高中物理演示实验的设计方法研究与实践

沈长翠

(安徽省定远中学 安徽 滁州 233200)

在高中物理教学中，教师应在新课改的要求下，从物理学科核心素养的培养出发，科学地设计教学方案，让学生在教学活动过程中不断提升核心素养。演示实验是高中物理教学中比较常用、也比较有效的教学方式，在学科核心素养培养方面可以发挥积极作用。因此，高中物理教师应根据课程内容，不断创新演示实验，提升教学质量，加强学生物理学科核心素养的培养。

1.高中物理演示实验的相关概述

从实验在物理教学的地位来看，高中阶段的物理教学中，实验应当是物理教学的基础实验，作为物理学的基础，这是实验本身的特点，以及其在物理教学中的作用所决定的。

其次，实验是物理教学的重要内容，实验本身是物理学科中不可分割的重要内容，同时实验教学也是物理教学的重要组成部分，物理实验作为物理概念和物理规律教学中必不可少的基础，离开了实验的物理教学，无法让学生直观而形象的掌握物理概念，也无法通过物理现象直达物理本质，加强物理实验教学，才能够让学生更好的进行物理知识学习。

再次，实验是物理教学的重要方法。实验是物理学研究的重要方法，与此同时在高中物理教学中也是教师教学物理，学生学习物理的重要方式，学生通过观察与实验能够发现探索物理规律，并且经历这一过程，从而培养学生的观察能力，培养学生的动手能力和实践能力。学生通过这样的学习能够掌握科学的学习方法，在实验探究中更好的掌握物理知识。

最后，实验是物理教学的重要手段。在高中物理教学活动中，教师采用好的教学方法，能够适当地以教学手段发挥实验的应有作用，在教学中正确的运用实验这种方法进行教学，不仅能够取得良好的教学效果，同时也是必不可少的重要手段。

从演示实验的定义来看，一般认为演示实验室在高中物理课堂教学中，为了配合课堂教学，作出的具有表演性质和示范性质的实验。高中物理教学中的演示实验，就是把需要研究的物理现象直观的展示在学生的眼前，让学生观察思考，与此同时教师配合相应的讲述，穿插学生的讨论，利用这样的方法让学生在直观看到演示实验的过程中完成课堂教学任务，课堂演示实验被认为是一种最高效最直观的教学手段。广义上的演示实验不仅仅是教材中出示的一些演示实验内容，还包括教师展示的各种物理模型，以及实物和投影教具进行的操作演示等等。

从演示实验的分类来看，演示实验是配合教师进行知识讲解以及，课外讨论而进行的各种实验。具体来说，在高中物理教学中，根据实验目的以及教学目的和学生思维以及基本要求的不同，可以将演示实验分为探索性的演示实验验证性的演示实验和应用型的演示实验。

探索性演示实验，要求学生能够根据实验的现象以及实验特征及变化规律分析出现变化的原因，在学生已有的知识结构和经验基础上进行猜想、归纳、验证等一系列思维活动，找到出现该现象和该变化的规律，从而形成新的知识。这一类也是实验，对于学生的思维能力要求相对较高，同时也有利于培养学生的知识迁移，拓展能力和创造性思维，激发学生对物理的兴趣。

验证性演示实验要求学生能够根据物理规律或者物理理论是否确实存在，并对引起变化的原因进行探讨，再次返回判断和证实物理规律和物理理论的正确性。

应用性演示实验，一方面是指学生利用基本的测量仪器和基本的实验技能和基本的物理测量，另一方面是学生了解知识在实践中的具体应用，以及如何应用所学的知识解决实际问题的。

从演示实验在教学中的作用来看。演示实验，在高中物理教学中发挥出了重要作用，具体来说有以下几个方面。

一是演示实验为学生提供了必要的感性知识。高中阶段的物理知识虽然与学生的生活日常有着密切的联系，但高中阶段的学生缺乏与之相应的物理知识和生活体验学生很难深刻的感性的认识这些现象，也难以从中找出物理本质和物理规律。学生在学习的过程中也会感到一些物理现象和生活中的印象不一致，针对这样的问题应用演示实验，将物理现象的特征突出，从而使得学生可以丰富而深刻的进行感性认知，这样学生能够更好的记住结论，在头脑中形成一定的物理图像，这样的教学活动才能帮助学生更加具体的认知成像的物理知识。

二是物理实验是归纳物理概念和物理规律的基础。高中阶段物理中大部分的概念和规律都是在实验的基础上得来的，在教学中演示实验，为学生提供了直接而丰富的感性材料，从而帮助学生更好的建立物理概念，更好的探究物理规律，通过这样的教学方法加深学生印象。

三是物理演示实验能够培养学生的观察能力和实验能力。在高中物理教学中，教师通过对演示实验的讲解以及分析并且引导学生观察，不仅能够让学生直观的看到实验现象，也能够了解观察的方法培养的学生细致的观察能力和较强的实验能力，为学生今后的深层次学习奠定坚实基础，也有利于培养学生的综合素质。

四是演示实验能够充分激发学生的兴趣，吸引学生的注意力。传统的高中物理教学中教师忽视演示实验教学的价值，没有针对演示实验进行有效的教学设计，这导致学生在被动参与课堂的过程中失去学习的兴趣，而以演示实验为切入点能够使教师从各物理课堂在教学中采用多元教学策略，吸引学生的注意力，让学生在兴趣的驱使下，能够培养物理学习的热情。

2.高中物理教学中演示实验的基本要求

2.1 演示实验应当有利于学生观察。高中物理教学中的演示实验，主要是教师在讲台上借助已经组装好的仪器和设备，按照实验的基本步骤，将实验现象直观的展示在学生眼前，帮助学生学习物理知识。从这样的演示实验特点来看，演示实验利于学生直观观察，应当是其基本要求。具体来说，教师在高中物理教学中关于演示实验的仪器应当做到主体突出，对比强烈。这样才能够在第一时间帮助学生，直观的看到物理现象。在进行演示实验指导的过程中，教师则应当一边讲一边做，让学生一边画一边写，使学生在观看演示实验的过程中有明确的目标。

2.2 演示实验应当帮助学生建立物理概念和规律。在高中物理教学中，学生观察演示实验的主要目的是直观而具体的建立物理概念，掌握物理规律，因此，演示实验不仅讲究科学性。演示实验的科学性体现在实验装置的科学性，操作过程的科学性以及实验解释的科学性。

实验装置的科学性主要体现在教师要用简明的装置和启发性较强的现象，引导学生进行观察，并且启发学生思考，通过这样的方法让学生在强烈的对比效果中加深对物理知识的印象，从而提高学习的效果，当然教师应当注意在也是实验的设置上，要防止为了过于追求简明而出现科学性错误的问题。

实验操作的科学性主要体现在操作规范。例如在实验中不要用手直接拿砝码，不要用嘴直接吹灭酒精灯，按照电路图的顺序依次连接电路等。

实验解释的科学性体现在针对演示实验能够结合正确的物理规律给出学生合理的解释，让学生能够真正的掌握本节所学的知识内容，避免出现错误给学生今后学习带来障碍。

2.3 演示实验应当注重培养学生实验能力。高中物理教学中应当树立以学生发展为本的现代教育理念。不仅要关注学生对物理知识的学习，更要关注学生对人类发展和文化传承的需要，关注学生全面发展的需要，这样才能更好的进行演示实验教学，通过演示实验教学，促进学生多种素质与多种能力发展。演示实验作为教师操作学生观察的实验形式，严格的来说，教师不仅要引导学生在学习活动中掌握基本知识，更要借助演示实验来培养学生多种实验能力。具体来说实验离不开观察，因此教师在演示实验教学中应当培养学生的观察能力在观察过程中帮助学生学会正确的观察实验现象，引导学生有目的有计划的观察实验过程和实验现象，学会记录实验结果，分析实验规律，这样才能促进多样化能力的发展。

2.4 演示实验应当提高学生科学研究水平。科学的核心在于探究，教育的目的在于促进学生发展。在高中物理教学中，教师应当兼顾两者的融合，让学生在学习中进行科学探究，了解物理学的本质，在物理学习活动中形成科学的态度和正确的价值观，培养学生的创新精神和实践能力。在演示实验教学活动中，教师应当有明确的教学目的。在明确的教学目的下，以知识为基点让学生在观看物理实验教学时经历问题的提出，猜想与假设，最终得出试验结果使学生亲身经历知识形成过程加深所学印象。

3.高中物理演示实验当前的教学问题

3.1 学生无兴趣要。针对高中物理学科，许多学生普遍存在很强烈的畏难情绪，认为高中理科类教学普遍难学。甚至许多学生从初中阶段便开始害怕上物理课，学习物理十分消极懈怠，从而很难打好物理基础，以至于在上高中后无法顺利学好物理知识，尤其是没有学习演示实验的兴趣。而在演示实验中，很多老师也没向学生提供必要的感性材料，迫使学生面对抽象难懂的物理知识，无法充分加以理解并熟练掌握，进而在学习过程中也难以激发出来浓厚的兴趣。此外，在物理教师呆板固定的授课模式下，学生也会渐渐失去原来的实验热情，普遍缺失科学素养及探索实验的意识。在教师不重视的影响下，学生在认知演示实验的意义上，也只是停留在辅助学习物理概念方面，无法正确体会演示实验在训练思维、培养素养上的关键性作用，以至于很难提前兴趣。

3.2 演示过程单一化。在当前的高中教学中，还是普遍过于注重升学率，视其为优先教学目的。为了增大升学率，帮助学生在考试中赢得好的分数，很多物理教师普遍均会过于强调理论教学，很少注意到演示实验。加之和学生也很少互动交流，教师一般都是自己来一味地讲解或者演示。在很多演示实验课上，普遍就是教师一个人再说或者解释，很多教师甚至还会直接利用讲解来代替做实验。部分教师还太过依靠多媒体专业模拟技术，针对演示实验，并不引导学生自主操作，而仅仅向他们播放多媒体实验视频或课件，通过虚拟实验室完全代替了演示实验课程教学。在虚拟实验中，虽然很强调细节，并且深入浅出，可以有所帮助学生学习物理课程，但是却太过理想化，难以产生真实感。所以，这样培养学生，定会影响他们提升自己的核心素养，更别说增强创新能力。这么一来，知识学习效果就势必不甚理想，自然整体教学成效也不好。

3.3 削弱了学生的参与感。高中阶段演示实验强调教师的演示，这就导致教师在教学活动中过于关注自己的演示过程，而忽视了学生的参与，通常情况下，教师在教学中只是要求学生看自己做实验，但没有为学生布置观察目标和观察，任务学生在观察实验的过程中只是走马观花的看教师做完了实验，但自己没有任何的收获，由于学生缺乏明确的观察目标，导致学生的参与感被进一步削弱，实验结束之后学生依然不明所以这不仅影响了学生的学习体验，也导致学生在演示实验中难以针对性的提高自己的观察能力和分析能力，也不利于学生的思维能力发展。

4.创新演示实验的方法

4.1 演示实验形式的创新。在传统的高中物理课堂上，教师演示实验，学生观察实验现象并进行记录，是主要的演示实验教学形式。但随着教育理念的转变，培养学生核心素养目标的确立，在实际教学环节，教师也需要融入学生的讨论、互动、对话等元素，引导学生进行深入思考，发挥出演示实验应有的教育价值。学生不应当是实验的观察者，更应当成为与教师一起进行演示实验的操作者，学生自己动手进行操作，观察实验的具体过程，通过这样的形式强化学生的物理学习体验。

如，“摩擦力方向”教学的开展，教师先帮助学生了解实验的步骤和相关原理，让学生自己动手实践。学生将手背朝上放平，然后用牙刷用手背根部逐渐匀速向前移动。在这个过程中，学生就能观察到牙刷的毛逐渐向前倾斜，感受到摩擦力在实验环节的具体作用。在实验操作结束后，学生进行独立思考并形成实验记录，在课堂上进行分享与展示。这种创新的演示实验形式，大大发挥了学生的主体作用，让学生成为演示实验的主人，自己操作、思考并记录，完成具体课堂教学任务，培养学生的物理核心素养。

4.2 演示实验材料的创新。材料决定着演示实验整体的效果，所以在演示实验开展之前，应当选择精度高、质量好、操作简单的具体材料，为演示实验的开展做好准备。随着DIS在高中学校的推广与应用，演示实验教学的开展也得到了推进与发展，演示实验的空间变得更大，形式也变得更加多样。教师也要及时转变自己观念，让演示实验逐渐朝着日常化、智能化的方向，开发更多的演示实验材料。教师在实际教学环节，可以借助智能手机的多重功能，实现力学、光学等环节的教学目标，通过智能手机的参与，利用示波器、音频发生器、气压计等功能，丰富演示实验的内容和环节，学生也能获得更加丰富的学习感受，积极参与到实验的具体环节当中。

4.3 持续改进实验方法。首先，教师在物理演示实验教学中应当改进实验的装置，以增强实验的演示效果。就高中物理教学来说，高中物理教学中有一个验证楞次定律的演示实验。无论是学校提供的实验装置还是学生自己做的实验演示器效果都不是很好，主要原因是因为通过单闸铝框的磁通量变化较弱，产生的电动势和感应电流较小，无法直观的感受到电流的磁场。根据这样的方式，教师就应当进行改进，例如可以改用直径为0.5毫米左右的漆包线。

其次，教师应当对实验方法进行创新。高中物理教学中的一些演示实验参数无法改变，例如实验中设计的重力加速度无法改变，而为了更好的达到实验的预期效果，教师可以对实验的方法进行创新变不可能为可能。在单摆实验中，重力加速度在同一地点无法改变，而同一个演示实验又不可能在远离了两个地方进行，因此教师可以改进方法来达到同样的效果。例如教师可以在铁球的下面摆放一排条形磁铁，取同名磁级向上，这样可以增加铁球向下的作用力。

最后，教师应当引导学生积极参与的实验教学中。在演示实验教学中，教师也应当引导学生参与到探索过程中，虽然演示实验不强调学生自己动手操作，但教师可以让学生的思维参与其中，并且提出各种可能的假设，然后通过教师的演示来验证学生提出的结果，这样的方法能够使学生拥有更强的参与感，并且在实验的过程中开动脑筋思考，在情境中主动的探索发现，从而加深所学知识的印象，更好的掌握物理知识和物理规律。

4.4 适当自制教具，增加演示实验。首先，教师在教学中可以适当的挖掘学生的生活资源，进行实验创新。例如教师可以随手选取身边的物品进行实验，让学生在生活中直观的感受物理知识。例如在力的分解这一节知识中教材中选择的例子使得学生短时间内难以理解力的作用效果。针对这样的现状教师在教学中，去参与学生生活，做了如下演示实验。拿出一支笔，用橡皮筋一头套住笔的一端，另一头套在中指上，然后将笔的一端垂直于手心，在橡皮筋与笔相连的一端挂上重物，这样学生可以直观的看到橡皮筋被拉长了，并且手心和笔接触的这一部分，有被压迫的感觉，说明橡皮筋受到了拉力，这样学生就能够直观的理解力的分解。

其次，教师可以巧妙联系学生的生活，巧妙演示实验。教师在高中物理教学中，利用自己的物理智慧，取材学生生活，巧妙的运用生活中常见的器材演示实验，这样可以进一步提高物理教学的有效性。例如教师在教学中可以采用日光灯管的一端灯头也是金属电阻率与温度的关系。这样的演示实验，能够让学生但看到原来生活中。这样的演示实验能够让学生恍然大悟，原来物理知识就在生活中，原来这样的器材就能够做实验，通过这样方法启发了学生的思维，学生在今后的物理知识学习中也能够巧妙的运用这些常见器材验证物理知识和规律。

4.5 鼓励学生进行课外小实验和制作。课外小实验是课堂教学的有益补充，与此同时也是学生参与到实验活动中的重要途径，就需要教师在教学活动中结合教学内容，引导学生利用一些常见的简单器材，自己进行实验操作。另一方面，教师也可以利用简单的器材，独立的进行实验观察和实验，看自己是否能够得到这样的实验结果。对于高中阶段的学生来说，开发和利用简便易行的小实验较有必要。通过这一过程一些缺乏实验器材的演示实验或者课堂效果不好的实验，都可以在课外通过实验来代替另一方面日常物品代替身边材料所做的物理实验，对于学生而言有着较强的吸引力有利于减少学生对物理实验的神秘感和陌生感，这样可以让学生更加直观的进行物理实验的学习与探究。

其次，教师还要在演示实验中引导学生边学边做实验。演示实验作为物理教学中的常用教学手段，其好处是可以让学生的观察活动和思维活动集中于课堂，可以帮助教师按照预定的计划进行教学，可以在短时间内完成教学内容。教师在教育过程中要引导学生积极参与课堂，让学生一边学一边做，这样才能够让学生在分析实验现象验证实验规律和知识的过程中加深印象。

结语

在新课程背景下，教师必须顺应课程改革的要求，积极开展物理实验教学，探讨和分析存在的教学问题，提出合理有效的改进方法。同时，探索高校物理实验和演示实验，教师必须进行长期的研究，根据我国教育的现状，提出合适的教学方法;掌握物理知识最终是解决我们生活中的问题。它不仅应该能够应付考试，而且应该没有实际能力。作为调查和示范实验的一部分，培养学生的学习能力需要教育工作者的共同努力。