàn)是一種直觀生動(dòng)的物理教學(xué)方式，重在通過實(shí)驗(yàn)的方法解釋抽象的物理概念、物理規(guī)律，具有增強(qiáng)物理教學(xué)直觀性、活躍物理教學(xué)氛圍、激活學(xué)生思維、改善學(xué)生學(xué)習(xí)方式的作用。在教學(xué)中教師可以利用演示實(shí)驗(yàn)以呈現(xiàn)物理現(xiàn)象，幫助學(xué)生建構(gòu)物理概念，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中探索物理規(guī)律，并鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑問難，解決物理問題。