浅析如何利用演示实验提高高中物理教学有效性

陈学红

（安徽省庐江第二中学，安徽 合肥 231500）

0 引言

物理属于自然学科的范畴，是以自然事象为研究对象，揭示物体运动、变化规律的学科，拥有复杂的知识体系，对高中生的抽象思维能力、物理观念等提出较高标准。因物理知识复杂、抽象，所以高中生在学习过程中很容易出现畏难情绪。这就需要教师利用演示实验，通过实验的方式为学生解释物理现象、解释物理规律、解析物理问题，助推学生物理学科核心素养的发展。现阶段，高中物理教师对演示实验的重视程度明显提高，但在演示实验的应用中依然存在演示实验与教学内容脱节，弱化演示实验功能等问题。因此，如何发挥演示实验的优势，利用演示实验以提高物理教学的有效性，已经成为一项重要的研究课题。

1 演示实验及其在高中物理教学中的作用

演示实验是指以实验为基本方式，用以解析物理现象、解释物理问题、解析物理规律的直观教学方法。物理是一门以实验为基础的学科，但受到器材、时间的限制，以及一部分实验在操作中具有一定危险性，所以在物理教学中需要利用演示实验以突破教学难点，帮助学生理解物理知识。综合而言，物理实验在高中物理教学中的作用主要体现在以下几大方面：

一是增强物理教学的直观性。高中物理课程抽象性较强，部分物理现象隐藏在生活、自然现象之中，需要高中生具备较高的分析理解能力、逻辑思维能力。在高中物理教学中利用演示实验，将难以直接观察的物理现象、抽象性较强的物理概念以及深奥的物理规律等置于演示实验中，以实验的方式将这些抽象的内容直观化，可以增强物理教学的直观性，降低学生的学习难度，提升学生的学习效率，以此提高物理教学的有效性。

二是活跃物理教学氛围。演示实验不仅具有揭示物理规律、呈现物理现象的作用，而且可以活跃氛围、增强物理教学的趣味性。在教学中教师灵活运用实验现象，帮助学生化解学习难点，引发学生对实验原理的热烈探讨，都可以让物理教学氛围更加活跃。

三是激活学生的思维。演示实验具有引导、启发的作用。当学生面对复杂的物理问题时，教师利用演示实验展现科学家们的实验探究思路与方法，引导学生多角度、多层面分析物理问题，根据实验数据与实验现象解决物理问题，可以发展学生的物理学科思维，提高学生的思维品质。

四是改善学生学习方式。演示实验可以将学生的学习方式由被动转变为主动。教师改变直接呈现物理概念、物理规律的教学方法，利用演示实验解释分析物理现象，引导学生从中发现物理规律，有助于改善学生的学习方式[1]。

2 高中物理教学存在的问题

高中物理教学存在的问题主要体现在四大方面：一是物理现象难呈现。物理现象是生动、鲜活的自然现象，广泛存在于生活、自然、社会当中。学生从物理视角出发观察、分析物理现象，把握物理现象的关键特征，从表象到本质，逐步掌握物理学科观念与思想方法。但在高中物理教学中，一部分物理现象难以直接观察，加之部分物理现象较为复杂，导致学生对物理表象产生模糊、片面的认知，不利于学生理解物理知识，并且会降低物理教学的有效性；二是物理概念抽象性较强。在传统的物理教学中，教师一般用语言为学生解释物理概念，学生跟随教师的思路，分析物理概念相关的语言文字，难以完整经历物理概念的建构过程，对物理概念内涵的理解停留于表面，难以理解物理概念之间的关系，难以从对物理概念的感性认知跃迁到理性认知，不利于学生掌握物理概念，也会在概念教学中浪费大量时间，制约物理教学效率的提升；三是物理规律难探索。自然界中物理现象千变万化，其变化有规律可循，探索物理规律是高中生需要具备的关键能力。当前物理教学中依靠教材内的实验演示物质运动、相互作用等规律，学生面对教材内容时思维不够活跃，难以对物理现象的规律进行猜想、假设，缺乏在演示实验中收集证据、探究物理规律的意识与能力；四是解决物理问题难度大。解决物理问题是高中生学习物理课程的基本方式，重在通过解决物理问题以积累知识经验、形成核心素养。当前高中物理教学中，受到课堂时间的限制，学生解决物理问题的机会较少，将阻碍学生解决问题能力与思维能力的发展，降低物理教学的有效性[2]。

3 利用演示实验提高高中物理教学有效性的方法

3.1 利用演示实验呈现物理现象

分析物理现象，总结物理现象的基本特点，对物理表象形成初步认知，是高中生学习物理课程的起点。在高中物理教学中，教师可以运用信息技术、计算机技术等模拟一些要求严格、操作复杂、危险性较高的物理实验的条件，呈现物理实验现象与操作效果，引导学生从观察实验现象中总结归纳物理现象的特征，帮助学生理解实验中的物理原理。同时指导学生结合实验现象联想生活中与之相类似的生活想象、自然现象等，促成学生对物理表象的正确认知，带领学生从物理表象抵达物理本质，逐步提高物理教学有效性[3]。例如，《波的衍射》一课教学中，利用实验演示物理现象：用单色光入射到双缝干涉演示仪，形成明暗相间的条纹，请学生细致观察实验现象并总结出实验现象的特征。即中央为亮条纹，两侧为暗条纹，亮条纹的宽度基本相同。接下来用不同单色光进行演示，请学生细致观察，调动自己所学的物理知识，初步分析单色光的波长与条纹间距、亮条纹宽度之间的关系。利用演示实验帮助学生积累感性材料，对物理表象形成正确认知，再结合物理现象解释分析波的衍射这一物理知识，加深学生对物理知识的印象。

3.2 利用演示实验建构物理概念

演示实验是高中物理教学的重要组成部分，也是高中生建构概念的重要途径。从高中生学习概念的客观规律来看，高中生的概念建构需要经历感知材料、建立表象、抽象概括三大基本环节，感知材料与建立表象是建构概念的前提条件。演示实验为高中生感知材料、建立表象提供了有力支撑。因此，在高中物理教学中，教师可以用演示实验代替对物理概念定义的直接讲解，通过创设实验情境、实验现象呈现以帮助学生积累感性材料，促进学生由感性认知转变为理性认知，通过对实验想象的观察、对实验证据的收集以及对实验数据的分析以逐步建构物理概念，促进物理教学有效性的提高。例如在“电势能”这一物理概念教学中，考虑到物理概念较为抽象，难以通过视觉观察以理解电势能，所以在教学中利用演示实验：一对平行金属板与电子起电机相连，一个空心金属箔球原本静止在下极板。接通电源后，金属箔球快速上升并与上极板碰撞。学生通过观察实验现象与定性分析后会发现通电后金属箔球上升，其动能与重力势能增加。根据能量守恒定律，一定有其他形式的能转化成了金属箔球的机械能。并通过类比重力做功与电场做功，学生意识到“其他形式的能”与电场中所处位置相关，以此帮助学生建构“电势能”概念。

3.3 利用演示实验探寻物理规律

解决高中物理教学中物理规律难探索的问题，促进物理教学有效性提升的关键在于以实验的方式演示物质的不同运动状态、不同状态下物质的相互作用关系，激活学生的思维，增强学生思维的深刻性、敏锐性，引领学生从纷繁复杂的物理想象中找出规律，运用物理学科思想方法以认识到物质的特点与变化原理。鉴于此，在物理教学中应用演示实验，需要教师整合实验资源，以生动形象、直观有趣地演示实验激发学生的学习兴趣，让学生主动参与到实验探究中，以此提高物理教学有效性[4]。例如在《自由落体运动》一课教学中，播放《牛顿管实验：世界上最大的真空室》视频，演示近乎真空的条件下，同时将羽毛与保龄球从高空中释放。学生可以观察到羽毛与保龄球几乎同时落地。实验视频结束后，请学生从实验现象中探索物理规律，对羽毛和保龄球进行重力分析，并尝试总结规律。以此体现学生的主体精神，提高物理教学有效性。

3.4 利用演示实验解决物理问题

引导学生自主解决物理问题，是提高物理教学有效性的途径之一。在高中物理教学中，教师可以利用演示实验展示解决问题的过程，用演示实验代替对物理问题的讲述分析，将解决物理问题的过程划分为几个基本步骤，随着实验的深入与分步操作，让学生参与到解决物理问题的全过程之中，引发学生对物理问题的多维讨论、深入探究，指导学生分析物理问题的成因、影响与解决对策。此种演示实验教学方法不仅可以发挥教师对学生学习活动的监督管理、指导启发作用，还能够体现学生在物理学习活动中的主体地位，对于提高物理教学有效性具有重要价值。例如在《导体的电阻》一课教学中，学生有了初中阶段的物理学习经验，能够理解用伏安法测量导体电阻的原理。但对于部分实验细节的认知程度较低，不能理解电流表外接与内接的区别以及实验中的误差产生原因、此时教师可以利用演示实验：分别用内接与外接两种电路测量同一个大电阻的阻值，测量结果的较大差距会引发学生的认知冲突，激发学生对物理问题的探索欲。教师顺势开展讨论活动，请学生对比两种电路连接方式，定性分析与定量计算外接法与内接法下的测量误差，判断在测量实验中如何选取内接法与外接法。以问题驱动学生深入思考，发挥演示实验激活学生思维、提高教学有效性的作用。

4 结语

演示实验是一种直观生动的物理教学方式，重在通过实验的方法解释抽象的物理概念、物理规律，具有增强物理教学直观性、活跃物理教学氛围、激活学生思维、改善学生学习方式的作用。在教学中教师可以利用演示实验以呈现物理现象，帮助学生建构物理概念，引导学生在实验现象中探索物理规律，并鼓励学生质疑问难，解决物理问题。