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  摘要:本文对高中物理课堂教学演示实验进行了认真地探究,在强调物理课堂演示实验重要性的同时,指出了目前物理实验教学中存在的不足。通过对课程标准的学习,结合自己的教学经验提出了一些改进意见:如改进比较最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小的实验,加强实验便利性;改进定性探究影响电荷间相互作用大小的因素的实验,提高实验的稳定性;在重心概念课上增加小球“上坡”实验,提高趣味性;改进鸡蛋从高处下落不破碎实验,提高学生的环保意识;改进课堂实验演示方式,提高学生的参与意识和探究能力等。本文对演示实验教学过程中应注意的问题也提出了自己的见解。

 

  关键词:新课程高中物理 演示实验 提高

 

  中图分类号:G6320 文献标识码:A 文章编号:

 

The Demonstration Experimental Inquiry of the High School Physics Classroom Teaching under the New Course Background

 

Liu Qing-hua

Handan institute of education sciences, Handan Hebei 056008,China

 

  AbstractIn this article, the author has explored high school physics classroom demonstration experiments While stressing the importance of physical classroom demonstration experiments, the author points out the shortcomings in physics teaching The author has put forward some suggestions for improvements through learning the curriculum standards, combining with her teaching experienceTo strengthen the convenience, we can improve the comparison of the size of maximum static friction and sliding friction experiment To improve the stability, the author shows how to improve the electric charge interaction experimentTo improve the interests of physics class, the author suggests that we can increase the small ball “uphill” experiment in the center of gravity concept classTo improve the students’ environment awareness, the essay tells us how to improve the experiment that eggs are not broken from a high drop To enhance students’ participation and research ability, the author states some ways of improving classroom experiments At last, the author puts forward her own views on the issues during the process of demonstration experiment teaching

 

  Key wordsNew coursesHigh School PhysicsDemonstrative experiment Improve

 

  1.导言

 

  物理学是以实验为基础的科学,实验探究对培养学生的创新精神和实践能力、全面提高学生的科学素养,形成科学的世界观和价值观至关重要。《课程标准》中,内容标准共分三大部分:一是科学探究及物理实验能力要求;二是共同必修模块;三是选修模块。把物理实验能力要求作为内容标准的一个独立的主题,物理实验在《课程标准》中的地位是显而易见的。物理实验对于提高学生学习物理兴趣,进而提高学生物理成绩把学生培养成有较高科学素养的人,有着不可替代的作用。所以,科学高效地开展物理实验教学就成为当务之急。如何开展物理实验教学是一个涉及教师、学生、器材、制度等课程要素的复杂工程,本文主要就如何开展演示实验教学进行探究。

 

  为此,我们首先要明确新课程标准中的学生实验和演示实验。人教版的高中物理新课程教材中,根据不同实验在物理学中和物理教学中的地位、难易程度、用时长短、学校的器材条件,分成了学生实验、演示实验、课堂实验和做一做四类。现将理科倾向的学生所学习的《物理1》、《物理2》以及《选修3系列》的实验要求进行统计,可以得到下表数据:

 

 

学生实验

演示实验

课堂实验

做一做

物理1

3

4

2

11

物理2

3

4

1

8

选修31

1

13

6

7

选修32

 

11

7

8

选修33

 

4

7

7

选修34

1

17

6

16

选修35

1

2

3

 

总计

9

55

29

60

 

  从以上统计中可以看出,有55项就是我们必须做好的演示实验。我们还应该在此基础上精心选择具有本地本校特色的演示实验,尽最大努力提高学生的科学探究及物理实验能力。

 

  2.教材中一些物理演示实验教学的改进

 

  在新课程背景下,学生学业能力考查对其科学探究和物理实验能力提出了新的要求,尤为重要的是,学生本人将来的专业成长和现代社会的科技创新都需要他们具备较高的科学探究和物理实验能力。因此,加强和改进演示实验教学,正确培养学生使其具备一定的实验能力就成为当今物理课堂教学的首要任务。为使演示实验在课堂教学中发挥到最大的效果,教师除了应精心选择有较强科学性和代表性的实验进行演示外,有时为加强演示实验的可观性、便利性、趣味性等而需要采取一些改进措施。

 

  21.改进物理演示实验教学的意义

 

  211.有利于提高课堂教与学的效率。课堂演示实验改进的目的之一是克服原有实验的操作的复杂性,让它在有限的课堂教学时间内发挥最大的作用。演示实验设计要与学生的认知过程相一致、其操作程序要进行科学合理的简化、要使用实验现象明显的实验仪器等。这些改进后的有趣、明显的实验现象和精巧的设计等都会给学生留下深刻的印象,且大大的提高学生对概念、规律等知识的理解,从而提高课堂上教与学的效率。

 

  212.有利于提高学生对物理的学习兴趣和学习能力。课堂演示实验的改进有时能提供一些与学生原有的认知结论相违背的新奇现象,或者学生能亲自参与设计操作实验的环境,这将大大激起学生学习物理的兴趣。同时,教师可以有目的地与学生共同完成设计和改进高中物理课堂演示实验的过程,从而帮助学生提高分析和解决问题的能力。

 

  213.有利于促进探究式教学和新课程教学改革的实施。新课程背景下,《物理课程标准》明确指出,高中学生应该在科学探究和物理实验中达到提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作七个科学探究要素。物理改进课堂演示实验能为探究性学习提供相应的学习环境。在和学生共同改进实验的过程中,学生与学生的探究以及教师与学生之间的探究都可以很自然的融入其中,这样整个活动都会充分体现“合作探究”教学模式,符合新的物理课程标准的要求,从而高效有序地进行新课程教学改革。

 

  22. 物理演示实验教学改进应遵循的规律

 

  我们进行实验改进的目的是增强实验的趣味性、凸显原有实验的现象、突出实验操作的主要程序,甚至修正原有实验的缺陷,让实验尽可能的发挥它的作用,而这种改进要遵循一定的规律。

 

  221.应有利于加强演示实验的便利性。实验装置应力求简单,以便排除复杂的实验装置对观察和思考主要问题的干扰即排除分散注意力的干扰,这是突出重点的需要。如:新课程人教版物理1中第58页上微小形变的演示实验(如图1所示)中,两次利用光的反射定律“放大”了光线的微小变动,这个方法渗透的很好,但调整装置很费时。若将氦氖激光器放在桌面上,使它的光直接射向较远的屏幕(或教室后面的墙壁)上,向桌面施加压力时会观察到光点移动。使得该演示实验简捷高效,现象直观清晰,会很大程度地提高课堂效率。又如:新课程人教版物理1中第56页上的演示实验(如图2所示),观察最大静摩擦力和滑动摩擦力的大小关系,当手拉弹簧称,逐渐增大拉力,使得木块从静止开始移动后,很难控制木块匀速运动,于是弹簧秤的读数不断变化,很难感性地形成正确的概念。若加以改进,将弹簧秤拉木块整个装置置于一个长薄板上,保持木块静止不动,逐渐加力反向拉动木块下的薄板直至匀速拉动(如图3所示),观察弹簧秤的读数变化,这样更容易操作。

 

1

 

         

2                            3

 

  222.应有利于提高演示实验的可观性。明显的实验现象和可观性较强的实验都有利于教学内容的传授和学习。可观性差、实验现象不明显的实验容易引起学生对所讲内容的不信任,不利于学生的知识掌握。如:新课程人教版物理选修3-1中第6页的演示实验“探究影响电荷间相互作用力的因素”(如图4所示),一般静电实验很难演示成功,由于孤立物体和悬挂小球一般带电量很少,若加上空气潮湿的影响,放电较快,物体和小球之间的库仑力很小,丝线的偏角很小,很难观察到三个偏角的大小的不同,所以此演示实验成功率很低。而若将实验改进为(如图5所示),O为带绝缘柄的金属球,丝线上的小球用聚苯乙烯发泡材料(或其他轻质材料)做小球p1. p2. p3,在小球外面涂上石墨导电层(或外面包上导电的铝箔),利用感应起电机使A和三个小球同时带上正(负)电,起电机的起电效果远远强于摩擦起电,因此铝箔小球产生了明显的偏离,很容易比较出它们之间的距离越大偏角越小;若加快起电机的摇动速度,O和三个小球的带电量增加,丝线的偏角增大,说明它们之间的库仑力变大了;减慢摇动速度,则带电量减少,角度变小则库仑力变小。由此得出结论:电量越多,库仑力越大。这样改进以后实验现象明显了,提高了可观性,有利于学生对库仑定律的感性的了解。

 

    

4                                       5

 

  223.应有利于增加演示实验的趣味性。在学习过程中,学生对所学知识感兴趣是极为重要的,兴趣是学习的直接动力,物理实验的现象和结果往往能激发学生的兴趣,使学习处于一种积极主动的状态中,所以应适时设置有趣的演示实验以达到激趣的目的。如:学习重心的概念时,可以增加这样一个小的演示实验:用橡皮筋将两支铅笔的一端扎紧,另一端拉开适当的距离后搁在第三支铅笔上,构成一个木支架,宽端略高于窄端(如图6所示)。将小球放在木支架的窄端,可见小球朝高端滚去。这个实验很有趣,看似小球自动上坡,实质上是小球重心下降,一部分重力势能转变成了动能。但也应注意避免出现为增加趣味性而忽视了安全性,如有的老师在学习“机械能守恒”一节时,进行“铅球碰鼻”实验(如图7所示),3公斤重的铅球自某学生鼻尖无初速度释放再摆回,看学生怕不怕铁球碰伤鼻子,惊险刺激,但应防止被试验的同学站立时会出现轻微晃动而造成伤害。

 

               

6                             7

 

  224.应有利于提高演示实验的环保性。在课堂演示实验中还应注意安全环保等问题,如:在旧人教版物理第二册(必修加选修)的P4演示鸡蛋从一米多高的地方落到一块泡沫塑料垫上,观察鸡蛋会不会被打破(如图8所示)。这个实验的演示结果往往会使鸡蛋在泡沫垫上弹跳几次后滚落在地板上破碎,既不美观也不环保。若在透明的大大的玻璃器皿内的底部铺一层厚厚的细沙,再将鸡蛋从一米多高处下落(如图9所示),鸡蛋会稳稳停落在铺有沙子的器皿中,既不会再次弹跳又完好无损,大大增强了实验的直观性及环保性。

 

                     

8                                9

 

  3.发挥演示实验在物理课堂教学中的重要作用

 

  物理课堂演示实验具有形象、有趣的特点,能为学生在形成物理概念、得出物理规律前营造出真实生动的物理情境,容易被学生接受。

 

  31演示实验可以帮助学生直观、形象地观察物理现象及其变化规律,形成物理概念。作为物理教师要尽一切可能,在课堂上为学生展现出真实丰富的物理现象和生动有趣的物理情景。

 

  32演示实验可以激发学生的学习兴趣,培养学生的观察能力,引导学生积极进行思维活动。兴趣是一种内驱力,它能刺激学生为追求探索未知事物而获得相应的学习动机,而课堂上的演示实验往往能起到这样的效果。教师在演示实验中还要注意培养学生观察力,让学生善于观察出事物和现象中重要的属性和特性。

 

  33演示实验是学生学习实验操作的重要途径。教师演示实验的态度和效果,对学生的科学观有着至关重要的影响。教师必须认真做好示范操作,每一个环节都应合理规范。这样,教师娴熟的操作技能、严谨的科学态度和显著的实验效果能帮助学生培养其严谨的科学态度和规范的操作步骤。

 

  4.在物理课堂教学中演示实验的原则

 

  演示实验是教师在课堂上为配合相关知识的教学而进行的教学实验。在中学物理教学中课时有限,所以我们在进行演示实验教学时要精心选择有较强科学性和代表性的实验进行演示。一般而言,应坚持以下原则来选择实验。

 

  41演示主题突出、取材操作方便。演示实验应当使相关的物理信息以尽可能短的途径传递给学生,物理现象显示得越直接越有效。为了突出主题,演示实验的装置应当尽可能地采用“开放式”,不必为了过分追求精准度而把实验装置弄得复杂化,往往复杂的结构会干扰学生的视线,分散学生的注意,从而难辨实验的主题。另外,演示实验中,学生越熟悉、越接近生活的器材,越能使他们对实验产生真实感,越容易让学生接受。

 

  42演示效果明显、现象新奇直观。演示实验应有明显的效果,否则将无法发挥应有的作用,使整堂课的教学效果受到影响。为使所有学生都能看到实验现象,有时应当将实验器材放在较高的位置上或将仪器固定在示教板上竖起来,增加可见度。演示实验若能显示一些与学生原有观念相矛盾的现象,通常可以收到很好的教学效果。

 

  43演示操作规范、确保准确成功。演示实验不仅是课堂教学中观察与分析问题的重要环节,更是学生模仿规范操作的样板,因此教师做实验时务必要做到操作程序和数据读取的规范。演示实验是为提高教学效果而进行的,教师在课前应当充分作好准备,保证较高的实验成功率。

 

  5.演示实验教学过程中应注意避免的问题

 

  如果演示过程中操作不当,不仅不能帮助学生理解物理现象的变化规律,甚至还会干扰学生正确物理概念的形成,起到相反的作用。

 

  51避免操作不规范、准备不充分。实验演示过程常是学生对有关物理知识的一次印象深刻的感知过程,往往也是实验的示范过程,教师的操作态度及操作方法、程序对学生今后动手实验产生很大的影响。如果教师在思想上不重视或缺乏系统的操作训练,会对学生的学习产生很大的负面作用。如:使用万用表欧姆挡测电阻,需要换挡时,不重新调零;测量过程,手碰表笔的金属杆;探究加速度和力、质量的关系,在小桶内添减砝码时,用手拿砝码;滑动变阻器连接在电路里,电压由高向低调;接电路时导线横七竖八;操作混乱,讲台上仪器摆放杂乱无序等。这些对培养学生严肃认真的操作态度及科学的实验方法都是不利的,因此教师要高度重视实验,在上课前对实验仪器要检查,要试做,做好充分准备,以确保实验成功。

 

  52避免演示不讲解、操作不分析。演示实验是做给学生看的,教师不能只专心于实验操作而忽视了学生的情绪和观察效果。在课堂演示实验当中,教师要用讲解配合演示操作。演示实验是要通过演示来揭示物理规律和形成物理概念的,这就要求教师在演示之前,一定要先向学生介绍仪器,说明观察研究的对象和重点,并提出问题让学生思考,以使学生的思维能和教师的演示同步,让学生清楚要学习研究的知识,并从实验得到的现象、数据出发引导学生分析、思考、研究,得出结论。

 

  当然,我们更要避免讲解不演示、分析不操作。有的教师认为准备实验浪费时间,在课堂上做演示实验影响课容量等一些原因,把做实验变成了讲实验,画实验,用电脑多媒体模拟实验,使本来生动具体的物理课堂变得空洞、无趣,这种现象应该坚决杜绝。

 

  53避免演示不准确、现象不清晰。演示要注意增加实验的可见度,做演示实验要让全班同学都能看清楚,因此要求教师所使用的实验仪器要直观、明显,实验现象应清晰、准确。必要时可以采取一些具体的技术手段突出实验现象和扩展它的可见度,如:利用实验中的光强与周围环境光的光差来突出实验现象;利用投影仪将实验现象投影到大屏幕上;垫高实验装置等。为了使实验现象明显可见,还需注意观察部位的色调对比,需观察仪器摆放高度和主次仪器的相对位置以及教师操作时的身体位置等。

 

  6.丰富物理演示实验的教学方式

 

  演示实验的授课形式不应仅仅是单一的“老师演,学生看”,还可以是“教师导,学生演”,即学生积极参与演示实验。通过趣味新奇的物理实验演示,自己切身的参与,激发学生的好奇心理,从而激发他们思索的欲望。

 

  61.“样板式”演示实验教学。演示实验是教师利用课堂时间为学生演示,在操作的同时又引导学生对实验进行观察、思考和分析的一种物理实验教学方式。在这种常规的演示实验教学中,应注意积极引导学生思考、猜想、观察、分析、论证、评估,让学生充分了解实验的内容,多次重复,加深印象,巩固记忆。引导学生从课堂演示实验现象的观察和实验的研究分析中归纳出结论,是培养高中学生学习科学归纳思维方法的有效途径。

 

  62.“参与式”演示实验教学。在演示实验的操作中, 要关注学生的参与、体验和理解。教师只是创设情景,做一些简明、娴熟的示范点拨。引导学生在对物理概念的形成阶段,像科学家那样地思维,主动思索实验方案,控制实验条件,排除干扰因素,在实验中测量数据,获取信息,交流信息,处理信息,在信息中寻找和发现规律。若教师能为学生提供参与某些科学探究过程的机会,让学生根据已有的背景知识和可靠的物理事实,通过推理和想象来提出问题,并形成猜测,然后提出实验方案,并进一步通过分析数据来反馈假设,最后形成正确的实验探究结果,这将会帮助学生形成较高的科学素养。让学生在教师指导下参与演示实验,不仅能提高学生实验技能,又能加深他们对物理概念和规律理解和掌握,同时也能加强对学生科学方法的训练及能力的培养。

 

  63.“合作式”演示实验教学。有选择地改变一些物理演示实验的常规程序,以探究小组丰富物理实验的组织形式。比如为培养学生主动探索物理规律的能力,在教学中可把一些验证性的实验变为探索性的实验,以加强对学生思维能力、创造能力、自学能力、观察实验能力及解决实际问题的能力的培养效果。这些演示实验可以根据教材的特点和学生实际情况,实行分组实验,在学生已有知识和初步具有实验技能的条件下,在教师指导下,让学生自己动手、动脑,在实验中观察现象,主动探索,然后得出物理规律。在课堂组织形式上将物理课堂演示实验与学生的分组实验有机地结合起来,同时加强学生对基本实验方法的迁移和灵活运用能力的训练,多角度、全方面地让中学物理实验教学提高到一个新的水平。

 

  综上所述,按照科学的方法实施、改进高中物理教学中的演示实验教学的作用是多方面的,因此在中学物理教学中,我们必须把物理演示实验的操作、改进、设计列为实验教学中的一个重要内容,具体落实到教学措施和各个环节中,对于响应新课程标准,提高学生综合素质,培养人才,提高全民族的思想道德水平和科学文化水平都具有重大的意义。另外,中学生的实验能力与理论水平相比差距很大。实验能力水平较低,主要体现在学生的动手能力水平较低。所以在开展研究性学习提高学生的实验思维能力和设计实验能力的同时,应加强培养学生的动手能力。通过开放实验室、精选课外实验尽量创造更多的条件,给学生更多的时间和空间来动手做实验,是提高学生物理实验能力的关键。总之,在新课程标准背景下,我们要真正重视实验教学,真正落实学生的主体地位,构建开放的实验课程资源,努力促进学生物理实验和科学探究能力的提高,使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面都有应有的提高。

 

  参考文献:

 

  1.《普通高中物理课程标准》(实验),中华人民共和国教育部制订,人民教育出版社2003年出版

 

  2.冯克诚,《中学物理实验教学指导与能力培养》,内蒙古大学出版社,20009

 

  3.钟启泉,《为了中华民族的复习 为了每位学生的发展《基础教育课程改革纲要(试行)解读》,华东师范大学出版社,20018

 

  4.《中学物理实验大全》,上海教育出版社,19965月。

    
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