王 欣 閆玉芝 王鳳蘭

☆本期關(guān)注：物理實驗教學☆

物理教學呼喚物理實驗

王 欣1閆玉芝2王鳳蘭1

物理是學生感覺比較難學的科目，有很多學生因為物理難學而棄理從文，有的學生在日記中寫道：“物理難，物理難，物理課上難歡顏”。發(fā)揮物理實驗教學的功能，運用物理實驗，可以突出重點，突破難點，通過學生的感悟、體驗形成能力，降低物理學習的難度，樹立學好物理的信心。但是在物理教學中做實驗需要花費比較多的金錢，耗費比較多的時間和精力，而且只通過筆試測驗，做過實驗的學生和沒做過實驗的學生相比，往往沒有明顯的差異。這就導致了長期以來，在中學物理教學中存在很少做實驗或根本不做實驗的現(xiàn)象，其突出表現(xiàn)是：“教師的理論講授+學生大量的筆頭練習”。

由于學生的知識結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)與學生參與的活動密切相關(guān)，所以這種缺失的教學模式將導致學生畸形的智能結(jié)構(gòu)，毋庸置疑，這會嚴重影響物理教學的質(zhì)量。例如：在講解《分子間作用力》時，如果不采用實驗教學，那么比較抽象的這部分知識就會枯燥無味。相反，在教學中采用一些演示實驗：“酒精與水混合體積變小”和“兩個表面光滑的軟鉛塊可以相互黏合”的實驗；再采用幾個學生分組的小實驗：“拉壓橡皮”“將玻璃片拉離水面”等實驗。這樣，通過演示實驗，將作用力加以放大，使學生對“分子間存在空隙并且存在作用力”得以形象理解；同時物理實驗教學也可以培養(yǎng)學生的科學精神、科學態(tài)度、科學習慣、科學思想、科學方法以及嚴謹學風、協(xié)作精神、健全的人格、激發(fā)學生學習物理的興趣，形成持久的學習內(nèi)驅(qū)力，從根本上解決學生學習負擔過重的問題，更重要的是充分發(fā)揮實驗教學的作用，可以把握課程改革的正確方向。

因此物理教學呼喚物理實驗，學生渴望物理實驗。這也是由物理感知的特點、學生學習物理的特點和物理教學的本身特點共同決定的。

一、物理感知的特點

物理表象是感知過但又不在眼前的物理客體形象的一種影像。物理表象如果進一步概括和抽象就向物理概念過渡。因此，物理表象是從物理感知到物理概念和物理思維的必要的心理活動。要使學生通過自己的認識活動和教師的定向誘導在物理實驗基礎(chǔ)上去發(fā)現(xiàn)和總結(jié)物理規(guī)律，第一步應(yīng)該建立準確而生動的物理表象。

物理現(xiàn)象與物理過程主要以光、聲、電、氣等為媒介而作用在觀察者的感覺器官上，通過這些器官的神經(jīng)通道進一步與觀察者的大腦相互作用。在學生的實際學習過程中，無論是物理現(xiàn)象、物理過程，還是教學信息，都通過幾種媒介先與學生的多種感官發(fā)生作用，然后是學生的感官與大腦相互作用。物理學是建立在物理現(xiàn)象、物理事實、物理過程的感知基礎(chǔ)上的。在物理教學過程中我們也要在物理現(xiàn)象的觀察中和物理實驗中總結(jié)、建立、檢驗物理規(guī)律。

在物理教學中加強實驗教學，是擴大學生物理感知量的重要途徑，也是最有效的手段。這包括演示實驗和學生分組實驗。在實驗中，聲、光、電的刺激給學生展示出了一幅物理現(xiàn)象的奇特景象。學生的感官同時得到刺激，印象往往非常深刻。尤其是出乎意料的物理現(xiàn)象，更讓他們興奮不已。例如：在講《機械能守恒定律》時，先將一個鉛球系于繩子的一端，再將繩子的另一端懸于天花板上。讓兩名學生背對背站在距鉛球平衡位置等距離的兩側(cè)，并且使兩名學生和鉛球的平衡位置在一條直線上。教師先將鉛球拉離平衡位置，讓鉛球貼于一名學生頭的后部，然后釋放，當鉛球在兩名學生之間來回擺動時，學生都擔心鉛球會碰到兩名學生的頭部，心里非常緊張，當他們看到鉛球并沒有傷害到學生時，在有驚無險的狀態(tài)中產(chǎn)生了疑問和興趣。學生分組實驗也是擴大學生物理感知量的很好途徑。在實驗中，學生親自觀察、分辨、操作、記錄、分析。不僅學生的視覺和聽覺獲得物理信息，同時學生的觸覺也有了鍛煉和獲得物理信息的機會。

二、學生學習物理的特點

高中學生學習物理的興趣特點主要表現(xiàn)在學習的興趣與思維的特征上。在實驗中，高中學生的觀察能力已大大提高，注意力能持久而穩(wěn)定地依靠意志習慣的努力而聚集，對于實驗的理解也較深刻，因而利于從實驗中總結(jié)規(guī)律、推導公式、運算習題。高中學生的思維處于過渡期，即從具體運算向形式運算過渡。

研究學生學習物理的認知機制發(fā)現(xiàn)，直觀教學和直接的體驗也是符合人們認識規(guī)律的。如超重和失重的演示實驗(如圖1所示)，在懸掛的木板上放一塊磚，在磚和木板之間放一條紙帶。首先，用很大的力拉動紙條而使紙條斷裂。接下來，設(shè)置懸念，問：“哪位同學能在不接觸磚和木板的情況下抽出紙條？”并讓他們到講臺上去演示，當學生找不出辦法時，再由教師演示剪斷懸繩的情況下可以抽出紙條。物理現(xiàn)象很直觀，但是這時學生卻非常想知道原因。在此基礎(chǔ)上進行新課教學。再如在學過力的分解部分知識后，為了便于理解重力產(chǎn)生的作用效果，設(shè)計了如圖2所示的裝置讓學生親身體會重物對木桿和繩產(chǎn)生的力的方向。(用一端帶尖的鉛筆代替木桿，用鑰匙鏈代替繩子，用鑰匙代替重物)這樣做既激發(fā)了學生學習的興趣，也豐富了學生的感性經(jīng)驗。

圖1

圖2

因此，在教學中就必須給學生提供足夠的感性經(jīng)驗和活動機會，而物理實驗恰恰是最好的手段。

三、物理教學的本身特點

現(xiàn)階段的高中新課程改革要求物理教學要堅持以創(chuàng)設(shè)問題情境為切入點，以觀察實驗為基礎(chǔ)，以培養(yǎng)學生的能力為核心，以提升學生探究能力為重點的基本特征。

物理學本身是一門實驗科學。物理從實驗中誕生、發(fā)展，又在實驗中得到檢驗、驗證，并向更高的層次進展。因而物理學的實驗特點是直觀性原則的主要依據(jù)和基礎(chǔ)。一個物理現(xiàn)象，語言的描述不能代替對現(xiàn)象和事實的直接感知。物理學習中，學生可以憑借教師的語言、教材的闡述以及自己的物理語言表述，更準確、更快地感知具體的物理現(xiàn)象和物理過程，從而更精細地、有方向性地感知物理客體的結(jié)構(gòu)和細節(jié)。

因此實驗是物理教學的重要基礎(chǔ)，是物理教學的重要內(nèi)容，是物理教學的重要方法，是物理教學的重要手段，是認知的重要工具，是進行探究的重要手段，是創(chuàng)設(shè)情境的有效方法，是獲得直接經(jīng)驗的重要途徑，是培養(yǎng)科學態(tài)度、感悟科學方法、形成科學觀念的重要過程，是檢驗理論的重要標準，是培養(yǎng)合作意識、合作能力的重要途徑，是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力的重要基礎(chǔ)。物理教學的直觀性原則要求給學生提供盡可能多的建立在直接感知基礎(chǔ)上的具體形象。物理實驗應(yīng)充分地、恰到好處地運用。

為突破人教版選修部分“靜電場”概念抽象的教學特點，結(jié)合教學要求和學生特點設(shè)計了一系列實驗，在教學中收到了很好的效果，現(xiàn)從中選取幾個與大家分享。

1.有魔力的棒——摩擦起電、帶電體吸引輕小物體

用潔凈干燥的毛皮與潔凈干燥的有機玻璃棒用力按壓快速摩擦后去靠近干燥潔凈的碎紙屑、干燥潔凈是的乒乓球、干燥潔凈的毛發(fā)等，觀察現(xiàn)象總結(jié)結(jié)論：用潔凈干燥的毛皮與潔凈干燥的有機玻璃棒用力按壓快速摩擦后，讓棒與易拉罐殼的軸線平行靠近易拉罐殼的上側(cè)面并向前移動，會觀察到易拉罐跟著向前滾動。

也可以讓學生利用給定器材進行比賽，看誰用棒吸起的乒乓球多。器材：有機玻璃棒、鋁棒、潔凈干燥的毛皮、附有灰塵的毛皮、干燥潔凈的乒乓球。

2.銀盤散花—感應(yīng)起電、電荷間相互作用

器材：干燥潔凈的有機玻璃板一塊、干燥潔凈的毛皮一塊、一個帶絕緣柄的金屬盤，適當數(shù)量的輕薄紙屑。

操作：將輕薄紙屑散放在帶絕緣柄的金屬盤中，用潔凈干燥的毛皮與潔凈干燥的有機玻璃用力按壓快速摩擦，右手持絕緣柄將金屬盤置于有機玻璃板上方，左手手指接觸金屬盤表面，移開接觸金屬盤表面的手指，右手持絕緣柄將金屬盤提起，會驚奇地發(fā)現(xiàn)金屬盤中的小紙屑向上和四周飛散開來，猶如天女散花一樣。

3.有感覺的氖管——靜電平衡狀態(tài)導體的電荷分布特點

器材：氖管一個(一般發(fā)光電壓為50～90V，發(fā)光時紅光璀璨明亮，電壓越高，發(fā)光越明亮)、大頭針一枚、502黏合劑、帶絕緣底座的錐開導體、潔凈干燥的毛皮、潔凈干燥的有機玻璃棒。

操作：用502黏合劑將大頭針的底部黏合在氖管的一個電極上，使用時將另一電極用手指直接拿住。用氖管的尖端去接觸用潔凈干燥的毛皮用力按壓快速摩擦過的潔凈干燥的有機玻璃棒，針尖發(fā)生尖端放電氖管發(fā)紅可檢驗有機玻璃棒帶電。用潔凈干燥的毛皮用力按壓快速摩擦過的潔凈干燥的有機玻璃棒給帶絕緣底座的錐形導體帶電，用氖管的尖端移近導體的不同表面并保持距離相等，觀察氖管發(fā)光亮度的不同，說明靜電平衡狀態(tài)導體的電荷分布特點。

4.顫抖的乒乓球——尖端放電

器材：相同的帶絕緣柄的圓形平面鋁板兩塊、帶鐵夾的鐵架臺、感應(yīng)起電機、均勻涂有2B鉛筆鉛的乒乓球兩個、硬銅絲兩段、導線。

操作：將兩段硬銅絲做成相同的穩(wěn)定的螺旋形底座，上方豎直，在最上方磨成尖端，將兩個乒乓球穿在上方的豎直銅線上，其中A乒乓球穿透而B乒乓球不穿透。將兩塊帶絕緣柄的圓形平面鋁板用鐵夾水平地平行固定在鐵架臺上，用導線將感應(yīng)起電機的兩電極分別與兩鋁板相連，將B放在下方的鋁板上，搖動感應(yīng)起電機的手柄使兩鋁板帶電，調(diào)整兩鋁板之間的距離，直到能出現(xiàn)B與上方鋁板放電(看到火花，聽到聲音)，同時看到B在顫抖；取下B，在同樣的位置放上A，搖動感應(yīng)起電機的手柄，看不到火花，聽不到聲音更看不到顫抖；同時放上A和B，搖動感應(yīng)起電機的手柄看不到火花，聽不到聲音也看不到球顫抖。

5.快樂盒——靜電植絨

器材：適當大小的透明塑料密封盒，與盒上下表面等大的錫箔紙兩張及稍大一點的白紙一張，金屬線兩小段，適量燒成灰燼的紙灰粉末，感應(yīng)起電機，細一些的固體膠、導線。

操作：將兩錫箔紙分別平鋪在盒的內(nèi)側(cè)上下表面上，兩小段金屬線穿透上下表面與錫箔紙連接好，盒外留適當長度用導線與起電機的兩電極相連，將紙灰粉末置于盒底部平鋪均勻。用固體膠在白紙上寫上“快樂”“加油”等詞語或句子，寫字的一面向下，放在盒蓋的內(nèi)側(cè)，將蓋子蓋好。搖動感應(yīng)起電機的手柄看到紙灰在快樂舞蹈，經(jīng)適當時間，將電荷放掉，打開盒子，取下白紙，紙灰已清晰地在白紙上寫出“快樂”“加油”等詞語或句子。

[1] 梁樹森.物理學習論[M].廣西：廣西教育出版社，1996

[2] 苾子宏.物理教育學[M].浙江：浙江教育與出版社，1999

[3] 喬繼平，邢紅軍.物理教育心理學[M].廣西：廣西教育出版社，2002

[4] 陳琦，劉儒德.當代教育心理學[M].北京：北京師范大學出版社，2000

[5] 裴娣娜.教育研究方法導論[M].安徽：安徽教育出版社，1995

稿件編號：P1103114

王欣，碩士，中教一級。

1.哈爾濱師范大學。2.哈爾濱師范大學附屬中學。