高师学生开发中学物理演示实验教学资源的价值

王 震 顾岱泉

（辽宁师范大学，辽宁 大连 116029）

1、高师学生与中学物理演示实验教学资源

在中学物理教学中有利于物理教学目标得以实现的所有因素，都称为教学资源，例如教科书、教师和学生的教学用书、物理演示实验、录像带、视听光盘、互联网、图书馆、博物馆、工厂、农村和商场等。多样化的教学资源丰富了中学物理教学的内容，同时也影响着物理教学目标实现的程度。

物理演示实验是中学物理教学方法的一种体现，又是中学物理教学资源中重要的组成部分。演示实验作为物理教学资源，有其自身的特征和教学价值，使得它在中学物理课堂教学中起着不可替代的作用。演示实验突出要研究的物理过程，注重分析实验现象产生的原因，形象、直观的演示又让学生更容易理解物理概念和物理规律，学生的观察能力、分析能力和归纳能力都会得到发展。同时演示实验生动的演示过程，出乎意料的结果，与学生认知上的冲突，都极大地引起着学生学习物理的兴趣，激发学生求知的欲望。

高师学生作为未来的物理教师，有必要对物理实验教学资源的价值有一个深刻的认识，并尝试去研制和开发实验教学资源，更好地丰富中学物理教学资源的同时，也提高了高师学生从师的专业素养。

2、物理演示实验教学资源开发的价值

所谓价值，就是客体与主体需要之间的一种特定（肯定或否定）的关系[1]。客体是价值存在的前提，客体对主体是否有价值，价值的大小，取决于客体是否能满足主体的需要，满足了主体的需要，客体就有了价值。教学资源的开发作为我们研究的客体，它是否有价值及价值的大小，归根结底要看对客体，即对师范学生需要的满足程度如何。如果教学资源的开发能够满足高师学生专业发展的需要，它就是有价值的。

2.1 满足高师学生专业发展的需要

中学物理教学已经明确地对教师提出：“教师要选择与学生生活联系密切的素材用于教学。课堂教学中，教师可以使用可乐瓶、易拉罐、饮料吸管、胶带纸等生活中的常见物品来做物理实验。学生的课后作业也应该因地制宜地引导学生关注周围的生活，例如游乐场中的物理，车站、码头上的物理，超级市场中的物理等。把这些与学生的生活密切相关的事物引入物理课，就会增加学生对物理课的亲切感。”由此可见，中学物理教学过程需要有利于教师教学和有利于学生学习的物理教学资源，有了实际的需要，教学资源也就具有了自身的价值。

作为一名师范学生，入职前的大学学习不断地满足学生的专业发展需求。学生专业素质发展和形成的过程中，教学资源开发的价值已经清晰地呈现在学生的头脑中。学生们已经认识到，物理演示实验在新课的引入，衔接已有知识与新知识之间的联系，帮助学生建立物理概念和物理规律，帮助学生巩固所学的知识，以及应用所学知识解释实验现象和归纳实验结论等方面都体现着自身的价值，促进着中学物理课堂教学目标的实现。高师学生意识到物理演示实验教学资源在中学物理教学中发挥的特殊作用，他们就会有意识地、自主地、多渠道、多方式地开发物理演示实验教学资源，以满足自身专业发展的需要。

2.2 有利于高师学生探究精神的养成

高师学生在学习的过程中，往往过于注重对学科专业知识和方法的理论学习，高校教师也过于注重对理论知识的讲授与阐释，而“探究学习方式”在培养学生实践能力与创新精神中所体现出的重要价值却被忽视了。未来的物理教师除了对专业学科知识和研究方法的学习外，还需要亲历探究学习，而制作和开发物理演示实验资源正是探究学习方式在实践中的运用。

物理演示实验教学资源开发的价值主要在于突出实践性特征。高师学生选择设计内容，构思实验方案，动手设计实验，改进实验仪器，不断探究，不断反思，直至实验的成功，都需要学生主动参与。资源开发的过程中强调学生亲历“探究”，学生们凭借的是课堂上学到的专业知识，在探究解决问题的过程中进一步增强了对已有知识的理解和运用。尤为重要的，学生在开发物理实验资源的实践活动中质疑问难、实事求是、不断改进与创新，培养了高师学生不懈探索的科学精神。

2.3 物理教学资源开发的价值在于应用

物理实验教学资源的开发是利用的前提，利用是开发的目的，在利用的过程中会促进更进一步的开发。物理实验资源开发的价值要求高师学生着眼于现实的应用，要以是否有利于中学生的发展为宗旨，要开发来自学生，接近学生生活，从生活走向物理的资源。开发出来的实验资源在课堂运用的过程中又能得到进一步的改进，资源的教学价值就会不断地被挖掘出来，提高中学物理课堂的教学效果。比如，高师学生自制了物理实验仪器，并把它应用到了实际的物理课堂教学中，教师在教学中又可以不断地完善和改进仪器，更好地发挥出实验资源在教学上起到的价值。

3、开发物理演示实验教学资源需要注意的问题

为了更好地开发物理演示实验教学资源，需要高师学生在自制、研究物理实验资源的过程中，注意一些问题。

3.1 有效利用实验室资源

高校的物理实验室资源是物理教学资源中最重要的资源之一。学校和教师应该提供给学生研究和开发教学资源的环境，积极鼓励学生，让学生能够有机会进行自主探究活动，培养学生的科学探究能力。教师鼓励学生最大限度地利用实验室现有的器材，鼓励学生就地取材，尽量使用校内和本地资源，充分挖掘每个仪器的实验功能，对已有的实验进行改进或设计出新的实验，使资源发挥最大的作用。教师还要鼓励学生尽可能开发出对当前教学有现实意义的演示仪器，因此学生要有明确的设计目的，设计的演示实验与教学内容要有紧密的关联，促进中学生对知识内容的理解。

以笔者学校物理学院为例，演示实验室面积近600平方米，实验馆分力热实验馆、电学实验馆、光原实验馆和教具制作室等，其中学生开发和研制的中学物理演示实验仪器近300多件，实验馆为师范生开发物理演示实验资源提供了研究场所

3.2 利用身边日常器具自制仪器

高师学生进行实验所需要的器具不仅局限于实验室现有设备，还应该利用日常器具做实验，学生身边的物品和器具也是重要的实验室资源。人们在教学实践中早就发现，使用生活物品、废旧材料、毛边材料、人体或人体局部、儿童玩具等做物理实验，可给学生亲近感和成就感，调动学习参与的主动性和积极性，有利于促进学生手脑并用，实践能力和创新能力的提高。为此一些研究者提出了非常规物理实验，是指主要利用学生熟悉的生活易得物品、材料、器具、人体或人体局部以及儿童玩具等开发进行的一类体现自创性、体验性、趣味性、简易性、生活化的物理实验教学活动。这类非常规物理实验的材料易得，贴近生活、亲近感强、新奇有趣，还体现了学生的自创性。教师要鼓励高师学生利用身边日常器具开发物理演示实验资源。

3.3 符合自然界发展的客观规律，符合学生的认知发展规律

高师学生开发的物理实验教学资源本身必须符合自然界发展的客观规律，要建立在科学事实基础上，坚决将伪科学的知识排除在物理资源之外。在自制和研究实验仪器的过程中，高师学生还要考虑到中学生的认知发展水平，过于简单或过于深奥的资源都不利于物理学习，开发的实验仪器要促进中学生对物理知识的学习与理解，而不是高深莫测。实验仪器自制的过程中，还要收集学生在学习中遇到的问题、有困惑的地方、常犯的错误，将这些反映在演示实验的过程中，体现以人为本的教学资源开发的理念。

4、高师学生开发的物理演示实验教学资源

教学资源开发的过程中，高师学生作为未来教学资源的主要研制者，在教师的指导下，利用实验室里丰富的实验器材和材料，制作实验装置，改进已有实验仪器，设计具有创造性的实验等探究活动，既加深了对物理专业知识的理解与应用，同时也使他们具备了开发物理教学资源的意识与行动。

笔者以辽宁师范大学本科学生开发的实验教学资源为例，体会师范生在开发教学资源中所起到的价值。

4.1 对已有实验装置进行改造，设计具有创新性的实验，使具有重要意义的物理现象清晰地重现

图1

观察布朗运动的实验(图 1)：实验演示器材有显微镜、盖玻片、载玻片、无趋摄像头、藤黄等。以往的中学教学，教师让学生分组通过显微镜观察布朗运动，但是不便于集体教学。如果不通过显微镜，布朗运动又无法通过肉眼直接观察到，教师一般又采用视频动画代替观察实验，但动画在学生的面前又显得缺少说服力。

从教学的效果和学生的感受上考虑，高师学生提出了新的设计方案，将一个网络无趋摄像头安装在显微镜目镜的上面，依托多媒体教室的大屏幕来观察布朗运动。教师先调节显微镜，使物镜与载物台的距离在两毫米左右，通过目镜观察到清晰的布朗运动。然后将摄像机的镜头与显微镜的目镜相对，通过大屏幕呈现图像情况，调节摄像头位置，直到图像清晰。此时多媒体大屏幕上显示的内容就与人眼通过目镜观察到的现象完全相同。全体学生就可以通过大屏幕直观地观察到布朗运动，归纳总结出布朗运动的特征。高师学生一个创新的设计，给教学带来了意想不到的效果。

4.2 利用廉价的生活物品，自制实验仪器，使难于解释的物理现象产生的本质原因显而易见地呈现

浮力产生的原因演示实验(图 2)：实验教具是一个透明的正方体（边长是12cm），上下左右四个面各挖一个圆洞，洞的直径是10cm，四个洞分别蒙上薄的橡皮膜，膜要粘牢，不能漏水。为了便于观察，橡皮膜上可以用鲜艳的颜色写上字或画上图案。制作好后，把正方体完全压入水中，观察薄膜的变化。学生会清晰地看到各个面的薄膜都向内凹了，左右两侧薄膜的凹陷程度一样，而上下表面薄膜的凹陷程度不同，下表面的凹陷程度明显地大于上表面。在观察的基础上，教师的引导学生得出正方体左右两侧薄膜受到水的压力相同，而上下表面薄膜受到水的压力不同，即正方体上下表面存在压力差。学生们由演示实验得出浮力产生的原因，是因为液体对物体有向上和向下的压力差。一个简单的实验仪器，使得浮力产生的原因，清晰地展现在了学生面前。

图2

4.3 利用分量悬殊的生活物品组合成实验仪器，刺激学生的感官，引起观察的兴趣

测量大气压强实验的实验仪器(图 3)：实验教具有A形铁架台、试管夹两个、20m l玻璃注射器一个、钩码若干、1kg秤砣若干、砝码若干、塑料帽一个和凡士林溶液。首先把试管夹固定在铁架台上，将注射器夹住，由于试管夹与注射器之间需要较大摩擦力，所以在试管夹上套上乳胶管，并且拧紧试管夹。在注射器未堵孔时，测摩擦力。方法是在活塞下方悬挂钩码，待活塞开始匀速运动记录钩码质量。对活塞进行受力分析，得摩擦力f=G1+G0，f是活塞与注射器壁间的摩擦力，G1是未堵孔活塞悬挂的钩码重力，

图三

G0是活塞自身的重力。之后将注射器孔堵住，测大气压强。注射器的孔是用塑料帽堵住（为了使孔堵住后，活塞上方接近真空，先用注射器吸取一定的凡士林溶液，并将其推置顶端，排除空气，同时减小了活塞与注射器壁间的摩擦力），悬挂秤砣和砝码，待活塞匀速运动时，记秤砣和砝码的总重力 G2=(1×2+0.4×2+0.2×2+0.05×1+0.02×1)×9.8N

对活塞进行受力分析

f+F=G2+G0，

推导出 P=(G2-G1)/S，S=V/L，

注射器截面积S=20×10-6m3，注射器刻度长L=6×10-2m），求出大气压强的数值（p=0.953×105pa）。测量值几乎接近标准大气压强的数值。实验中利用了医用的注射器，使用了较重的秤砣来拉动轻小的注射器，这一重一轻、一大一小的物品会刺激到学生的感官，唤起学生观察的兴趣，并且测量值和真实大气压强值接近，让学生感受到实验的真实性，感受到了探究的快乐。

高师学生利用熟悉、价廉的生活物品，改进、自制物理演示实验教学资源，使物理现象新奇、有趣地呈现在课堂中，增加了学生们对物理课的亲切感，提高了学习的效果。

因此，作为未来的物理教师要不断地探索教学资源开发的有效途径，使学生们在学习物理的过程中活泼、健康地成长。

[1]王震.中学物理课程资源的开发与利用[J].中学教学参考,2012(4):48-49.

[2]卢巧.物理教学论[M].四川:四川大学出版社,2010.47.

[3]张志亚.论学生主体与教学价值实现的关系及其现实意义.上海师范大学学报（哲学社会科学教育版）[J],2002,31(10):54-57.

[4]蒋华.高中物理地方教学资源的价值判断与教学运用案例鉴析.物理教学探讨[J],2012,30(444):4-6.

[5]人民教育出版社编.普通高中物理课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社,2003.47.

[6]张伟、郭玉英、刘炳升.非常规物理实验:有待深入开发的重要物理课程资源.物理教师[J].2005,26(9):47-50

[7]王震、田丽杰.物理教学论[M].辽宁：大连理工大学出版社,2014.176-178.