同实验，异演示——优化物理课堂演示实验教学，本文主要内容关键词为：演示论文,实验教学论文,课堂论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
演示实验是教师在课堂上通过实验设计和操作，促进学生对实验现象进行观察、猜想、分析、归纳和总结的教学活动。物理演示实验是学生获得直接经验，形成感性认识的重要途径。随着素质教育的推进，大多数教师认识到演示实验在物理课堂教学中的重要作用，在教学中轻视或忽视演示实验的情况有很大改善。但在实践中，教师受传统教育的影响和课时的限制，能高质量完成演示实验的并不多。为使演示实验发挥到最大的效果，提出了优化演示实验的五个措施。 一、同仪器，异操作——优化实验目标 案例1.光的干涉实验演示 （1）案例背景 在有遮光条件的教室里，利用激光器、双缝，完成单色光的双缝干涉演示实验。通过实验观察和分析，认识干涉条纹的特征，获得干涉现象的清晰表象。 （2）教学过程 [教法1] ①教师打开激光器，直接把激光打到教室（或实验室）的墙上。要求学生说出观察到的现象（激光沿直线传播，打到墙上是个光斑）。 ②在激光器前加一双缝，让学生再观察实验现象，并引导学生描述观察到的现象。 [教法2] ①教师打开激光器，直接把激光打到墙上，让学生说出观察到的现象。 ②在激光器前加一双缝，让学生再观察实验现象，并引导学生描述观察到的现象。 ③教师举着一块贴有半透明纸的玻璃板，沿着两束光的叠加区，从教室的后面走到前面。学生可以清楚地看到干涉条纹的间距由大逐渐变小。 ④用喷雾器在光束的叠加区域喷洒水雾，利用小水滴对光的散射，可以在较大的空间观察到立体的干涉图样。 ⑤选用间距不等的双缝，重新观察实验现象。 （3）案例评析 教法1与教法2的教师使用了同样的器材，不同的是对演示实验的目的和功能理解不同。 教法1是教师通常采用的演示方式，通过教师演示、学生观察、讨论得出结论的教学方式能让学生获得光的干涉现象的静态表象。 教法2的最大特点是教师演示并不满足于让学生获得静态的表象。教师不仅追求从静到动，从平面到立体，全过程与全方位地展示光的干涉现象和充分反映干涉现象本质特征的空间干涉，还追求给学生以完整的表象知觉和新奇的审美感受，达到吸引学生，对学生的情感、态度产生影响的效果。正是因为演示教法2的教师有这样的目标意识，才使他有了创造性的巧妙设计：①运用了半透明纸的玻璃板由远走近，让学生感悟到光的干涉现象不是局限在某个平面上，而是在某一空间；②利用喷雾器在光束的叠加区域喷洒水雾，立体地展示了干涉现象，让学生震撼。 二、同情景，异体验——优化实验方式 案例2.力的分解实验演示 （1）案例背景 把一个已知力分解成两个分力，通常是按这个力产生的实际效果进行的。但刚开始学习高中物理的高一学生，对一个力产生的实际效果的认识较为困难。这一实验演示的目的就是让学生对力的效果有切身的感受并形成清晰的表象。 问题情景：如下页图1，在竖直墙上固定一个轻支架，横杠OM垂直于墙壁，斜杠ON与墙的夹角为θ，在支架的O点挂有一个重为G的物体。怎样确定杆OM、ON的受力方向？
（2）教学过程 [教法1] ①教师请一位学生做演示实验：取一根细线，细线的一端系在右手食指上，另一端系上一个重物。用一支铅笔的一端顶在细线上的某一点，铅笔的另一端置于右手掌心（如图2所示）。
②让这位学生根据力的作用效果在图2中标出这两个分力的方向。 ③在上述体验的基础上，再让这位学生确定图1问题中杆OM、ON的受力方向。 [教法2] ①如图3所示，请一位学生把木棍放在他的右腰和右臂间，右手提一重物，并让这位学生谈自己的感觉。
②教师用两杆支架受力显示仪演示，如图4所示。由M、N处橡皮膜（或海绵）的凹与凸，可说明ON杆受拉力，OM杆受压力。
③把支架翻转180°，如图5所示，再演示一次。
④如图6所示，学生两人一组。一人右手（或左手）叉腰，另一人向下拉他的肘部，然后交换，体会拉力对手臂产生的两个作用效果。
（3）案例评析 教法1的演示实验最大的缺点是只有一位学生得到了充分的体验，而其他学生仅通过这位学生对感受的描述获得间接的体验。在解决与力的分解相关的问题时，由于体验不深，往往会产生错误。 教法2的最大的特点是，将演示实验做得很充分，兼顾了学生学习过程中的感受、表象和思维的多种需要。当一个学生演示时，其他学生的大脑也处于十分活跃的状态，他们在猜想、在分析。当这个学生谈感受时，其他学生都会把自己的分析结果与之进行对比。教法2还通过教师直观的演示给学生提供了清晰的视觉表象，让学生验证了自己的猜想是否正确。最后又让全体学生进行实验，给了每一个学生亲身体验的机会。 前面两种教法的比较分析给我们的启示是：对于难点内容要舍得花力气，并且只有把力气用在刀刃上，才能使学生学的知识更稳固。 三、同结构，异呈现——优化实验方法 案例3.自感现象演示实验 （1）案例背景 用自感实验示教板演示通电与断电自感现象可让学生获得自感现象的表象，为学生分析自感现象产生的原因，认识自感现象的本质奠定基础。 （2）教学过程 [教法1] ①演示通电自感现象。师：出示示教板，画出电路图（如下页图7，
、
是规格完全一样的灯泡）。闭合电键S，调节变阻器R，使
、
亮度相同，再调节
，使两灯正常发光，然后断开开关S。重新闭合S，观察到什么现象？
为了使学生能够观察清楚，应反复实验几次。 生：跟变阻器串联的灯泡
立刻正常发光，跟线圈L串联的灯泡
逐渐亮起来。 师：为什么
比
亮得晚一些？ 师生共同讨论，得出结论。 ②演示断电自感。 师：出示示教板，画出电路图（如图8）。接通电路，待灯泡A正常发光，然后断开电路，观察到什么现象？
生：S断开时，A突然闪亮一下才熄灭。 师：为什么A灯不立刻熄灭？ 师生共同讨论，得出结论。 [教法2] 师：如图9所示电路中，当电路接通时，小灯泡发光会延迟吗？ 理论分析：当电路接通时，由于自感现象，小灯泡发光应该有延迟现象。 实验结果：用演示实验进行检验时，并未观察到预期的结果。
师：为什么没有观察到灯泡的延迟现象？发生这种情况的原因可能是什么？ 生：可能是由于我们的感官分辨能力不够。 师：为了观察到实验现象，应如何设计新的电路？ 在学生讨论的基础上，采用对比的方法，得出图10所示电路。 师演示，对比电键接通时
和
的发光先后，说明前面的理论分析正确。
师：在图10电路中，当电键切断时，小灯泡将出现什么现象？ 理论分析：当电键切断时，由于线圈中的感应电动势的存在，电流不会立即减小到零，即在电键切断后，在“电感线圈—两只小灯泡—变阻器”构成的回路中有维持一段时间的电流，小灯泡还要发光一段时间。 实验演示：未能观察到预期的结果。 师：发生这种情况的原因是什么？如何设计新的电路？ 生：可能是初始电流相同，在持续时间内我们的感官没感觉到。 在学生讨论的基础上，采用如图11所示电路。 演示：开关切断时，小灯泡发出瞬间的强光。
理论分析：当电路达到稳定时，由于线圈的电阻比较小，流过线圈的电流比小灯泡的电流大得多，在开关切断的一瞬间，线圈的电流在回路存在的前提下不能突变，流过小灯泡中的电流立即反向并增大，使小灯泡发出瞬间的强光。 师：上述分析是否完全正确呢？如何验证？ 在学生讨论的基础上，教师给出设计方案如图12所示。
通过教师演示，学生在实验中观察到当开关接通后，小灯泡
发光；开关切断的瞬间，小灯泡
发出瞬间的强光，理论分析正确。 （3）案例评析 教法1采用配置的成套器材做演示实验，属于常规演示实验教学。虽然通过现象的观察、分析、总结，也能得出实验的结果，但学生对自感现象本质理解的程度不深，对解决实际问题的思维方法缺乏体验，很难培养学生分析问题、解决问题的能力。 教法2采用积木式的结构，具有鲜明的教学特点。①电路的各部分是随着问题的展开逐步组合而成的，实验电路的结构及演示实验中所发生的物理过程非常清楚。②整个教学过程体现了用实验来检验科学理论或推论的方法。这样的实验设计，向学生展示了通过深入分析，创造适宜的条件，对物理现象进行观察、研究的“动态”过程。③巧妙地运用“比较”的方法，让学生认识现象的本质。 通过对实验设计，改变实验的条件，把所研究的物理现象各方面的特征逐步揭示出来，从而达到最终认识物理现象的本质的目的，这是科学思想方法教育的成功案例。 四、同操作，异效率——优化实验手段 案例4.利用双缝干涉观察色散 （1）案例背景 在《光的颜色色散》一节课中，教师引入了双缝干涉仪，让学生观察白光的干涉条纹，以此来说明光的干涉中色散这个概念。 （2）教学过程 [教法1] 教师课前组装好双缝干涉仪放在讲桌上，并调好白光的双缝干涉图像。 课上请学生轮流观察。由于时间的关系，只有几位同学看到白光的双缝干涉图样。 [教法2] 教师在教法1安装的双缝干涉仪的基础上，在目镜的后面放上摄像头。这样就可以把干涉图样同步传到电脑上，并通过投影仪呈现给学生。 （3）案例评析 教法1中只能是几个学生的体验，而且在一个学生观察的时候，其他的学生没有事做，课堂几乎处于失控状态。观察的学生所描述的彩色条纹也不能让其他同学信服。教法2是在教法1的基础上稍作改动，就把难以在课堂上呈现的图像同步呈现。既节约时间，又提高了课堂效率。 演示实验的成功与否在很大程度上取决于实验现象是否清楚。有些物理现象是微观的、瞬间的或变化的，难以观察，有的物理现象可见度太小，利用投影手段可以使它“化虚为实”、“变小为大”、“化静为动”，这样能使学生观察得清楚、仔细，从而获得良好的教学效果。 五、同难点，异突破——优化实验仪器 案例5.探究影响通电导线受力的因素 （1）案例背景 在定义磁感应强度这个物理量时，教科书通过“演示”栏目让学生研究通电导线在磁场中受到的作用力与电流的大小、导线长度间的关系。 （2）教学过程 [教法1] 按照人教版教材的处理：如图13，三块相同的蹄形磁铁并列在桌面上，可以认为磁极间的磁场是均匀的。将一根直导线水平悬挂在磁铁的两极间，导线的方向与磁感应强度的方向（从下向上）垂直。有电流通过时导线将摆动一个角度，通过摆动角度的大小可以比较导线受力的大小。分别接通“2、3”和“1、4”，可以改变导线通电部分的长度。电流由外电路控制。先保持导线通电部分的长度不变，改变电流的大小；然后保持电流不变，改变导线通电部分的长度。观察这两个因素对导线受力的影响。
[教法2] 实验设计： ①如图14，将一通电线框垂直放在匀强磁场中，并将此通电线框竖直悬挂在力传感器下方。此时力传感器的读数为线框的重力与磁场力之和G。保持线框重力
不变，则磁场力F=G-
。利用传感器技术可以将这一基数去除，则读数为磁场力。 ②将电流传感器串联至电路中，则可以通过读数得到电流强度。 ③准备磁场强弱不一样的两个磁场。
实验过程： ①控制磁场和L不变，改变电流I的大小，观察磁场力F的变化。如何改变电流大小？ 生：在电路中串联滑动变阻器，通过调节滑动变阻器来改变电流的大小。在这里，确定了4个数据，分别滑动变阻器让电流达到数值，来测量磁场力的大小（见表1）。
结论1：在保持磁场、导线长度L不变的情况下，磁场力F与I成正比。 ②控制磁场和I不变，改变导线长度L大小，观察磁场力F的变化。 在这组实验中，把电流控制在1A，磁场不变，研究F与L的关系。由于器材原因，只能做两组（见表2）。
结论2：控制磁场和电流I不变，磁场力F与L成正比。 ③控制电流I和导体长度L不变，改变磁场，观察磁场力F的变化。 使I=1A，L=0.08m，分别用磁场强弱不一样的磁体来做实验（见表3）。
结论3：控制I，L不变，不同的磁场，F不一样。 总结：①在同一匀强磁场中，不管I、L如何改变，比值F/IL总是不变的。②I、L不变，但在不同的匀强磁场中，比值F/IL是不同的。 从上述结论，我们可以得到：在同一磁场中F/IL是一常量。而在不同的磁场，磁场越强，比值F/IL越大。所以F/IL完全有能力来描述磁场的强弱。我们把比值F/IL定义为一个新的物理量——磁感应强度B。 （3）案例评析 教法1是用传统的实验仪器进行简单的定性分析，而且一根导体杆受力比较小，实验现象也不是很明显。在控制变量中，两次实验根据导体杆摆动的角度大小来比较力的大小，学生只能粗略地比较一下，实验的准确度不高。 教法2中用传感器进行定量分析。使学生能够对现象和数据进行分析，并让学生从实验中自己去总结归纳出磁感应强度B的定义。而且用线框代替导线，可以得到较大的安培力，便于测量；用两块长方形磁铁代替蹄形磁铁，便于实验操作；用力传感器和电流传感器来测量安培力和电流，测量准确。 其实这个实验本人在仪器选择上遇到了很大的困难，选择匀强磁场时，电磁铁的磁性不够强，最后从电磁感应机上拆了两块平行磁铁，而且自己手动数线框的匝数。虽然没有成套的装备，但这么组装起来的仪器更实用，在教学难点的突破上发挥了很大的作用，提高了课堂教学效率。 对演示实验的操作、改进、继续研究，发挥其在课堂教学中的作用，这是一个没有止境的课题。本人还会在今后的教学中，一如既往地反思、总结、改革和创新，对实验这一教学手段的利用、教学的其他技术做更多的深入研究，以利于学生的知识学习和思维能力的培养。
标签：光的干涉论文; 磁场强度论文; 导线测量论文;
同一实验、不同示范--优化物理课堂演示实验教学_光的干涉论文
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