曾慶國

(海鹽元濟高級中學 浙江 嘉興 314300)

物理演示實驗是高中物理課堂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的重要環(huán)節(jié)，還能培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力、探索精神和正確良好的學習方法．

目前，高中物理實驗教學中存在較多的問題與不足．主要表現(xiàn)在：實驗條件比較簡陋；實驗器材的存舊；教師對演示實驗不重視，創(chuàng)新缺乏等問題．這些問題大大限制了演示實驗在物理課堂教學中的作用發(fā)揮．那么，如何在演示實驗教學中挖掘其特殊的教學功能？如何提升學生的物理核心素養(yǎng)？筆者認為：物理演示實驗應從“新、奇、特”三維度來設(shè)計實驗，教學中力求實驗、知識與思維的有機融合．

1 新

“新”是指新穎、新鮮、創(chuàng)新．即能吸引學生的注意力，激發(fā)學生學習興趣的這類演示實驗．我們一直在說“興趣是最好的老師”，但是能夠激發(fā)學生興趣的實驗卻很少．不少學生反映自己不愿意學習物理是因為：教師的課堂教學即復雜又抽象、課堂上即便有演示實驗，也過于陳舊、簡單、沒有趣味性．

相反，在課堂教學中教師出示生動、神秘、富有感染力的演示實驗，扭轉(zhuǎn)物理的枯燥、無味，把學生的注意力拉回到課堂中，并對教師所要傳授的知識產(chǎn)生興趣，跟隨教師的課堂步伐去觀察、思考、探究、總結(jié)，從而提高物理學習興趣．這就要求教師積極轉(zhuǎn)變觀念，改變只注重課本理論知識的講解，而忽略物理演示實驗的操作，使物理課堂變得較為枯燥；要求教師積極探索，改變傳統(tǒng)的、老舊的、無趣的演示實驗為新穎的、有聲有色和感染力強的演示實驗，讓物理課堂生動起來．通過師生的共同探究和交流來獲取知識、培養(yǎng)思維和提高能力．

教學實例：在人教版教材高中《物理·選修3-1》第一章“靜電場”第1節(jié)“電荷及其守恒定律”創(chuàng)新了如圖1所示的演示實驗．

圖1 “電荷及其守恒定律”演示實驗

實驗情景：用頭發(fā)摩擦過的氣球去吸引一個放在光滑球上的木制米尺．

教師提問：如何讓米尺動起來？

學生回答：施加力的作用；

教師設(shè)問：我有氣功，可以隔著氣球?qū)γ壮弋a(chǎn)生吸引，你們信嗎？

學生回答：不信(或信)．

教師表演：隔物吸物的“氣功魔術(shù)”(在運氣的過程時隱藏氣球和頭發(fā)摩擦的過程).

實驗現(xiàn)象：木制米尺發(fā)生轉(zhuǎn)動．

學生思考：米尺運動的原因，“帶電的物體不是只能吸引輕小的物體嗎？”等等疑問．

簡評：由于本節(jié)內(nèi)容涉及的知識學生已在初中學過，可以說是對舊識的復習．同時，課本上列舉的很多物理現(xiàn)象、演示實驗學生已經(jīng)了解．如果教師還是通過毛皮摩擦過的橡膠棒或絲綢摩擦過的玻璃棒吸引輕小的物體來加以引入新課，就難以激發(fā)學生的學習興趣．圖1的演示實驗“以小為大、以靜為動”的放大處理讓學生直觀地看到物理現(xiàn)象．再者，“氣功魔術(shù)”表演中氣球與頭發(fā)的摩擦過程考驗了學生的課堂注意力．

教師通過“新”的演示實驗極大地吸引了學生的注意力，最大限度地激發(fā)了學生對物理實驗的興趣．當然，在設(shè)計時教師還要注意實驗的實用性，既不能演示學生頭腦中已有的老實驗，也不能演示超出學生能力范圍的實驗．

2 奇

“奇”是驚奇、奇特、奇怪．即能讓學生的認知發(fā)生沖突的這類演示實驗．所謂認知沖突，是指在學生已有的認知結(jié)構(gòu)中與當前的學習情境之間存在暫時性矛盾，通常表現(xiàn)為學生已有的知識和經(jīng)驗與新知識之間存在某種差距而導致的心理失衡．這種失衡雖然會給學生一定的干擾，但是又能促進學生不斷地追求新的平衡而完善認知．

蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個探究者、發(fā)現(xiàn)者、研究者，而在兒童的精神世界中這種需要特別強烈．”因此，演示實驗中的認知沖突，就是利用學生的知識經(jīng)驗與實驗內(nèi)容之間的差異，創(chuàng)設(shè)出與學生已有知識結(jié)構(gòu)相矛盾的情境，促進學生實現(xiàn)知識建構(gòu)的契機和動力，激發(fā)學生積極的探求與思考，朝著預設(shè)的目標開展課堂教學．

教學實例：在人教版教材高中《物理·選修3-2》第四章“電磁感應”第6節(jié)“互感和自感”教學中，為了增強演示實驗的“奇”，把圖2所示的自感演示實驗改進為圖3所示的演示實驗．

圖2 自感演示實驗

實驗情景：演示圖3所示的實驗，觀察開關(guān)斷開時燈泡亮度的變化情況．

圖3 改進后的自感演示實驗

實驗現(xiàn)象：小燈泡閃爍一下熄滅(滑動變阻器電阻最小)．

教師提問：小燈泡為什么會閃爍？

學生思考：斷開瞬間小燈泡怎么會變亮？小燈泡中的電流怎么會增大的？……(實驗現(xiàn)象與學生的前認知形起沖突)

教師引導學生分析變亮的原因……

教師再問：斷開一定會閃亮么？

教師再演示：斷開開關(guān)(滑動變阻器電阻最大)．

實驗現(xiàn)象：燈泡沒有閃爍就熄滅．(再次產(chǎn)生認知沖突)

師生互動交流并總結(jié)：流過小燈泡的電流只能來自自感線圈，自感現(xiàn)象不會總使電流變大，其大小取決于閉合前流過小燈泡的電流與線圈的電流大小決定．

教師再演示：把小燈泡換成牽手連在一起的學生，體驗電擊實驗．

簡評：本演示實驗中小燈泡的閃爍現(xiàn)象非常明顯，使學生產(chǎn)生了主動探求新知的認知沖突，從而提高了課堂教學效率．正因為起初的認知沖突比較強烈，學生總認為“小燈泡總是先閃亮再熄滅”，所以在教學過程中又增設(shè)了一演示環(huán)節(jié)，又一次讓學生產(chǎn)生“你現(xiàn)在所看見的并不是一定會發(fā)生”的認知沖突，從而使學生明確物理現(xiàn)象須系統(tǒng)、全面地去分析其原因，不要輕易妄下結(jié)論．本實驗最后也可把燈泡換成手拉手的學生，讓學生體驗被“幾伏電壓”電擊一下的奇怪感受，體會物理學的奇特魅力，增強了學好物理的欲望．

教師在設(shè)計“奇”的演示實驗時要注意二個原則．一是：適度性原則．即教師預先設(shè)置的沖突不能過大、也不能過?。^大就難以產(chǎn)生相應的解答行為，過小則無法激發(fā)學生的探索欲望；二是：啟發(fā)性原則．當認知沖突被引發(fā)，教師要特別注意啟發(fā)學生關(guān)注演示實驗的器材和操作過程，一步一步地引導學生，最終促使學生自主完成知識的建構(gòu)．

3 特

“特”是特色，特殊，特別．即能向?qū)W生展現(xiàn)難以理解的物理現(xiàn)象、知識、規(guī)律的演示實驗．著名物理教育家朱正元教授說過：“對于物理概念、物理規(guī)律等一些理論性的東西，往往是千言萬語說不清，一看實驗就分明”．物理學中有很多無法觀察與觸摸到的物質(zhì)(場)模型，怎樣通過演示實驗讓學生感知它們的存在是物理教學的一大難點．

教學實例：在人教版教材高中《物理·選修3-1》第一章“靜電場”第3節(jié)“電場強度”教學中，為了讓學生感受帶電體周圍存在著“電場”這一物質(zhì)，利用了如圖4所示的節(jié)能燈和靜電球來做演示實驗．

圖4 用節(jié)能燈和靜電球做演示實驗

實驗情景：把節(jié)能燈靠近靜電球．

實驗現(xiàn)象：節(jié)能燈會點亮．

教師提問：節(jié)能燈為什么靠近靜電球會變亮？有電流嗎？還是空間中存在著我們?nèi)庋劭床坏降囊恍〇|西？

學生行為：觀察和思考并相互交流．

教師引導：是否在節(jié)能燈的周圍存在某些特殊的物質(zhì)，正是這些物質(zhì)使節(jié)能燈點亮呢？

……

教師再問：靜電球周圍的電場，空間中電場的強弱相同嗎？

教師再演示：節(jié)能燈在靜電球周圍不同位置的發(fā)光情況．

實驗現(xiàn)象：不同位置燈的亮度不同．

學生總結(jié)：空間電場強弱不同．

教師再演示并提問：把節(jié)能燈拿走，燈不亮了，這個位置的電場是否沒有了？

簡評：電場是看不見摸不著，但又是實實在在存在的一種物質(zhì)，那么教師該如何讓學生感知電場的存在并且明確電場有強弱這一事實？在教學中充分利用圖4所示的演示實驗把這一“說不清”的物質(zhì)感知出來，增強了學習物理的有趣性．通過設(shè)計一些形象的實物演示實驗和利用多媒體進行虛擬的實驗演示，可以使模糊的物理概念變得明了，可以使無法感知到的物理情景變成可以感知到的，變得可視化，同時也可以通過演示實驗使深奧的概念和規(guī)律變得更加簡單明了．

設(shè)計“特”的演示實驗須考慮到演示實驗的教育性、科學性、創(chuàng)新性和安全性．教師應以突破教材的重點、難點為目標，增強學生的感性認識，這樣的演示實驗設(shè)計才更有價值和意義．

總之，演示實驗在物理教學中起著非常重要的作用，教師在設(shè)計時要盡可能地體現(xiàn)學科特點，從“新、奇、特”三維度來展示實驗的魅力，唯有這樣的演示實驗才能突破教學重、難點，才能激發(fā)學生的求知欲望，從而提升學生實事求是、敢于探究的物理學科素養(yǎng)．