試論物理演示實驗的教學改革

物理學是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的科學。課堂演示實驗是中學物理實驗教學的重要組成部分，它不僅是建立物理概念和規(guī)律、理解和掌握物理知識不可缺少的環(huán)節(jié)，還能培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、探索精神以及良好的學習方法。也是變應(yīng)試教育為素質(zhì)教育，提高人才科學素質(zhì)的重要手段之一。那么，如何改革物理演示實驗教學以適應(yīng)社會主義市場經(jīng)濟對人才的需要。本文就此談?wù)勛约旱哪w淺體會和作法，與同行們研討。

一、為什么要改革物理演示實驗教學

物理實驗教學，從18世紀德國、法國建立了學校的演示實驗室，教師經(jīng)常用昂貴的儀器演示生動的現(xiàn)象，從此便開始了世界上的物理實驗教學，成為物理教學中重要的教學手段和有效的教學形式。

近年來高考物理試卷對實驗的考查，不僅從學生實驗發(fā)展到演示實驗，而且已從簡單的背誦實驗知識轉(zhuǎn)向考查對實驗的思想、原理、方法的理解上，重在考查學生的實驗能力和綜合分析能力。例如，1993年是用干涉法檢查平面的實驗，1994年是簡諧振動圖象的演示實驗，1995年是光電效應(yīng)演示實驗，1996年是運用靜電計研究平行行板電容器電容量的決定因素，1998年有關(guān)光電效應(yīng)的演示實驗和LC振蕩電路的演示實驗。但是實驗題的得分率都不高，反映了目前在中學物理教學中，實驗教學是一個薄弱的環(huán)節(jié)。許多物理教師都不同地只重視理論的講授和解題能力的培養(yǎng)，而忽視了對學生動手能力的培養(yǎng)。不少學校教學經(jīng)費不足，儀器設(shè)備陳舊簡陋，地方陜小擁擠，嚴重制約了實驗教學的正常開展，對于大綱規(guī)定的實驗，不僅開出率低，而且演示實驗的作用和地位還在低水平下徘徊，使學生實驗動手能力普遍較低。近幾年我國中學生實驗素質(zhì)較差。又如1990～1995年期間，國家教委儀器研究所對一萬余名學生進行實驗能力測試，結(jié)果是我國中小學生實驗動手能力幾乎都不及格。說明了我國中小學生實驗動手能力普遍較差。因此，為了培養(yǎng)學生的實驗技能、觀察能力、思維能力和科學的思維方法，提高他們發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，進一步提高學生學習物理的興趣和愛好，調(diào)動他們的學習積極性，發(fā)揮非智力因素的能動作用，引導他們從小愛科學、學科學，激發(fā)他們樹立敢于攀登科學高峰的雄心壯志，縮小與世界先進國家實驗教學的差距，我們應(yīng)進一步改善實驗條件，改革演示實驗教學，直觀形象地為學生提供感性認識。

二、怎樣改革物理演示實驗教學

1、重視演示實驗教學，加強能力培養(yǎng)。

目前，學生普遍感到物理“難學”，其原因之一就是物理教學中缺乏實驗。而一些經(jīng)濟發(fā)達的國家，他們非常重視物理實驗教學和研究問題的方法，如日本初中物理的課時數(shù)只有75課時，但安排的學生實驗卻有20個，演示實驗有130個，并且絕大多數(shù)都是研究性實驗，基本形成以實驗為中心的課堂體系�？梢�，他們的學生在實驗方面得到訓練和能力培養(yǎng)比我國的學生多得多，他們學生的實驗心理素質(zhì)比我國中學生強。因此，在當前我國中學教育由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)變過程中，我們對物理實驗教學，必須引起高度的重視，為了研究好這些課題，教師必須研究教材中哪些地方學生感到抽象、容易混淆、接受困難，并結(jié)合教學實際，研究解決的方法，努力開發(fā)一些直觀的演示，同時在教學中引進近代物理學的某些思想方法和現(xiàn)代科學的新成就，例如：用激發(fā)演示光的干涉和衍射，用發(fā)光二極管演示電磁感應(yīng)中機械能與電能的相互轉(zhuǎn)化等。在實驗教學中，可在規(guī)定的實驗中，適當增加相關(guān)演示項目，使教學內(nèi)容更加豐富，使學生的眼界更加開闊。例如“分子間作用力”的演示，可在兩只乒乓球間夾上一段彈簧，球的外側(cè)套上橡皮筋，平衡時，引力等于斥力；增大球距時，引力大于斥力；縮小球距時，引力小于斥力。這樣不僅培養(yǎng)學生對物理的學習興趣，更多地拓寬學生視野豐富他們的想象，而且能有效地提高了學生的觀察能力、分析問題和解決問題的能力。

2、在演示實驗中增加學生的參與。

演示實驗是教師利用課堂時間為學生演示，在操作的同時又引導學生對實驗進行觀察、思考和分析的一種物理實驗教學方式。傳統(tǒng)的課堂教學，演示實驗通常教師演示，學生看，但是很多實驗學生根本看不清，特別是后邊的學生。不同程度的限制和阻礙了學生智能和潛能的發(fā)展，直接影響學生實驗心理素質(zhì)的提高。因此，在演示實驗中，應(yīng)積極引導學生觀察、猜想、分析、歸納總結(jié)，甚至在實驗操作上讓學生積極參與，讓學生充分了解實驗的內(nèi)容，多次重復，加深印象，鞏固記憶。例如：在“楞次定律”一節(jié)的教學中，筆者變原來的課堂演示實驗為邊做邊講實驗，每兩位學生發(fā)一套實驗器材（干電池、電流表、原線圈、條形磁鐵、導線），實驗中讓學生首先觀察電流方向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系，再觀察原線圈的電流方向與磁鐵運動方向的關(guān)系，把直觀的材料作為培養(yǎng)學生知覺、觀察力的材料，引導學生仔細、準確地進行觀察，然后引導學生討論、研究、對比、總結(jié)出感生電流所引起的磁場方向與磁鐵運動方向的關(guān)系，最后訓練學生用科學的語言描述，并解釋所觀察到的現(xiàn)象，從而順理成章地寫出楞次定律�？梢姡�演示實驗在教師指導下讓學生參與，不僅有顯示學生實驗技能的機會，又能得到科學方法的訓練及能力的培養(yǎng)，加深理解和掌握物理概念和規(guī)律，同時可領(lǐng)略物理學的思想，培養(yǎng)科學態(tài)度和科學方法。

3、變驗證性實驗為探索性實驗。

中學物理課堂演示實驗可分為驗證性實驗和探索性實驗，而大部分是驗證性實驗。驗證性實驗是對知識的正確與否加以驗證，鞏固和加深對基本規(guī)律和基本原理的認識。但是，對學生在學習物理的科學方法和科學態(tài)度方面不能得到鍛煉，也不利于培養(yǎng)學生主動探索物理規(guī)律的能力，而探索性實驗對培養(yǎng)學生思維能力、創(chuàng)造能力、自學能力、觀察實驗能力及解決實際問題的能力有獨到的作用。正如愛因斯坦所說：“對真理的探索比占有更加寶貴”。

因此，在教學中可把一些驗證性的實驗變?yōu)樘剿餍缘膶嶒�。在實驗教學中，要盡量再現(xiàn)實驗的設(shè)計過程，多讓學生想想：“為什么要這樣做？”“換種方法行不行？”以此滲透物理思想，啟迪學生思路。例如在“牛頓第二定律”一節(jié)的教學中，筆者將這個驗證性實驗變?yōu)樘剿餍詫嶒�。其研究方法：①邊學邊做實驗：首先讓學生按照自己設(shè)計好的實驗方案做實驗，使學生從實驗中初步認識物體的加速度a與物體的質(zhì)量m及它所受外力F有關(guān)。然后，筆者再演示課本上的實驗，規(guī)范操作，這樣，不僅使學生掌握科學的實驗方法，而且讓學生觀察實驗過程，注意發(fā)現(xiàn)研究對象引起變化的原因和條件以及在實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，使學生對a和F、m的關(guān)系獲得感知。②探索知識：指導學生對問題進行具體研究，處理實驗數(shù)據(jù)、列表、畫出a－F、a－1／m的圖象。③歸納總結(jié)：師生共同分析、歸納、總結(jié)出牛頓第二定律。這樣，讓學生用實驗探索和理論探研兩種方法自我進行推證，在推證過程中學生就自然而然地對核定的研究對象、成立條件、使用范圍、注意事項搞得一清二楚。讓學生由學知識變?yōu)橹鲃犹剿髯匀灰?guī)律，對知識學得更扎實更牢固，同時使學生受到科學方法的熏陶。

4、合理運用多媒體，優(yōu)化演示實驗教學。

利用常用儀器、教具進行演示是一種最基本的手段，而利用多媒體教學，是教學現(xiàn)代化的重要標志，是教學改革的重要組成部分。因為多媒體教學是指在教學過程中運用系統(tǒng)科學的觀察和方法，組織多媒體信息，形成合理的教學結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)教學優(yōu)化，使學生真正體會到物理學科的學習方法，提高學生觀察及分析問題的能力。如應(yīng)用多媒體展示課堂實驗無法演示的宏觀的、微觀的、極快的、極慢的物理過程，從而突破時間以及空間的束縛，進行逼真的模擬，靈活地放大或縮小物理場景，將物理過程生動形象地展現(xiàn)于學生眼前，使學生認識加強，理解透徹。例如，對于“LC電磁振蕩電路”的振蕩過程分析，筆者應(yīng)用電子計算機的動畫功能，展現(xiàn)了隨著電容充放電的進行，LC回路中的電場能和磁場能之間的周期性變化，振蕩電路的大小和方向變化的全過程，安全逼真，激發(fā)學生學習興趣，使學生在學習過程中保持精力高度集中，思維高度活躍，求知欲高度旺盛的狀態(tài)。對于可見度小，不易觀察，且只能水平演示、觀察的內(nèi)容，例如水波的干涉、衍射現(xiàn)象，用發(fā)波水槽借助投影儀演示，既起放大作用，又使其有動感，使學生看到清晰的干涉條紋，對學生腦子里形成正確概念有極大的幫助。但是還有部分同學對波的疊加原理難以理解，又缺乏想象力，為此筆者又用計算機模擬制作了一條直線上兩傳播方向相反的兩列波的疊加，可十分形象直觀地表現(xiàn)波的疊加，學生也容易理解，并取得了良好的效果。

利用多媒體進行物理實驗教學，不但為教和學增添了信息的傳輸和接收通道，而且為教學創(chuàng)設(shè)了良好的情境，師生們置身于“情”、“景”中，以“物”思“理”，又以“理”認“物”，這對物理的各種題型的實驗教學有著積極的意義，對提高物理課的素質(zhì)教育教學有著廣泛的前景。

總之物理課堂演示實驗要與學生的分組實驗有機地結(jié)合起來，努力培養(yǎng)學生的下面幾個方面的基本實驗要素：一是儀器使用的一般知識；二是測量誤差與數(shù)據(jù)處理的知識，其中特別是圖線處理數(shù)據(jù)中，區(qū)分已知規(guī)律與未知規(guī)律的不同方法；三是間接測量的基本知識，要從測量出發(fā)理解實驗裝置、原理、方法、條件保證、操作步驟以及數(shù)據(jù)的記錄與處理；四是驗證性實驗的驗證思想，特別是要懂得將理論結(jié)論與實驗結(jié)論比較的思想。同時加強學生對基本實驗方法的遷移和靈活運用能力的訓練，多角度、全方面地讓中學物理實驗教學提高到一個新的水平。

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