浅论物理演示实验的研究与改进

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1、论物理演示实验的研究与改进 物理学是一门以观察和实验为基础的科学。课堂演示实验是中学物理实验教学的重要组成部分，它不仅是建立物理概念和规律、理解和掌握物理知识不可缺少的环节，还能培养学生的观察能力、思维能力、探索精神以及良好的学习方法。也是变应试教育为素质教育，提高人才科学素质的重要手段。一、初中生的心理特点和物理的学科特点决定了物理教学中必须加强演示实验教学初中学生思维正处于具体形象思维向抽象逻辑思维过渡的阶段，其中形象思维仍起重要作用，抽象思维正在发展。在很大程度上，学生仍习惯于靠经验材料判断分析事物，不善于从理论上进行推导。心理学研究表明：人们认识事物存在着知觉优先的倾向。这就要求教师必

2、须给学生提供足够的感性材料和活动机会，加强演示实验。初中生的心理的另一个特点是好奇心强，喜欢探索自然的奥妙，兴趣广泛、强烈，但缺乏深度和稳定性。如果在教学中不失时机地进行实验就可以激发学生的好奇心，培养探索自然的兴趣和献身科学的精神。例如：我在复习声现象中的音调和频率的关系这个演示实验时提出“用一把钢尺还可以探究哪些声现象？”让同学们相互讨论，有的说可以探究响度和振幅的关系，有的说可以探究声音是怎样产生的，还有的说可以探究骨传导等等，一个有趣的实验，激发了学生的兴趣，整堂课学生精力旺盛，注意力集中。正如爱因斯坦所说：兴趣是最好的老师。从记忆角度分析，结合实验讲解的物理规律远比单纯的语言讲解留下

3、的印象深刻、久远。科学研究表明：语言信息和形象信息在头脑里的比例是1：1000，即头脑储存语言信息的能力。有人做过形象的比喻：一幢华丽的大楼，你看一眼再复认时，不用语言表达，便能认出。而让你读一遍作家对这一大楼的文字表述后，再去复认这一指定的大楼时，始终比不上“你曾看一眼的功夫”。原因是前者一瞬间建立起来的神经联系是一种立体的网状结构，而后者是依次性的链状结构。所以，在物理教学中把概念、规律通过演示实验转化为物理形象，便于学生记忆。物理学是一门实验科学。观察和实验是研究物理学的根本方法。一部物理学发展的历史，就是一部观察实验、总结规律、应用规律的历史。物理学离不开实验，物理教学更离不开实验。二

4、、演示实验的重要作用演示实验是连接认识的主体和认识的客体的纽带。物理概念和规律的建立离不开表象作基础，而表象的感性材料的获得，在很大程度上依赖于物理实验。有些物理概念和规律，学生在生活中很少感知，那么在主体和认识客体间就缺少必要的中介物。例如：在讲电和磁的关系时，只有做好实验，学生才能发现、理解电生磁、磁生电、磁场对电流有作用等物理现象。如果没有实验，学生就难以想象、理解电和磁之间的这种本质联系。学生头脑有时积累了一些感性材料、生活经验，但有些经验是模糊的、动摇的、甚至是错误的。这就要求教师在教学中进行生动演示，突出主要部分，使模糊的得以鲜明，对错误的加以改正。例如：学生根据自己的生活经验对运

5、动和力有些模糊的认识。在教学中就要做好斜面小车实验，分析实验，推出牛顿第一定律，在这基础上更好理解运动和力的关系。试想如果没有实验，教学将变得多么困难。 三目前物理演示实验存在的问题 1 课前准备不充分演示实验作为一种教学手段，是教师备课的重要内容，需要教师认真研究和准备。 有的教师轻视课前演示实验的准备工作，结果造成演示失败或出现意想不到的情 况，以致在课堂上手忙脚乱，“强行”让学生接受结论，教学效果很不理想。造 成这种情况的原因是多方面的，有的是思想认识存在问题，对实验教学不重视或 持怀疑态度；有的是疏忽大意，以为实验内容简单，以前做过或曾看见别人做过； 还有的是怕麻烦。这些都是演示实验教

6、学的大忌。教师在课前首先要准备好与实 验有关的全部仪器、材料。其次是在课前反复操作，直到熟练的地步，对于在实 验中可能出现的故障做到心中有数并能及时排除。第三是掌握演示时间，注意与 教学进度紧密配合。第四是教师要考虑除大纲和教材中规定的演示实验外，还可 以适当补充哪些小实验，或对现有的实验作必要的改进，以提高教学效果。例如 在讲解蒸发吸热这一问题时，教师可用方座支架、小烧瓶、细玻璃管、有色水和 小烧杯等组装一个伽利略气体温度计，用它来演示蒸发吸热现象比直接用普通温 度计演示现象清晰、直观。第五是要考虑在演示过程中如何引导学生观察，启发 学生思维，最大限度地发挥演示实验的作用。 2 操作不规范

7、操作规范是指教师在使用仪器、连接和装配仪器及演示现象时动作要准确、标准。 例如在使用托盘天平时，取用砝码、移动游码必须用镊子而不能用手；点燃酒精 灯后火柴签不能随手扔在地上，要放在专门的废物杯中；电路的连接应先接线路 后接电源，拆卸时先断电源，后拆线路；导线两端接头不是钩、叉时要注意导线 在接线柱上的绕向应同螺母旋紧的方向一致等。教师的一举一动都会给学生留下 深刻的印象，起到潜移默化的作用。教师的规范操作，不仅是实验成功的前提， 而且会使学生养成严谨求实的良好实验习惯。 3 实验用语不准确 教师在介绍实验仪器、阐述实验过程和总结实验结论时，语言必须准确不含糊。 有的教师在进行演示实验时不注意语

8、言的准确表达，对学生正确认识仪器、形成 概念、掌握定律就会产生不良的影响。例如在称呼仪器名称时就有三种错误现象： 一是随意更改仪器名称，如将滑动变阻器称为电阻器，将斜面小车称为木板小车 等。二是将类似的仪器混为一谈，如将圆筒测力计、平板测力计称为弹簧秤。三 是方言和普通话夹杂使用，对仪器的读音不准。又如在叙述实验结论时将“同名 磁极相互排斥”说成“相互推斥”；将阿基米德原理中的“重力”说成“重量” 等等。 4 唱独角戏，不让学生参与配合 演示实验不能先由教师做给学生看，再讲给学生听，使演示与讲解脱节。这种作 法忽视了学生学习的主动性，把学生当作被动接收的“仓库”，完全没有发挥出 演示实验的作用

9、，是不可取的。教师要在演示的同时引导学生观察，不断启发提 问，让学生分析、讨论，充分调动学生学习的积极性，使实验结论合情合理地被 推导出来。还可以让学生参与做实验，如让学生上前来读数或动一动手。例如在 进行马德堡半球演示时，先让两个“大力士”上来拉，不能将两个半球拉开，打 开活塞，让空气进入半球中，再让两个力气最小的学生来拉，却很轻松地将两个 半球分开了。两相对比，说明大气压强不仅存在，而且还不小，全体学生都留下 了深刻的印象。 5 可见度低 演示实验不仅要现象清楚，而且还要面向全体学生。教师要想方设法增大演示实 验的可见度。投影放大、机械放大、自制可见度大的仪器进行演示等都是常用的 方法。例

10、如说明磁体周围存在着磁场的实验可以采用投影放大的方法。如果直接 用型小磁针，因其底座是不透明的，面积又比较大，遮住了磁针，影 响学生观察。教师可在一块有机玻璃板上比照条形磁铁的大小，在其周围均匀固 定上根细针，同时将小磁针的两端分别涂上对比强烈的两种鲜明的颜色，便 于区分南北极。使用时将小磁针插在细针上即可进行投影演示。 6 用模型代替 演示实验模型与演示实验一样，都是传统的教学手段。对于一些无法进行演示的 物理现象如一些机器的内部结构、大型机械装置和设备的工作过程，就可用模型 来进行讲解。但模型无法替代演示实验，演示实验能够真实地、直观地再现物理 现象，而模型则不能。故教师要尽可能多做一些演

11、示实验。例如在讲解光的反射 时，有的教师用模型来代替光的反射演示器，用纸板上画好的线条来说明反射光 线和入射光线的关系，推导出光的反射定律。这样做教师不仅讲得吃力，学生也 难以信服。 四 怎样改进物理演示实验教学 1、重视演示实验教学，加强能力培养。 目前，学生普遍感到物理“难学”，其原因之一就是物理教学中缺乏实验。而一些经济发达的国家，他们非常重视物理实验教学和研究问题的方法，如日本初中物理的课时数只有75课时，但安排的学生实验却有20个，演示实验有130个，并且绝大多数都是研究性实验，基本形成以实验为中心的课堂体系。可见，他们的学生在实验方面得到训练和能力培养比我国的学生多得多，他们学生的

12、实验心理素质比我国中学生强。因此，在当前我国中学教育由应试教育向素质教育转变过程中，我们对物理实验教学，必须引起高度的重视，为了研究好这些课题，教师必须研究教材中哪些地方学生感到抽象、容易混淆、接受困难，并结合教学实际，研究解决的方法，努力开发一些直观的演示，同时在教学中引进近代物理学的某些思想方法和现代科学的新成就，例如：用激发演示光的干涉和衍射，用发光二极管演示电磁感应中机械能与电能的相互转化等。在实验教学中，可在规定的实验中，适当增加相关演示项目，使教学内容更加丰富，使学生的眼界更加开阔。例如“分子间作用力”的演示，可在两只乒乓球间夹上一段弹簧，球的外侧套上橡皮筋，平衡时，引力等于斥力；

13、增大球距时，引力大于斥力；缩小球距时，引力小于斥力。这样不仅培养学生对物理的学习兴趣，更多地拓宽学生视野丰富他们的想象，而且能有效地提高了学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力。 2、在演示实验中增加学生的参与。 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。传统的课堂教学，演示实验通常教师演示，学生看，但是很多实验学生根本看不清，特别是后边的学生。不同程度的限制和阻碍了学生智能和潜能的发展，直接影响学生实验心理素质的提高。因此，在演示实验中，应积极引导学生观察、猜想、分析、归纳总结，甚至在实验操作上让学生积极参与，让学生充分了

14、解实验的内容，多次重复，加深印象，巩固记忆。例如：在“楞次定律”一节的教学中，笔者变原来的课堂演示实验为边做边讲实验，每两位学生发一套实验器材（干电池、电流表、原线圈、条形磁铁、导线），实验中让学生首先观察电流方向与电流表指针偏转方向的关系，再观察原线圈的电流方向与磁铁运动方向的关系，把直观的材料作为培养学生知觉、观察力的材料，引导学生仔细、准确地进行观察，然后引导学生讨论、研究、对比、总结出感生电流所引起的磁场方向与磁铁运动方向的关系，最后训练学生用科学的语言描述，并解释所观察到的现象，从而顺理成章地写出楞次定律。可见，演示实验在教师指导下让学生参与，不仅有显示学生实验技能的机会，又能得到科

15、学方法的训练及能力的培养，加深理解和掌握物理概念和规律，同时可领略物理学的思想，培养科学态度和科学方法。 变验证性实验为探索性实验。 中学物理课堂演示实验可分为验证性实验和探索性实验，而大部分是验证性实验。验证性实验是对知识的正确与否加以验证，巩固和加深对基本规律和基本原理的认识。但是，对学生在学习物理的科学方法和科学态度方面不能得到锻炼，也不利于培养学生主动探索物理规律的能力，而探索性实验对培养学生思维能力、创造能力、自学能力、观察实验能力及解决实际问题的能力有独到的作用。正如爱因斯坦所说：“对真理的探索比占有更加宝贵”。 因此，在教学中可把一些验证性的实验变为探索性的实验。在实验教学中，要

16、尽量再现实验的设计过程，多让学生想想：“为什么要这样做？”“换种方法行不行？”以此渗透物理思想，启迪学生思路。例如在“牛顿第二定律”一节的教学中，笔者将这个验证性实验变为探索性实验。其研究方法：边学边做实验：首先让学生按照自己设计好的实验方案做实验，使学生从实验中初步认识物体的加速度a与物体的质量m及它所受外力F有关。然后，笔者再演示课本上的实验，规范操作，这样，不仅使学生掌握科学的实验方法，而且让学生观察实验过程，注意发现研究对象引起变化的原因和条件以及在实验中出现的现象，使学生对a和F、m的关系获得感知。探索知识：指导学生对问题进行具体研究，处理实验数据、列表、画出aF、a1m的图象。归纳

17、总结：师生共同分析、归纳、总结出牛顿第二定律。这样，让学生用实验探索和理论探研两种方法自我进行推证，在推证过程中学生就自然而然地对核定的研究对象、成立条件、使用范围、注意事项搞得一清二楚。让学生由学知识变为主动探索自然规律，对知识学得更扎实更牢固，同时使学生受到科学方法的熏陶。 4、合理运用多媒体，优化演示实验教学。 利用常用仪器、教具进行演示是一种最基本的手段，而利用多媒体教学，是教学现代化的重要标志，是教学改革的重要组成部分。因为多媒体教学是指在教学过程中运用系统科学的观察和方法，组织多媒体信息，形成合理的教学结构，以实现教学优化，使学生真正体会到物理学科的学习方法，提高学生观察及分析问题

18、的能力。如应用多媒体展示课堂实验无法演示的宏观的、微观的、极快的、极慢的物理过程，从而突破时间以及空间的束缚，进行逼真的模拟，灵活地放大或缩小物理场景，将物理过程生动形象地展现于学生眼前，使学生认识加强，理解透彻。例如，对于“LC电磁振荡电路”的振荡过程分析，笔者应用电子计算机的动画功能，展现了随着电容充放电的进行，LC回路中的电场能和磁场能之间的周期性变化，振荡电路的大小和方向变化的全过程，安全逼真，激发学生学习兴趣，使学生在学习过程中保持精力高度集中，思维高度活跃，求知欲高度旺盛的状态。对于可见度小，不易观察，且只能水平演示、观察的内容，例如水波的干涉、衍射现象，用发波水槽借助投影仪演示，

19、既起放大作用，又使其有动感，使学生看到清晰的干涉条纹，对学生脑子里形成正确概念有极大的帮助。但是还有部分同学对波的叠加原理难以理解，又缺乏想象力，为此笔者又用计算机模拟制作了一条直线上两传播方向相反的两列波的叠加，可十分形象直观地表现波的叠加，学生也容易理解，并取得了良好的效果。 利用多媒体进行物理实验教学，不但为教和学增添了信息的传输和接收通道，而且为教学创设了良好的情境，师生们置身于“情”、“景”中，以“物”思“理”，又以“理”认“物”，这对物理的各种题型的实验教学有着积极的意义，对提高物理课的素质教育教学有着广泛的前景。 总之物理课堂演示实验要与学生的分组实验有机地结合起来，努力培养学生

20、的下面几个方面的基本实验要素：一是仪器使用的一般知识；二是测量误差与数据处理的知识，其中特别是图线处理数据中，区分已知规律与未知规律的不同方法；三是间接测量的基本知识，要从测量出发理解实验装置、原理、方法、条件保证、操作步骤以及数据的记录与处理；四是验证性实验的验证思想，特别是要懂得将理论结论与实验结论比较的思想。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。三、本人在实验教学中，注意并做了以下几个方面的工作：1、上课前作好充分准备，注意实验的细节问题，以免出现意想不到的失误，以确保实验成功，提高课堂效率。图 12、自制仪器，简便易

21、行。教学中自制简易仪器进行实验，往往会取得良好的教学效果。例：在讲二力平衡一节中，我自制了一个正方形硬纸片，如图1放置，以硬纸片为研究对象，说明硬纸片处于静止状态时，F1、F2是平衡力。然后由实验研究二力平衡的四个条件。对于两个力在同一直线上和作用在同一物体上这两个条件初中学生掌握不好，对此我对实验做了如下处理：转动硬纸片，保持F1、F2大小相等、方向相反、在同一物体上但不在同一直线上，松手后硬纸片不平衡而发生转动；硬纸片静止后，用剪刀沿对角线剪开硬纸片，纸片不再平衡，钩码掉到了地上。学生在笑声中自然理解了两个力要达到平衡，必须是在同一物体上。3、注意实验的可视性。演示实验必须让全班同学都能观

22、察清楚，所以必须注意实验的可视性，例如：在电学实验中，把各元件固定在插孔式演示板上，挂起来进行实验演示，增强实验的可视性。4、注意实验的整体效应。例：在功的原理一节教学中，我把杠杆、动滑轮固定在同一演示板上，并用红纸条标好刻度，然后演示用它们提起重物的情况。这样既增加了实验的可视性，又便于学生注意用杠杆、动滑轮做功的共同点，总结出使用机械不省功的原理。排除了分散实验对学生的思维干扰，提高了课堂效率。图 25、对教材实验的改进。例：在熔化和凝固一节中，教材采用萘来研究晶体熔点，但由于种种原因，在实验中很难使萘在较长时间内恒温熔化。本人对晶体熔点的演示做了如下改进。如图2将冰块在塑料袋中压成冰末后放入试管中，然后插入温度计，将试管放入烧杯水中。若实验时气温较高，上课前可向烧杯水中放入少些冰块使水降温。经过以上处理，冰可在十几分钟内保持O缓慢熔化，取得了良好的实验效果。