王 欣 閆玉芝 王鳳蘭

☆本期關(guān)注：物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)☆

物理教學(xué)呼喚物理實(shí)驗(yàn)

王 欣1閆玉芝2王鳳蘭1

物理是學(xué)生感覺比較難學(xué)的科目，有很多學(xué)生因?yàn)槲锢黼y學(xué)而棄理從文，有的學(xué)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，運(yùn)用物理實(shí)驗(yàn)，可以突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)，通過學(xué)生的感悟、體驗(yàn)形成能力，降低物理學(xué)習(xí)的難度，樹立學(xué)好物理的信心。但是在物理教學(xué)中做實(shí)驗(yàn)需要花費(fèi)比較多的金錢，耗費(fèi)比較多的時(shí)間和精力，而且只通過筆試測(cè)驗(yàn)，做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生和沒做過實(shí)驗(yàn)的學(xué)生相比，往往沒有明顯的差異。這就導(dǎo)致了長(zhǎng)期以來，在中學(xué)物理教學(xué)中存在很少做實(shí)驗(yàn)或根本不做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，其突出表現(xiàn)是：“教師的理論講授+學(xué)生大量的筆頭練習(xí)”。

由于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力結(jié)構(gòu)與學(xué)生參與的活動(dòng)密切相關(guān)，所以這種缺失的教學(xué)模式將導(dǎo)致學(xué)生畸形的智能結(jié)構(gòu)，毋庸置疑，這會(huì)嚴(yán)重影響物理教學(xué)的質(zhì)量。例如：在講解《分子間作用力》時(shí)，如果不采用實(shí)驗(yàn)教學(xué)，那么比較抽象的這部分知識(shí)就會(huì)枯燥無(wú)味。相反，在教學(xué)中采用一些演示實(shí)驗(yàn)：“酒精與水混合體積變小”和“兩個(gè)表面光滑的軟鉛塊可以相互黏合”的實(shí)驗(yàn)；再采用幾個(gè)學(xué)生分組的小實(shí)驗(yàn)：“拉壓橡皮”“將玻璃片拉離水面”等實(shí)驗(yàn)。這樣，通過演示實(shí)驗(yàn)，將作用力加以放大，使學(xué)生對(duì)“分子間存在空隙并且存在作用力”得以形象理解；同時(shí)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)習(xí)慣、科學(xué)思想、科學(xué)方法以及嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)、協(xié)作精神、健全的人格、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，形成持久的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，從根本上解決學(xué)生學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)過重的問題，更重要的是充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，可以把握課程改革的正確方向。

因此物理教學(xué)呼喚物理實(shí)驗(yàn)，學(xué)生渴望物理實(shí)驗(yàn)。這也是由物理感知的特點(diǎn)、學(xué)生學(xué)習(xí)物理的特點(diǎn)和物理教學(xué)的本身特點(diǎn)共同決定的。

一、物理感知的特點(diǎn)

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(jìn)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(dòng)。要使學(xué)生通過自己的認(rèn)識(shí)活動(dòng)和教師的定向誘導(dǎo)在物理實(shí)驗(yàn)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(zhǔn)確而生動(dòng)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(jìn)一步與觀察者的大腦相互作用。在學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)過程中，無(wú)論是物理現(xiàn)象、物理過程，還是教學(xué)信息，都通過幾種媒介先與學(xué)生的多種感官發(fā)生作用，然后是學(xué)生的感官與大腦相互作用。物理學(xué)是建立在物理現(xiàn)象、物理事實(shí)、物理過程的感知基礎(chǔ)上的。在物理教學(xué)過程中我們也要在物理現(xiàn)象的觀察中和物理實(shí)驗(yàn)中總結(jié)、建立、檢驗(yàn)物理規(guī)律。

在物理教學(xué)中加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，是擴(kuò)大學(xué)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(shí)驗(yàn)和學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，聲、光、電的刺激給學(xué)生展示出了一幅物理現(xiàn)象的奇特景象。學(xué)生的感官同時(shí)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(jī)械能守恒定律》時(shí)，先將一個(gè)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(xué)生背對(duì)背站在距鉛球平衡位置等距離的兩側(cè)，并且使兩名學(xué)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(xué)生頭的后部，然后釋放，當(dāng)鉛球在兩名學(xué)生之間來回?cái)[動(dòng)時(shí)，學(xué)生都擔(dān)心鉛球會(huì)碰到兩名學(xué)生的頭部，心里非常緊張，當(dāng)他們看到鉛球并沒有傷害到學(xué)生時(shí)，在有驚無(wú)險(xiǎn)的狀態(tài)中產(chǎn)生了疑問和興趣。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)也是擴(kuò)大學(xué)生物理感知量的很好途徑。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生親自觀察、分辨、操作、記錄、分析。不僅學(xué)生的視覺和聽覺獲得物理信息，同時(shí)學(xué)生的觸覺也有了鍛煉和獲得物理信息的機(jī)會(huì)。

二、學(xué)生學(xué)習(xí)物理的特點(diǎn)

高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣特點(diǎn)主要表現(xiàn)在學(xué)習(xí)的興趣與思維的特征上。在實(shí)驗(yàn)中，高中學(xué)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(xí)慣的努力而聚集，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的理解也較深刻，因而利于從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)規(guī)律、推導(dǎo)公式、運(yùn)算習(xí)題。高中學(xué)生的思維處于過渡期，即從具體運(yùn)算向形式運(yùn)算過渡。

研究學(xué)生學(xué)習(xí)物理的認(rèn)知機(jī)制發(fā)現(xiàn)，直觀教學(xué)和直接的體驗(yàn)也是符合人們認(rèn)識(shí)規(guī)律的。如超重和失重的演示實(shí)驗(yàn)(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(dòng)紙條而使紙條斷裂。接下來，設(shè)置懸念，問：“哪位同學(xué)能在不接觸磚和木板的情況下抽出紙條？”并讓他們到講臺(tái)上去演示，當(dāng)學(xué)生找不出辦法時(shí)，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(shí)學(xué)生卻非常想知道原因。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新課教學(xué)。再如在學(xué)過力的分解部分知識(shí)后，為了便于理解重力產(chǎn)生的作用效果，設(shè)計(jì)了如圖2所示的裝置讓學(xué)生親身體會(huì)重物對(duì)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(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，也豐富了學(xué)生的感性經(jīng)驗(yàn)。

圖1

圖2

因此，在教學(xué)中就必須給學(xué)生提供足夠的感性經(jīng)驗(yàn)和活動(dòng)機(jī)會(huì)，而物理實(shí)驗(yàn)恰恰是最好的手段。

三、物理教學(xué)的本身特點(diǎn)

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

物理學(xué)本身是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)。物理從實(shí)驗(yàn)中誕生、發(fā)展，又在實(shí)驗(yàn)中得到檢驗(yàn)、驗(yàn)證，并向更高的層次進(jìn)展。因而物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)是直觀性原則的主要依據(jù)和基礎(chǔ)。一個(gè)物理現(xiàn)象，語(yǔ)言的描述不能代替對(duì)現(xiàn)象和事實(shí)的直接感知。物理學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以憑借教師的語(yǔ)言、教材的闡述以及自己的物理語(yǔ)言表述，更準(zhǔn)確、更快地感知具體的物理現(xiàn)象和物理過程，從而更精細(xì)地、有方向性地感知物理客體的結(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)。

因此實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要基礎(chǔ)，是物理教學(xué)的重要內(nèi)容，是物理教學(xué)的重要方法，是物理教學(xué)的重要手段，是認(rèn)知的重要工具，是進(jìn)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(yàn)的重要途徑，是培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度、感悟科學(xué)方法、形成科學(xué)觀念的重要過程，是檢驗(yàn)理論的重要標(biāo)準(zhǔn)，是培養(yǎng)合作意識(shí)、合作能力的重要途徑，是培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要基礎(chǔ)。物理教學(xué)的直觀性原則要求給學(xué)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(shí)驗(yàn)應(yīng)充分地、恰到好處地運(yùn)用。

為突破人教版選修部分“靜電場(chǎng)”概念抽象的教學(xué)特點(diǎn)，結(jié)合教學(xué)要求和學(xué)生特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)中收到了很好的效果，現(xiàn)從中選取幾個(gè)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(jī)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(jī)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(dòng)，會(huì)觀察到易拉罐跟著向前滾動(dòng)。

也可以讓學(xué)生利用給定器材進(jìn)行比賽，看誰(shuí)用棒吸起的乒乓球多。器材：有機(jī)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(jī)玻璃板一塊、干燥潔凈的毛皮一塊、一個(gè)帶絕緣柄的金屬盤，適當(dāng)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(jī)玻璃用力按壓快速摩擦，右手持絕緣柄將金屬盤置于有機(jī)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(huì)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(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)

器材：氖管一個(gè)(一般發(fā)光電壓為50～90V，發(fā)光時(shí)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(dǎo)體、潔凈干燥的毛皮、潔凈干燥的有機(jī)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(gè)電極上，使用時(shí)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(jī)玻璃棒，針尖發(fā)生尖端放電氖管發(fā)紅可檢驗(yàn)有機(jī)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(jī)玻璃棒給帶絕緣底座的錐形導(dǎo)體帶電，用氖管的尖端移近導(dǎo)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(dǎo)體的電荷分布特點(diǎn)。

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(tái)、感應(yīng)起電機(jī)、均勻涂有2B鉛筆鉛的乒乓球兩個(gè)、硬銅絲兩段、導(dǎo)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(gè)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(tái)上，用導(dǎo)線將感應(yīng)起電機(jī)的兩電極分別與兩鋁板相連，將B放在下方的鋁板上，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)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(shí)看到B在顫抖；取下B，在同樣的位置放上A，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)的手柄，看不到火花，聽不到聲音更看不到顫抖；同時(shí)放上A和B，搖動(dòng)感應(yīng)起電機(jī)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(dāng)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(diǎn)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(jī)，細(xì)一些的固體膠、導(dǎo)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(dāng)長(zhǎng)度用導(dǎo)線與起電機(jī)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(yǔ)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(dòng)感應(yīng)起電機(jī)的手柄看到紙灰在快樂舞蹈，經(jīng)適當(dāng)時(shí)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(yǔ)或句子。

[1] 梁樹森.物理學(xué)習(xí)論[M].廣西：廣西教育出版社，1996

[2] 苾子宏.物理教育學(xué)[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(xué)[M].廣西：廣西教育出版社，2002

[4] 陳琦，劉儒德.當(dāng)代教育心理學(xué)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2000

[5] 裴娣娜.教育研究方法導(dǎo)論[M].安徽：安徽教育出版社，1995

稿件編號(hào)：P1103114

王欣，碩士，中教一級(jí)。

1.哈爾濱師范大學(xué)。2.哈爾濱師范大學(xué)附屬中學(xué)。