试论物理演示实验教学的二次开发，本文主要内容关键词为：试论论文,演示论文,实验教学论文,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。
高中物理新教材中配有大量的演示实验，这是教师进行实验教学的重要依据。除此，教师还有必要结合教学目标、学生特点、实验条件、课时安排等因素，对物理演示实验的目的、演示方式、演示器材和演示手段重新选择、重组和改造，增减演示实验，以使演示实验切合学生实际、发挥最大教学功能，我们称这一过程为演示实验教学的二次开发。
一、演示实验目的的二次开发
教材中设置的演示实验都具有一定的教学目的，有的是为了引入课题，激发学生的学习兴趣和求知欲；有的是为了建立物理概念、发现规律提供具体的感性经验；有的是为了减小学习梯度、突破教学难点；有的是为了巩固、深化概念规律；有的是为了应用物理知识解决问题。演示实验目的的二次开发就是要全面分析实验的教学目的，结合学生、教师、课时、设备等方面因素，挖掘和补充已有实验的教学目的。
1.分析演示实验的多种功能，发挥演示目的多重性
如用肥皂膜演示薄膜干涉，教材设置的主要目的是为了引入课题，将实验现象呈现给学生，让学生感知现象、激发兴趣、建立模型。该实验还可达到哪些教学目的呢？可继续让学生去质疑肥皂膜为何会形成明暗相间条纹，探讨该条纹是怎样产生的，通过质疑，激发学生求知欲，加深对薄膜干涉的理解。
2.一物多用，挖掘演示实验功能，为不同教学目的服务
电动皮带传动装置演示器，可以便于演示主动轮与皮带间的相对运动趋势，便于分析静摩擦力的方向；将物体放到传送带上，学生既可观察木块的运动情况，又可以让学生体会到动摩擦力也可以是动力；利用该装置还可以测量静摩擦力大小、观察摩擦力大小的变化、测量动摩擦力和最大静摩擦力。如图1所示，木块的一端通过细绳与测力计相连，用手缓慢旋转主动轮，使木块与橡胶带相对静止，橡胶带对木块的静摩擦力是动力，测力计的拉力是阻力，测力计的读数即为木块所受静摩擦力的大小；为了区分最大静摩擦力与滑动摩擦力，让测力计指针带动游标一起向下运动，游标套在指针下，靠摩擦可停在任意位置上，这样，最大静摩擦力的位置由游标记录下来。
图1 电动皮带传动装置演示器
3.为了有效达到教学目的，可增加演示实验
如为了让学生直观感受“功与动能的变化”关系，可以增加这样一个“吹镖”演示实验：取两根较细的饮料吸管，长度分别为10cm、20cm左右，将牙签分别放入吸管。请一个学生将两根吸管放在嘴边，用嘴对准两根管口同时吹气，牙签将从吸管的另一端飞出。为什么在相同的条件下，吸管越长牙签会飞得越远？让学生讨论，通过讨论让学生明白原因。原来吹气时，气体对牙签的推力大小一定，管越长，则牙签所受气流的推力做功越多，牙签获得动能越大，牙签也就飞得越远。
二、演示方式的二次开发
在演示实验教学中，有必要改变传统以教师演示、学生观察为主的教学方式，应充分发挥学生的能动性、参与性，体现新课程的自主、合作、探究的教学思想。
1.将部分演示实验改为教师讲解、师生共同讨论探究、学生亲自动手完成的并进实验
例如，在讲到振动图像时，让同桌的两个同学配合，一名同学拿着铅笔在一张白纸上顺着纸面轻轻来回划动，另一名同学匀速地拉着白纸运动，老师指导学生相互配合、相互协调，振动图像就形象地画在白纸上了，学生自然就理解了振动图像这个概念。
2.将探究实验的某一部分过程改为演示实验，便于师生共同探究
如研究小灯泡的伏安曲线时，教师可以利用传感器和计算机快捷方便地显示小灯泡的伏安曲线，在屏幕上与学生一起研究伏安曲线的特点和形成原因。这样，既能培养学生实验技能，又方便师生共同探究，突破难点。
3.设置和开放物理演示实验室
演示实验通常由教师在课堂上完成，学生主要是观察、质疑，很少有动手机会。在课堂上，有的学生看不清楚实验现象，有的学生对演示实验的设计思想、实验原理和实验装置感兴趣，有深入探究和完善的愿望。为此，有必要设置或开放物理演示实验室，使得课堂演示与实验室学习和探索相结合、教师演示与学生动手相结合、经典演示与现代高科技相结合、传统演示与多媒体手段相结合、自行研制与择优选购相结合，尽力挖掘演示实验的教学价值，提高教学效果。
三、演示器材的二次开发
要对传统的演示实验进行深入研究，努力优化物理实验演示仪器和装置。在教学中，演示实验现象是否容易观察、便于解释，实验操作是否简单、安全，实验材料是否易得、廉价，一些新材料、新仪器、新技术是否可提高演示实验的效果等，是物理教师要经常向自己提出的问题，实质上这就是教师对演示器材的二次开发。
1.用新材料替换原有实验器材，提高演示效果
如：传统的断电自感演示实验（如图2所示）中，电感线圈直流电阻
，灯泡电阻
，且
，将开关断开瞬间，小灯泡会闪一下，再熄灭。该实验现象明显，对学生有强烈的刺激，但要解释该现象是因为开关断开瞬间，电感线圈的较大电流通过灯泡而形成的，学生将信将疑。如果改成两个极性相反的发光二极管并联取代小灯泡演示，便于学生理解自感现象中电流的流向。
图2 传统的断电自感演示实验装置示意图
2.用新技术、新方法改进原有的实验仪器和器材
如：传统牛顿第三定律的演示是取两个相同的测力计水平互相对拉，测力计的读数基本相等。该实验有一定的误差，并且很难体现作用力与反作用力同时产生、同时消失，大小始终相等。如果利用数字实验装置（两个传感测力计和一台计算机）就很容易直观地演示两个测力计拉动过程中，作用力与反作用力始终是大小相等、同时产生、同时消失等规律。
四、演示手段的二次开发
传统演示手段主要是借助模型、挂图和实验器材来演示，现代技术的发展使演示手段呈多样化发展趋势。我们把积极利用投影、录像、虚拟现实等演示手段来优化演示实验效果称为演示手段的二次开发。这种二次开发主要体现在以下几方面：
1.借助现代教育媒体增加演示实验数量、展示物理情景、扩展知识面
在教学中，因时间限制，对某一概念、某一规律难以进行多实验演示，一般只能通过1-2个实验来展示实验情境、方法和操作。其他物理情境则可用课件、图片等手段展示，这有利于学生从现象中抽象出物理概念，总结物理规律和应用其解决问题。如用铁屑演示磁场磁感线的分布，在课堂上只要演示条形磁铁的磁感线和直线电流磁场的磁感线的分布情况就够了，其他磁场磁感线的分布可借用多媒体来展示，这样，学生既有一定实验基础和实验现象，又能在短时间内观察不同磁场磁感线分布特点，丰富了物理情境，扩展了知识面。
2.用投影或录像的手段，可强化演示主体
如在学习游标卡尺、螺旋测微器、秒表、万用表等仪器的原理、使用方法及读数时，虽然学校能保证每位学生手中都有这些仪器，但由于这些仪器刻度比较小，教师讲解示范起来非常吃力。教师可以将这些实验仪器都拿到实物投影仪进行演示，演示主体在银幕上形成放大的像，便于测量、读数、分析。从而弥补了实验的不足，增强了实验演示效果。
3.用课件模拟实验现象
教师可将一些实验现象不明显、学生很难观察或不便做的演示实验，制作成课件。这样可以弥补常规实验仪器的不足和实验现象的不明显，从而提高演示效果，使学生能很好地理解物理教学中的重点和难点。如：原子物理中的。散射实验装置、实验现象和实验规律无法演示，通过电脑课件动画模拟实验内容，将微观的、不可见的、抽象的、难以解释的实验，展示在学生面前，逐层分析，深入讨论、讲解，使之形象化、直观化。
总之，在演示实验的教学中，教师具有演示实验二次开发的意识和方法，才能有效引导学生观察、思考、质疑和探究。只有把演示实验的二次开发当做艺术来研究，才能使演示实验教学真正成为学生发展的载体。