实现高中物理演示实验教学创新的几种路径

1高中物理演示实验教学的创新动因

1.1创新教育形势的必然要求

我国实施基础教育课程改革推出了新的高中物理课程标准，课程目标以培养学生科学素养为宗旨，既重视对科学知识和技能的掌握，更重视科学探究过程、方法和能力的形成，重视科学态度、情感态度的培养.突出物理教学中对学生科学素养的培养，就意味着必须建立新的教学体系.首先，应该更新教学理念，即由原来重视学科知识、技能向重视培养学生科学素养转变；再优化教学目标，由原来实现单元的、刚性的内容调整为实现立体的、弹性的内容.物理演示实验作为物理教学最基本环节，顺应创新教育形势，开拓创新路径迫在眉睫.

1.2学科教学特点的客观要求

高中物理课程具有实践性、应用性，还具有动态特点.社会、生活和科技日新月异，与之紧密相联系的高中物理教学内容、教学手段、教学方式等必须与时俱进.将学科知识、学科方法与社会、生活和科技等实际问题有机结合，进一步强化教学针对性和应用性，给学科教学注入新的生机和活力.学科教学的特点从客观上要求演示实验课堂教学相时而动.

1.3实验教学实践的内在要求

从演示实验教学实践来看，对教学效果的要求不断提高，需要演示的课题不断增加、学生对演示实验新鲜感的期望不断提升，教学手段需要持续不断地创新.另外，从现代教学手段来看，随着信息技术的发展，随着教师教学水平、教学能力的提升，演示实验教学的创新是势在必行.

2实现高中物理演示实验教学创新几种路径

2.1针对演示内容“穿针引线”，引导学生掌握迁移能力

联合国经济合作与发展组织策划了一项国际性学生学业质量比较研究项目（PISA），该项目对“科学素养”的定义有这样一项主要内容：当面临科学相关的问题时，能创造性地建立知识之间的联系，不仅仅是新旧知识的联系，更强调在不同背景中理解和运用科学.PSIA科学素质测试项目对高中物理演示实验教学具有借鉴意义.

对于物理演示实验，尤其是彼此“形不同而质相同”的演示实验，我们可以“穿针引线”，对有关内容进行并联.

如，可以就探究思路进行归类.在探究物体所受向心力大小决定因素时，其演示实验中分别探究向心力与物体质量、半径、角速度等多种因素的关系，采用了探究多变量问题中常见的控制变量法.像“探究影响滑动摩擦力大小的因素”、“探究决定物体加速度大小的因素”等所采用的思路都一脉相承；

如，可以就演示实验装置进行归类.在演示探究动能定理时，可以将探究牛顿第二定律的装置迁移运用；在验证动量守恒定律时，可以将研究平抛运动的演示实验装置迁移运用.

如，在演示物体做平抛运动时，往往运用两个直线分运动等效替代物体所做的真实的运动.教学时可引导学生思考：这种处理方法与“验证力的平行四边形定则”是否能够殊途同归.

一般看来，演示实验的教学空间相对狭窄，但我们可以“见微知著”，通过拓展演示实验教学空间，从个别到一般、从部分到整体地开拓学生学习视野，启迪学生领会发展式学习方法.

2.2针对演示表象“集思广议”，引导学生跳出思维惯性

观察是学生从演示现象获取知识最基本的环节.但是，中学生对事物的观察往往局限于表层、片面甚至是错误的.从培养学生思维能力的角度来看，教师应该引导学生对演示实验现象去伪存真，探究其实质和内核，由感性认识上升到理性认识；有必要让学生能从多层面、更深入地认识物理现象本质及全貌.

【教学案例1】在“认识静电”教学中，笔者关注了一位年青老师利用验电器A、金属小球e和金属球壳B等实验器材演示“接触起电”.如图1，已知验电器带负电荷，金属球B带负电荷.将小球e先与金属球B球面接触，再与验电器A接触，验电器指针张角增大，说明小球e与B接触时取出了负电荷.即e与B接触时，B上的负电荷转移到e.

演示、观察、结论如数进行，教学环节似乎很顺畅.然而，当笔者将图1金属球B改为带正电荷，将小球e先与带负电荷的金属球B球面接触，再与验电器A接触.实验中，验电器指针张角减小，学生都知道小球e与B接触时取出了正电荷.但被问及“小球e与球面B接触时，是否是B上的正电荷转移到了小球e？”时，回答都是肯定的.

通过这次交流，笔者认为演示实验活动中仅有观察是不够的.在演示实验后，要防止学生思维止步，抓住契机激活思维火花， “将丰富的感觉材料加以去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的改造制作工夫.”养成从现象看到本质、从结果看到原因、从偶然看到必然、从个别看到一般的思维品质.

接触起电现象中电荷移动的本质原因是什么呢？我认为还需要补充演示和分析：

首先，金属小球e不带电说明其内部所带正电荷和负电子电量相等；其中负电子才可以在金属导体上移动.

2.3针对演示方式 “反客为主”，引导学生提升自主意识

应该说，如果认为演示实验只是教师演示现象、学生观察，则这是对演示实验作用的浅层次理解，为了避免学生被动、消除依赖思想，养成主动学习的习惯，演示实验教学同样可以变“自导自演”为“反客为主”，实现教学行为的创新.可以将原来仅由教师做的演示实验改为与学生一起做、变“教学”为“导学”；可以将原来由教师做的演示改为学生动手、变“要我学”为“我要学”.改变过去那种只注重教师的主导作用、忽视学生的主体作用，只注重知识传授、忽略能力开发的做法.笔者有幸观摩了一位老师通过演示实验突破“摩擦力方向”的课例.

教学案例2老师和每个学习小组配有一把毛刷.如图3所示，教师演示、学生随之操作：手背朝上平放、保持不动，将毛刷沿手背向前滑动.教师提醒学生观察刷毛倾斜的方向.

教师：刷毛倾斜方向说明了什么？

甲组：刷毛向后倾斜，说明刷毛所受到的滑动摩擦力的方向向后.

教师：对，观察、推理得很好！那么，各小组都有一把毛刷，各小组像老师一样，将手背、毛刷作为器材，仔细操作并思考：刷毛所受到的滑到摩擦力方向总是与毛刷运动方向相反吗？

（教师巡视各小组动手操作情况、讨论后，提请乙组汇报）

乙组：刷毛所受到的摩擦力方向的确与毛刷的运动方向相反.

教师：是否存在与乙组不相同的实验情景和不同结果呢？（教师提请丙组汇报讨论结果）

丙组：我们丙组发现了与乙组恰好相反的结果.（发言代表一边向全体同学演示、一边汇报）如图4所示，如果使毛刷向前慢慢移动，同时使手背贴着毛刷快速向前滑动，我们发现毛刷向前倾斜，这说明毛刷所受到的摩擦力方向向前，即该毛刷所受到的摩擦力方向与毛刷运动方向相同.

教师：同学们怎样评价乙组、丙组的操作和结果？这两组演示的情景不同，分析结果也不同，你们能综合分析得出结论吗？

丁组：乙组毛刷向前运动、刷毛所受的摩擦力向后；丙组毛刷向前运动、刷毛所受的摩擦力向前.说明刷毛所到的摩擦力方向与毛刷运动方向没有必然关系.

教师：对，归纳得很好.同学们再观察.（教师重复演示乙组展示的演示现象）乙组演示的毛刷相对手背向前滑行，刷毛所受到的摩擦力向后；（教师重复演示丙组展示的演示现象）丙组演示的毛刷相对手背向后移动，其刷毛所受的摩擦力向前.同学们能找出两组结果的共性结论吗？

（板书）刷毛所受到的滑动摩擦力的方向与其运动方向没有关系，滑动摩擦力方向与相对运动的方向相反.

该教学设计为演示实验注入了新的活力，以新的理念设计出新的教学形式、定位出新的教学目标取向.

（1）从该教学片段看来，演示实验不再仅仅是教师“展示”学生“观看”，而是将主要的教学活动还给学生，像探究、汇报、总结等都由学生完成.教师的演示实验是为了“导”，学生的动手操作是为了“究”.这种做法给学生提供了自主学习的平台，培养了团体协作意识.

（2）该教学充分利用演示实验引路入景，创设一系列的激疑、质疑、析疑、解疑环节.整个课程内容和形式先放后收，让学生切切实实感受分析归纳法的运用.把静态的知识结论变为动态的探究过程，正如现代著名教育学家布鲁纳所强调的“教一个人某门学科，不是要他把一些结果记下来，而是教他参与把知识建立起来的过程.”

2.4针对教学目的“另辟蹊径”，实现从“无”到“有”的实验创新

高中物理课程标准指出：“教师在教学中要重视科学态度和科学方法的教育，应该通过概念的形成、规律的得出、模型的建立、知识的应用等来培养学生分析、概括、抽象、推理、想象等思维能力”“科学的基本活动就是探索和制定模型”（法国科学方法论学长阿雷语），所谓建立物理模型，就是撇开次要因素和非本质特征，抓住主要因素和本质特征，使研究对象、变化过程得到简化和纯化，从而大大方便了物理问题的解决.

在“机械能守恒定律”教学中，怎样让学生了解“机械能守恒定律处理的条件”呢？一般情况下教师采用理论推导得到结论.即运用机械能的定义、动能定理可得到“只有重力对物体做功情况下，物体机械能守恒”.这种做法没有引导学生认识 “只有重力做功”的形成和内涵，对培养严谨的科学态度和科学精神有害而无益.因此，笔者认为为了让学生体验“只有重力做功”结论的形成，应该对传统的教学方式做出改变.

教学案例3器材及安装：如图5（甲），准备的器材有铝质滑槽式轨道（附带小磁铁，以方便粘贴在黑板上）、光滑金属小球、乒乓球等；先在黑板上用粉笔画一条水平线，再将铝质滑槽式轨道粘贴在黑板上.

演示和观察： 教师首先将金属球从水平线与铝质滑槽式轨道左侧交叉点处静止释放，金属球沿轨道向右滑行.观察发现：金属球滑行最高点刚好在水平线与轨道右侧交叉点处，如图5（乙）所示.

思考及结论：演示截然不同的现象后，教师抓住时机，提醒学生思考方向：两球能否回到水平线，决定于滑行过程中机械能是否守恒！那么什么原因导致金属球沿轨道滑行能回到原来高度，而乒乓球却不能？

对于其原因，通过分组讨论、分组代表发言如下：

甲组：金属球不受到阻力，乒乓球受到阻力；

乙组：阻力对金属球不做功，阻力对乒乓球做负功；

丙组：两球沿同一的轨道滑行时都会受到阻力，只是金属球滑行时所受到的重力远远大于阻力，因而阻力对金属球做功可以忽略，阻力对乒乓球所做的功不能忽略.

讨论到最后，教师顺水推舟地将归纳得最出色的一组发言稍稍进行补充，在黑板上板书：现实中只有重力做功的情况并不存在；当除重力之外其它力做功与重力做功相比可以忽略时，我们认为只有重力做功.

不同的教学方案导致学生学习经历和收获截然不同.该演示实验方案在诱发了认知冲突的基础上，不仅让学生认识到“只有重力做功”是一种理想模型，而且让学生认识理想模型的内涵，体会建立理想模型的方法，培养探索自然的科学态度和实事求是态度.