龚栋梁 程志攀 段永江
湖北省黄冈中学 438000
演示实验,就是教师利用实验器材创设必要条件将自然现象及其变化规律等再现出来。是教学中将理论与实际相结合的重要方法,是提高学生学习兴趣、启发学生积极思维的重要手段,是认识事物规律的起点,也是实验教学中的一个重要组成部分。
一、高中课堂演示实验教学现状
1、课本中的实验得不到关注。在我国,在高考中,不考动手实验,导致有些老师不愿意多花时间做实验,直接以口头讲解代替本应演示或学生自己动手的实验。导致学生的观察、探究和归纳等方面的能力不断被弱化。
2、现行高中教材中,有少数演示实验设计理论性偏强,实际实验时缺少可操作性,实验效果不明显,有些教师不愿做演示实验。
3、伴随着时代的进步,多媒体技术在教学领域得到了突破,更多的教师愿意利用多媒体的模拟实验而非真正的带领学生动手实验。
4、物理实验硬件设备不能得到及时的更新。新课程改革的大环境,我们需要设计并执行更具意义的实验,学校内部原有的实验器材已经不能满足教学的需求,也阻碍了演示实验教学的开展。
二、演示实验在教学中的重要作用
物理的世界是神秘而新奇的,高中阶段,物理教学的主体内容就是要搞好概念和规律的教学,而二者必须以实验作基础。在高中物理课堂教学中,“演示实验”凸显着它重要的作用,它既有知识的直观效应,又有表演操作的示范作用,具有一定的艺术魅力,清晰、生动和神奇的实验现象可以激发学生学习兴趣、创设科学探究情境、调动学生的积极思维,帮助学生观察、理解、掌握课本知识,加深学生对物理概念和规律的记忆,还能够促使学生掌握相应的实验操作技能和方法,培养科学素养,提高教学质量,具有其它教学手段无法替代的作用。可以这样说:中学物理课离开了物理实验是不可思议的,学生的物理学习也是不可想象的,掌握知识、培养能力、发展智力都将成为无本之木。
三、如何保证演示实验教学的有效性
1、转换思维,提高认识。对演示实验教学,首先是教师要转变思想观念,要形成学生才是学习主体的观念,有效利用演示实验教学,在潜移默化中培养和锻炼学生的动手能力和发散思维能力,从而逐步将教学中心转移为理论和实验共同重要的地位。
2、精心准备,确保成功。演示实验要较好地反映教学目的,服务教学要求,操作者必须确保实验流畅、明晰、一目了然且安全,给学生提供突出鲜明的感官材料,准确揭示出现象的本质。在上课前,教师应做认真充分的准备,选择效果最佳、结果最佳的实验方案、配套的实验仪器,要以严肃、认真、实事求是的科学态度,使实验达到准确的预期结果。成功的实验,不仅能收获良好的教学效果,树立教师在学生心目中的形象,而且会大大提高学生学习的兴趣。
3、操作规范,注意细节。教师的演示操作对学生的规范养成、科学素养的熏陶、科学品质的培养以及实验技能的形成至关重要。演示过程中,教师的操作要合乎规程,做到准确、规范、科学,使学生在观看教师的演示后能了解正确的实验操作方法,为今后独立操作实验做好准备。教师在操作时切不可为追求结果而忽视细节。比如操作的先后顺序、操作步骤,实验装置的特点,操作注意事项等。
4、引导观察,精心设疑,突出重点。演示实验的最终目的是为学生学习服务,引导学生在实验中发现规律、理解规律,从而掌握规律。要提醒学生观察的目的是什么,从什么角度观察。验证性实验还必须注意到实验结果与理论的差异,对照性实验要提示对照的因素和理由等。还需要精心设计一些问题,引导学生研究物理现象背后的本质,引导学生对实验现象进行分析、判断和推理,培养学生的物理思维能力。若没有目的性,只会使学生浮于实验过程与表面现象,甚至只一味地看热闹,不知道为什么做此实验,不知道实验揭示了什么规律,疑问是最好的老师,学生只有产生疑问,才有探索发现问题的想法和做法。
5、面向全体,提高效率。观察度是衡量演示实验质量的重要标志之一,教师在准备实验时一定要考虑到全体学生。有些可以借助投影达到目的。必要的演示实验,若条件允许,可以改为在教师指导下的学生分组实验,让每个学生都参与进来,这样的教学效果会更好。
四、课堂演示实验教学的优化与创新
1、立足学生的生活,开发自制实验教具,增加演示实验的创新性,提高演示实验的效果。
为了增强物理演示实验的效果,老师要懂得如何创新性地去演示实验,并给学生留下深刻的印象,从而激发他们去探索其中包含的物理原理和相关的知识,一个成功的演示实验往往要来源于教材但又不能拘泥于教材,要渗透创新意识,新课标在中学物理实验室资源的开发方面明确指明:“除专门配置的实验器材之外,应倡导师生利用身边的物品和材料进行物理实验。”这一理念对高中物理的实验教学提出了更高的要求:教师要在教学实践中利用触手可及的技术和经验来进行实验的创新与开发。
例如,静摩擦力方向的判定是很多学生头疼的地方,学生很难在脑海中想象两个相对静止,又有相对运动趋势的物体之间的摩擦力状况,教师可以使用两支牙刷,刷毛相对放置,水平推动上方的牙刷,让学生观察推动过程中,上下刷毛的形变方向,这种只用了牙刷这样日常生活中就可以见到的物品的实验,就能让学生清晰地看到实验现象,学生对知识的理解也就更加深刻。
再如,在学习静电除尘的内容时,传统实验装置过于复杂,教师可以使用蚊香、铁罐盒、静电起电机这三个工具组成实验装置,如图所示,实验时,点燃蚊香,烟会从铁罐盒内向上冒,接通静电起电机,烟会消失,实验现象十分明显,学生对该知识点的记忆也会更加深刻。
2、重视趣味小实验的设计和实施。课堂时间十分有限,在课堂上,教学效果最好的往往是那些用时很短,但却充满趣味性和启发性的小实验,因此,在物理课堂上,教师要经常设计一些趣味小实验,通过简单的小实验的演示,或给学生参与的机会,不但可以达到明确概念和规律等理论性知识的目的,还能有效培养学生的学习兴趣,启发学生的思维活动。
例如,在讲到“机械能守恒定律”的时候,就在上课的时候来了一次“自我牺牲式”的演示实验:首先拿来一个大铁球,用细线住并悬挂起来,再轻轻拉起铁球一直拉到下巴的位置,接下里突然放手使得铁球在空中荡起来,每当铁球荡过来即将砸到下巴的时候,下面的学生都是一阵紧张加惊呼,然而,每次教师都是“幸运”地躲过了铁球的攻击,安然无恙。这个惊险刺激的小实验在把学生注意力吸引过来的同时,也引发了学生的思考:为什么每一次小球都砸不到老师的下巴呢?其中是不是蕴含什么规律呢?在疑问的驱使下,学生自然会对接下来的教学内容产生浓厚的兴趣。
再如,学习自感现象的时候,教师可以摒弃传统的自做自说的实验方法,而是让学生亲身体会,让学生自己去感受自感现象。如图所示,使用两节干电池和一个电感线圈,设计一个触电体验的物理实验,也就是“千人震”。打开开关,学生会突然感受到电麻的触电感觉,身体上的刺激会让学生的印象更深,学生也更喜欢参与这样有趣的实验活动。
3、依托身边的新兴技术,提升实验测量的简易性和准度。现代科技的发展可谓是日新月异,给物理教学的实验设计带来很多新的思路。除了教材中所给实验器材随着技术的进步而不断创新外,我们教师还应该从技术的发展出发,将技术创新的相关思路拿到实验教学中来,推进着教师思考开发实验教具。
例如,超级电容的出现,现在电容值达到100F的电容器在网购平台可轻松买到,教师将其拿来,直接用于电容器原理的教学,其演示效果远好于小容量的电容;此外还可以对其充电后,将其作为临时电源用于研究安培力等实验,效果也很不错,而且电容器的充放电过程不涉及到化学反应,是种彻底的环保型电源,并且充电速度极快,使用寿命长,并能多次使用,性价比极高。再如,由孕妇的静电屏蔽服得到灵感,将手机放在金属盒子中,给学生演示静电屏蔽的原理;从手机频闪照相的功能得到思路,用频闪照相技术来研究一般化的匀变速直线运动、自由落体运动和平抛运动。
4、适当引入信息技术工具辅助演示实验,利用现代技术突破实验难点。有一部分实验是很抽象的,如课本中的行星运动、布朗运动,有些是在微观世界中进行的,没有与之相匹配的实验装置,又或者无法在教室中进行演示,学生无法形成较为直观的印象,这样的实验可以使用计算机进行辅助,弥补直观上的不足,降低抽象性。传统的实验工具与信息技术相结合,计算机模拟技术让过程清楚的展示出来。还有一些实验,是在瞬间完成的,学生没有时间去仔细观察,利用计算机放慢视频的播放速度,就可以让学生仔细观察实验过程了。下图为动画模拟简谐振动图象。
技术模拟始终是辅助,是不便于演示或很难看清难懂的演示实验,不能过分依赖计算机技术,更不能完全代替实际操作。
结语:物理学科是一门实践性很强的学科,教师在教学过程中不能捡了芝麻丢了西瓜,要实验和理论知识并存。在当前课改大环境下,在物理演示实验教学的道路上,依旧存在诸多艰难,任重而道远,需要每一位同仁的共同努力,真正重视实验教学,帮助学生全面的提升物理素养。