活用演示实验 促进自主探究

江翔

摘 要：在今天新课程背景下，演示实验已不仅仅是为了引出概念、验证规律、提高感性认识。演示实验在物理教学中除了要展示物理概念和规律，而且要展示通过实验建立概念、规律的过程，学习科学研究的方法，培养创新意识和实践能力，使学生对物理科学有一个完整的认识。本文以课本“观察超重现象”演示实验为例，拓展实验教学内容，优化实验教学设计，引导学生主动探究，促进有效课堂教学。

关键词：演示实验；拓展内容；教学设计；自主探究；培养能力

高中物理（必修1）中“超重与失重”是在学完牛顿运动定律的基础上来探索和研究超重和失重的问题。本文对教材中的演示实验——“观察超重现象” （如图1）进行拓展，优化教学设计，以使教学过程符合由感性到理性的认识规律，让学生充分全面探究规律，有利于学生对牛顿运动定律知识的理解和深化，有利于培养学生的思维能力。演示实验的教学功能是培养学生的兴趣和激发学生的求知欲；创设学生有效掌握知识的学习环境；训练学生的科学方法；培养学生良好的科学素养 [1 ]。

1 创设问题情境，激发认知冲突

教学中，通过设计一个实验创设情境，激发学习的兴趣和动机，起辅垫作用。在此实验前，先不急用弹簧测力计来拉钩码，而是用细线挂上一个大钩码，然后迅速向上提，如图2所示，观察实验现象：线断了。通过细线断掉使学生心理产生一定震憾，又有点惊愕，从认知角度看，打破学生原有的认知结构，使他们思维活跃起来，有效调动他们学习的积极性。但是这还不够，可以通过已经创设的问题情境，进一步引导，及时抓住学生闪现出来的认知矛盾，激发学生思维，为什么细线会断？自然而然就想进一步探究是否真得是细线承受拉力增大了？接着引导学生将细线换成弹簧测力计来测拉力大小。

2 提高感知效果，培养观察能力

从心理学的角度分析，第一，演示实验的教学要求有明确实验目的，激发学习动机，让演示实验和一定教学内容、教学方法、教学过程等相结合，才能发挥演示实验的功能。第二，观察是有目的、有计划、比较持久的知觉。在观察演示实验过程中要现象直观明显，突出观察重点、教给观察的方法、引导学生从整体到局部，再从局部到整体进行观察思考，培养观察的思路，使学生观察和思维活动结合起来，培养学生观察和思维的能力 [2 ]。在用弹簧测力计做超重实验之前，可先用橡皮筋代替弹簧测力计模拟实验过程，将这个演示实验改为分组实验，便于观察，培养学生观察能力，让学生通过观察皮筋形变来体会弹力大小变化，这样现象直观，在实验过程中，引导学生对各阶段观察结果进行比较，旨在引导学生在探究实验过程中进行分段观察，明确观察的过程，突出观察重点，同时获得直观形象拉力变化的感性过程。对于后面用弹簧测力计分组实验要注意分段观察打下基础。

3 拓展内容探究，培养思维能力

这部分演示实验让学生分组探究，手向上提测力计，如图3，钩码由静止向上运动再到静止，弹簧测力计示数如何变？（演示过程时间比较短，为了看清读数变化，也可将此装置稍做改造，在弹簧测力计指针的行程槽上加一块泡沫方块，拉动弹簧测力计，方块跟着指针一起运动，具有记忆功能），这阶段要注意引导学生分阶段观察，为了能让学生全面深层次探究，实验中拓展实验内容，再将钩码，由静止向下运动再到静止，让学生观察弹簧测力计示数如何变？与前面一次测力计读数有什么不同？为了能够正确理解超失重的概念，纠正学生认为向上运动就是超重，向下运动的就是失重的错误观念，教学中设计了对比实验，启发、引导，让学生对各阶段观察的现象进行比较、分析，归纳，抽象出超、失重的本质规律，并填下表1。

通过列表让学生交流分析，得出超重条件是加速度方向向上，与速度方向无关。 通过实验设计，拓展探究，并比较实验现象结果，可以培养学生分析，归纳能力，促进学生思维从感性到理性的升华，加深对超失重现象物理规律的理解，训练了科学研究方法，同时实验过程中也培养学生交流合作精神 [3 ]。

4 引导学以致用，关注社会生活

在课前布置学生乘坐电梯，课上让学生谈体验超失重状态现象，再播放乘坐电梯超失重现象视频，为了能让学生知其然，还要知其所以然，要求学生能否利用所学的牛顿运动定律的知识理论分析为什么会产生超重、失重现象？使演示实验教学功能进一步更深层次发挥，培养学生分析处理数据的能力及应用物理知识解决有关问题的能力。理论分析如下：以向上加速为例：受力如图4。

根据牛顿第二定律F合=ma可得F-G=ma，

可得F=mg+ma ，由牛顿第三定律可知F ′=F=mg+ma>mg，物体超重。

将电梯视频中台秤数据进行对比分析，使学生更清晰、直观地体会上升和下降过程的超失重现象，并且引导学生进一步分析问题，利用所学知识来定量分析超失重的原因，达到学以致用，巩固所学知识。当然，为了更好地倡导“从物理走向社会”的教学理念，可让学生课外探究体验称体重过程中的超失重现象，通过课外探究实验，拓展了探究的时间和空间，培养学生科学态度 [4 ]。

5 变式创新仪器，激发积极情感

为了能够激发学生学习兴趣，可以自制教具，创新超失重演示的仪器，如图5装置，不用指针指示超、失重现象，而在长方体重物的一边装一个电刷，在其旁边分上、中、下依次安装红、黄、绿三个小电珠，使它按图6连接着（电池可安在板后面），重物处于常态时，电刷与B铜片接触，黄灯亮；当重物处于失重状态（达一定程度）时，电刷与A铜片接触，红灯亮，当重物处于超重状态时，电刷与C铜片接触，绿灯亮。这样当向上提弹簧一端时，就会看到不同颜色的灯亮。

此演示实验可用来在课尾让学生根据所学的超失重知识来解释，应用所学知识解决问题，达到学以致用。同时不同颜色的灯亮暗，给学生以美的视觉享受，达到美育功能，激发积极情感。当然此演示实验也可用在引入新课上，激发学生学习的兴趣和求知欲。

总之，教师设计演示实验应该紧密联系教学内容和明确演示实验的目的，一切从学生出发，应注重创设物理学习的良好情境和学生的参与，突出学生的主体地位，在课堂教学的不同环节，适当拓宽演示实验教学内容，合理设计演示实验，使教学内容层层递进，逐渐深入培养学生思维；适当地将探究教学的思想渗透到演示实验教学中，让学生主动体验获得知识过程。注重实验资源丰富化，通过利用身边的物品改进和设计演示实验，充分发掘物理演示实验中巧妙的构思和方法，以激发学生兴趣，突出重点、突破难点，深化理解知识，使学生多方面都得到发展；注重教学形式的多样化，并让多媒体技术与实验教学有机整合，互相补充，发挥演示实验的功效，提高课堂教学效果；注重情感教育，知情并进，构建知、情、意、行的合谐统一的教学氛围；注重将所学知识与生活联系，将所学知识应用于解决实际问题，体现从“物理走向社会”，达到学以致用的目的。

参考文献：

[1] 阎金铎 主编，陶洪著.物理实验论[M]. 南宁：广西教育出版社，1996.

[2]胡卫平， 孙枝莲 ，刘建伟.物理课程与教学论研究[M] .北京：高等教育出版社，2007.

[3]张德启，李新乡，陶洪，王崇光.物理实验教学研究[M].北京：科学出版社，2005.

[4] 江 翔.高中物理演示实验教学功能认识及实践研究 [D].福建师范大学，2010.