做好物理演示实验 提高学生学科素养

金林军

摘 要：实验是物理教学不可或缺的组成部分，演示实验因其能够帮助学生建立概念、理解规律，在物理教学中扮演著重要的角色.新课改及新高考对培养学生的学科素养有了明确的要求，做好演示实验对激发学生学习兴趣，培养学生物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任等方面能够起到很好的作用.

关键词：演示实验;课堂教学;学科素养;高中物理

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2021）03-0052-02

物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学学科.实验教学是培养学生物理学科素养的重要途径，在物理学科的学习与研究中起着重要的作用，是其他教学过程不能替代的.高中物理实验教学包括演示实验和分组实验两部分，而演示实验又可以分为真实实验和模拟演示两类.笔者结合人教版高中物理教材从以下几个方面阐述在教学过程中对于物理演示实验的所做所思.

一、演示实验在物理课堂教学中的重要意义

随着以培养学生学科核心素养为教学目的的新一轮课程改革热潮的掀起，物理演示实验因其承载着对学生物理观念、科学探究等方面素养培养与提升的重要作用，其重要性也再一次突显在物理教师面前.演示实验易于操作、便于观察，作为课堂的引入，可以说明某个物理概念.同时，演示实验能够激发学生的学习兴趣，增加其对物理知识探索的渴求性.此外，对于抽象的物理概念及规律，演示实验的教学有利于学生对知识的认识，加深其对物理概念及规律的理解.

例如，在认识微小形变的概念时，通过挤压灌满染色水的扁平玻璃瓶，让学生观察吸管中的水柱上升与下降来理解微小形变的概念，进而让学生理解只要存在弹力，必定有形变.再如，在认识决定惯性大小的因素时，通过让学生比赛吹乒乓球（一只灌满水，一只没有水），使学生在“游戏”中理解质量是决定惯性大小的唯一因素.又如，在学习反冲这一概念时，利用发射自制水火箭的实验演示，或是利用灭火器喷出干粉反推滑板车的实验演示（该实验需要实验老师怀抱灭火器坐在滑板车上），让学生认识反冲现象，进而理解反冲原理.此外，在曲线运动速度方向的教学过程中，如果没有演示实验，仅通过观察人教版教材中的图片（砂轮打磨飞出的铁屑、运动员扔出的练球），学生很难理解做曲线运动的物体速度方向是沿曲线上某点的切线方向.由此可见，演示实验不仅激发了学生对物理世界探索的兴趣，使学生获得物理知识的同时增加了他们对物理概念及规律的认识和理解.二、优化真实演示实验，增强实验的效果

1.改进实验方法，提高演示实验的效果

目前，教材中有些演示实验看似可行，但实际操作起来存在一些不足，因此我们需要对这样的实验做一些简单的改进，使之便于操作，提高实验的效果.

例如，人教版高中物理必修一教材在处理牛顿管演示自由落体运动的实验时，是让玻璃管倒转，让不同物体同时落下.理论上符合实验要求的，但实际操作中会存在这样一个问题：玻璃管还没能达到竖直状态各物体就已经在玻璃管中沿玻璃管下滑，各物体下落前已经获得了一定的初速度，影响了实验效果.

对此，我们可以适当做一些改进.比如可以用磁铁将铁片在玻璃管底部吸住并且将纸片或羽毛夹在铁片与玻璃管壁之间，之后倒转玻璃管，移走磁铁，就能满足让物体静止开始下落.但是经过实验发现，移走磁铁的过程中由于磁铁对铁片的吸引不是立即消失的，磁铁移走时会对铁片的位置和速度有一定的影响，因此我们可以将永磁铁换成电磁铁，之后固定在铁架台上，调节好竖直，通过电路通断来控制物体的下落，这样可以尽可能减小磁性对实验的影响，大大提高了实验效果.

2.选用DIS实验系统，简化实验操作，提高演示实验的精确性

有些演示实验利用传统的器材操作在测量和处理数据时相对作较为繁琐，而且测量的结果并非精准.

人教版高中物理必修一教材处理测量最大静摩擦力的实验时，将一个小纸团卡在弹簧测力计指针上，沿水平方向拉静止的小木块，纸团会随弹簧测力计指针移动，直至拉动木块，弹簧测力指针回弹读数减小，而纸团不会跟着回弹，这样就能测出最大静摩擦力了.实际操作时，纸团卡得太紧会增加阻力，卡得太松，小木块由静止开始移动的同时，纸团也会因弹簧测力计震动而发生移动，而且纸团相对较大，造成的读数误差也较大.用力的传感器操作该实验，利用计算机采集数据，则无需这样的繁琐操作，计算机会准确的将力的变化情况记录下来，提高实验的效率和准确性.

再如用力的传感器来演示探究作用力与反作用力的关系的实验，通过计算机对实验结果的处理可以得到比较精确的结果.又如，用弹簧测力计演示超重与失重的实验时，学生难以观察迅速上下移动的弹簧测力计拉力的变化.改用传感器操作，利用计算机记录实验数据图象，可以很好的解决这一问题.

三、做好模拟演示实验，提高课堂教学效率

有些实验因为受到场地的限制或是有些微观现象无法在课堂上当堂演示，而如果没有这些实验的教学，学生对一些概念、规律又难以理解，这时就可以利用模拟演示进行课堂教学.模拟演示可以是利用视频录制的演示实验、也可以是利用计算机软件制作的物理动画，或者是用相关的器材制作的模型进行演示的实验.

例如，为了让学生理解超重和失重现象，需要在电梯运行的过程中观察悬挂重物的弹簧测力计示数的变化，这时就可以提前录制好相关视频在课堂上播放.另外，一些难以观察到的现象、具有较大危险性的实验如放射性实验的操作，可以利用相关的视频讲解展现给学生.这种实验方式的优点在于视频的播放可以放大、放慢实验现象（比如观察射击时的反冲现象等），可以展现一些危险的实验过程（比如原子弹爆炸的现象），同时利用感官上的刺激提高学生学习的积极性.

此外，一些实际操作困难或者无法操作的演示可以用动画的形式展现给学生.如，探究小物块在传送带上留下的痕迹，分析小船渡河问题，研究飞机投弹演示的平抛运动，研究金属内部自由电荷的运动情况、描述电容器的充放电的过程等都可以用计算机软件制作成动画课件帮助学生理解.

模型的演示在高中物理实验教学中不多见，主要是用在一些微观现象的分析过程中.比如，研究分子间作用力与分子间距离关系时，可以用两头带有小球弹簧制成的模拟分子间作用力的演示仪来分析分子间作用力.通过压缩弹簧分析分子间的斥力，拉伸弹簧分析分子间引力，这样做比利用粉笔来“写”实验，利用嘴来“讲”实验要形象的多，也更加容易让学生寻找其中的相关规律.

四、自制器材进行趣味实验，培养学生的创新能力

新课程标准把学生创新能力的培养作为达成物理教学的目标之一.教师可以结合教材中的课后习题、思考讨论或者做一做等的相关内容制作一些简易的实验器材用于课堂上的演示实验，能够激发学生的学习兴趣，提高学习效果，进而达到培养学生创新能力的目的.

如学习《通电导线在磁场中受到的力》时，利用圆形强磁铁、干电池和粗铜丝制作一个无支架的电动机在课堂上演示，加深学生对安培力的认识，使之明白驱动电动机转起来的力就是安培力.该实验中的电动机可以制作成让铜丝旋转、也可以让吸有圆形强磁铁电池旋转，让学生理解磁铁对通电导线有力的作用，通电导线对磁铁也有力的作用，加深其对作用力与反作用力的认识.再如，学习《生活中圆周运动》以及《机械能守恒定律》时，可以用粗铜丝和PVC线槽搭建圆形轨道，观察、研究小钢球在竖直平面内的圆周运动，分析小钢球运动过程中的受力情况以及机械能的变化情况.

自制器材实验让学生进一步的理解了所学知识，激发了学习兴趣，让他们明白到物理试题来源于生活，课堂上学习的物理知识可以用以解决生活中的问题.

高中物理教学中的演示实验还有很多，需要我们在教学的过程中不断探索、研究与优化.利用好每一次演示实验，激发学生的学习兴趣，帮助学生建构知识，提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，提升学生物理学习的基本素养.

参考文献：

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[2]孔秋艷.同实验 异演示——优化物理课堂演示实验教学[J].教学仪器与实验，2015，31（05）：6-10.

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[责任编辑：李 璟]