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如何让物理课堂充满生机——对两个热学实验的探究及演示实验的重要性
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我国基础教育课程改革，正进入试点实验阶段，对于正在实行课程方案的广大非实验区的一线教师，不能坐等新课程体系的到来，应该利用现行教材，研究摸索出适合新课程实施下的课堂教学 的新形式是关系到整个基础教育课程改革的成败，也是学校的常规教学顺利走向新课程的关键。走进新课程，教师是知识的传授者的角色是不能改变的，但是与以前不同的是它不再是教师唯一的或常规的角色，教师应成为研究者、成为学生的引导者、促进者。学生也不是电视电影面前无可奈何的观众，更不是配合教师上课的配角，而是一种活生生的力量，是带着自己的知识、经验、灵感、兴致参与课堂活动的主角。 我们把《做功和内能的改变》一节的验证性实验改为探究式实验，以实验为载体展开教学。人民出版社教材：在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团棉花，把活塞迅速压下去，观察有什么结果。参考书针对实验难度大特意加了三点说明。1。密封性要好……：2。管内保持足够的氧气……：3。所有棉花的燃点要低，实验要用硝化棉。硝化棉的制作：取浓硝酸和浓硫酸按体积比1：2……。同一实验，97年出版的京教本写到：在一个厚玻璃筒里放一块浸过乙醚的棉花。先行高一课本185页也有这个实验“…把浸有乙醚的一小块棉花……。这是一个所有的初高中教师不知教过多少遍的难以成功的实验，一些教师为使这个验证性实验顺利进行，课下苦心准备硝化棉和乙醚，另有一些教师干脆在黑板上讲实验，让学生记结论。 新课程要求教师应该是课程的建设者和开发者，使课程在课堂实施中不断增值，不断丰富，不断完善。我们把课堂教学分为三步：一、巧妙地把学生引向对教学内容的探究 按照课本“照方抓药”在学生睁大眼睛等待棉花燃烧时，看到的却是意想不到的“白烟”换用力气大的同学重做一遍，筒内棉花还是不能燃烧。教师则岩石急于弥补这一失误又不知所措的样子，以鼓励学生对书本知识的质疑和对教师的超越。这就巧妙地把学生引向对教学内容的探究 ，要目的明确，忌随心所欲。物理教学中，演示实验是新课导入的重要方法之一。实验具有生动、直观、新奇的特点，容易激发学生的直觉兴趣。如能充分发挥实验的趣味性、奇异性、多变性，就能创造出生动的情景，使学生思维活跃。演示实验是用来配合教学的，应根据不同教学内容和要求，选择用合适的实验，合理地进行实验，以便让学生清楚地认清物理概念和规律。例如，在讲授平抛运动这一节的内容时，我们可以选择的演示实验比较多。如抛出的粉笔头、桌上滚落的玻璃球、水流的喷射、平抛运动演示仪、闪光照相等。其目的就是让学生认识平抛运动可以看作是水平方向的匀速直线运动和竖直方向的自由落体运动的合成。这一规律。我们利用演示实验都应清楚地显示出演示内容的本质特征。当然实验时要增强实验的趣味性，更好地调动学生的思维积极性。再比如，讲摩擦力这一节，我们可以用引导提示法指出我们要实验的问题和目的。如摩擦力的大小与哪些因素有关系呢？，为了研究这个问题，我们调整吊盘上的重物的重量，使木块在桌面上作匀速直线运动，这时绳子对木块的拉力就等于木块与桌面间的滑动摩檫力。然后在木块上加一个重物，增大木块与桌面间的压力，这时发现，必须增加吊盘上的重物，使拉力增大，木块才能做匀速运动。可见增大木块与桌面之间的压力，木块与桌面之间的滑动摩檫力也增大。学生就很自然地得出两个物体间的滑动摩檫力f的大小跟这两个物体之间的压力n大小成正比的结论，即f=μn。然后进一步得出动摩擦因素与两接触物体的材料和它们接触面的粗糙程度有关。整个实验目的性明确，环环紧扣，步步深入，学生必定会有很强的感性认识，很清楚的认知思路，从而轻松地掌握这节的内容。演示实验切忌毫无目的，随心所欲。演示实验的最终目的是为教学服务的，为的是在实验中发现规律，理解规律，从而掌握规律。为实验而实验，没有目的性，只会使学生浮于实验过程与表面现象，不知道老师为什么做实验，不知道实验演示了什么规律，更谈不上自己去发现与探讨规律了。对老师而言，这样的实验是吃力不讨好的事。。二、创设开放的教学情境 精心设计问题，以问题为线索，力求实验与思维有机结合，层层递进，使学生始终处于积极参与的状态中。对物体做功，物体的内能会增大，这物体指的是（筒内气体）而不是（棉花）。燃烧必须满足的两个条件是a与空气或氧气直接接触。b温度达到燃点。与空气直接接触可采用的办法是：用活塞将棉花送进筒底的过程即是将旧气排出换新气的过程再重复一次即可。 温度到达燃点的办法是：降低燃点，换用硝化棉或用乙醚浸过的棉花，增加压缩气体的内能，使之达到普通棉花的燃点。筒内气体体积一定，内能的增量有限，不足以点燃一小团棉花，。减少棉花的用量是实验成功的关键。 同学们热烈讨论 ，c为最佳方案。正如卡文迪许所说：用最平常的仪器，做出最好的成果，才算是真本事。我们把教材中的一小团棉花改用几十根棉絮，让一个女同学走上讲台，成功地完成实验。在我们的预料之外的是，一个男同学走上讲台顺手从课本上撕下一小纸屑，放入厚玻璃筒内活塞压下去，小纸屑燃着了！这一独特的富有个性化的理解和表达，让教室里响起了经久不息的掌声。课堂上的教学时间是极其宝贵的，如果教师在演示中出现失误和差错，不仅会殆误时间，而且会引起对所得结论的怀疑。因此，教师在课堂上的演示实验必须确保成功。 成功的演示是由多方面的因素决定的。首要条件是掌握实验原理，它是设计和改进实验的依据。只有掌握了原理，才能准确的抓住关键，成功的进行演示。例如，静电实验我们一般认为比较难做，其实关键在于静电电压高而电量少。因其电压高，通常所说的绝缘体在高压下变成了导电体；因其电量少，电荷容易漏。从原理上进行分析，我们就可以找到改进静电演示实验的关键--解决绝缘问题。只要对仪器进行简单的改进就行了。 其次，要注意环境条件。有些实验的成败与环境等外界条件很有关系。例如，空气的湿度对静电实验很有影响，某些电学实验跟电源电压的稳定性有关。因此，教师在课前要选择好所需的仪器和材料，仔细地进行检查，熟悉仪器的使用性能，了解实验的精确程度，估计实验时间，观察教室里即将演示的环境等。 课前做好充分的准备，可以提高演示的成功率，但不能保证课堂上一定不出问题。出了问题怎么办？一是要镇定，切忌手忙脚乱，应认真思考和分析，尽可能及时找出原因，迅速排除故障；二是要实事求是，实验失败不可简单地用仪器不行来搪塞过去，更不能编造数据，弄虚作假。应当向学生如实说明实验失败的原因，申明下次再做。这种负责的精神和科学的态度，必将培养学生实事求是的科学作风，对学生产生良好的影响。演示实验能够提供丰富的感性材料，变抽象为形象。但它的最终目的是要通过观察启发思维，使学生更好地认识客观规律，发展能力，培养兴趣。因此，在设计和编制演示程序时，必须在启发性上下功夫。 演示中的启发性，首先在于以趣激疑。当生动的演示现象出乎学生的意料之外时，认知的矛盾将上升为思维的动力。例如，静电植绒实验中，当启动手摇感应起电机时，下极板上的小纸屑不断地飞舞，粘附在涂有胶水的上极板上，形成了美丽的图案。而对这一美妙神气的现象，学生的问题必将油然而生。 运用演示引发问题，只是启发思维的起点，虽然它是学生开展积极思维的突破口，但要推进思维的展开，仍需有教师不断的引导。例如，为什么会有这种现象？怎样才能产生？怎样才能做得更好？……在学生不断的探讨、思索中，逐步掌握物理知识，了解物理规律，这样的实验就成为了推进思维的向导。 演示实验一般情况可采用这样的几步：提出问题，通过实验建立初步表象；再做实验，又提出问题进行探讨，找出规律；应用规律来说明问题，并用实验来验证。这一过程体现了实践--理论--实践的认知规律。演示实验切忌难易不分，草草了事。有些新教师做实验，常常以能显示实验现象为满足，急急表演，匆匆收场。这样的实验必不能给学生留下深刻的印象，而且忽视了学生由感性到理性的上升过程，忽视了学生能力的培养，不可能达到实验所需的目的。总之，演示实验在物理教学中有不可替代的作用。教师只有明确了演示实验的重要性，掌握了正确的方法，才能使学生的观察和思维活动紧密地结合起来，用观察促进思维活动的展开，又用思维指导观察活动的进行，逐步掌握物理概念和规律，发展观察和思维能力，才能使我们的物理教学达到事半功倍的效果。此外，教师对待演示实验的严谨作风和科学态度也会对学生的实验素养起到潜移默化的作用三、学到的探究方法再用于实践 本节实验2，物体对外做功，内能减少也是一个难以成功的实验，气体对塞子做功时，瓶内应该有雾出现，可是按课本装置却看不见雾，我们不能片面追求所谓正确结果“有雾，是因为你们离的远没看清”而抹煞学生的“求真”精神，使学生的创造性成分白白流失。经引导学生能分析出实验失败的原因：气体对塞子做功较少，需要液化的水蒸汽太多，造成雾的浓度小。雾的浓度由 内能的变化量/气体总量的比值决定。按数学知识，这问题很简单，增大分子减少分母即可。方法是：增大内能变化量，即是增加气体对塞子做的功，改正的办法是。打气筒接在侧壁上，以免塞子负重跳不高。 减少气体总量，用带有支管的试管代替小瓶。将图2-11中课本实验的打气筒接到右图试管的支管上。改进后的实验，雾很浓，持续时间也较长，教师里最后排的同学也看得清清楚楚。 本节课每用精湛引言的导入，而用课本上不成功的实验，激发学生对书本的质疑和对教师的超越，把学僧巧妙地引向“主动、探究、合作”之路。由师生的共同探究活动不仅解决来历困惑多年的两个实验难题，而且又升华到学生 压燃纸屑。这一开放性的教学过程是一种发自内在的精神解放运动。学生的主体性，独立性不断生成、发展、提升，这是学习观的根本变革。要明显直观，忌模糊不清，可以说演示实验的一切功能都不能离开观察，观察者只能在演示者所给现象的基础上进行观察。因此，演示实验的直观是最起码的要求，教师在设计演示实验时应注意以下几点： 首先，物理过程的变化要显著。为了使现象明显，仪器的尺寸要比较大，尤其是观察部分的尺寸要大、刻度线条要粗，要使教室内最远的同学也能看清。这样做演示的精密度虽有所降低，但可以用感受效果来弥补。必要时可以借助投影、机械放大、光杠杆、放大电路等手段增强现象的明显性，提高观察效果。另外，仪器摆放的位置，被观察主体与背景的色调对比等也会影响观察的效果。通常可采用演示板、磁性黑板、染色、生烟、衬托背景、照明等方法来增强观察效果。 其次，仪器简单，过程明了。演示之所以要直观，就是为了能从实验中直接观察到物理过程，认识物理现象的本质，而不需要过多地拐弯抹角，受其它无关因素的干扰。特别是一些为建立、巩固物理概念的定性演示中，没有必要选择精密复杂的实验装置。例如，我们用椭圆墨水瓶演示微小形变现象，效果就比用复杂的光杆系统装置要好。又如，用旋转电枢（或磁铁）的方法演示电动机的原理就比搬一个真的电动机来做实验更能突出物理原理。 第三，要多种感官并用。有资料表明在接受知识方面，单靠听觉一般只能记住15%左右；单靠视觉，从图象获得知识，只能记住45%左右；如果两者结合起来，可记住65%。因此，调动学生各部分感官的协调并用，比单一渠道要好。我们应该考虑学生的各种感官对信息的分辨能力，以强化有效刺激，促进学生对新知识、新规律的理解。例如，讲加速度时，学生视觉感受到加速度影响速度的变化可能不很明显，可以用多媒体课件来演示。演示时，速度的变化可以用音高变化来表示。使学生听觉、视觉共同作用可能比单纯用视觉更直接。因而对变化率的概念比较容易建立。 演示实验切忌模糊不清。学生看不到清晰的实验过程和明显的实验结果，搞不清实验所演示的规律、原理，无助于物理教学。与其浪费时间，不如不做。 整个教学过程也是科学家进行科学实验的模拟过程，在失败、分析、改进再实验的过程中，学生掌握了做功与内能改变的关系，也体会到科学家们的研究方法，领略科学家获得成功时的喜悦，这种效果是验证性实验无法比拟的：学生当一切所学知识忘掉的时候，最后剩下的是方法和能力。这样的课堂教学，使教师的身份有知识的传授者变成里研究者，真正尝到当教师的乐趣，这正是新课程的推进对教师提出的转型的要求。当然，过程的开放，也许回影响某些课时的教学进度或教学任务。但是我们要用发展的眼光来看这个问题：某一节课的教学任务的完成与否并不影响学生的整体发展，课堂教学最重要的是培养学生自主学习的能力和创新素质，这是学生发展进而也是教学发展的根本后劲。实验是物理学的基础，是检验物理理论的标准。在学生建立完整的物理概念和导出正确物理规律的课堂教学中，实验是最活跃最具生命力的部分。演示实验是指为配合教学内容由教师操作表演示范的实验。是深受学生欢迎的实验形式，是教师施展教学艺术的独特方法。它能化抽象为具体，化枯燥为生动，把要研究的物理现象清楚地展示在学生面前。能引导学生观察，并进行思考，配合讲授使学生认识物理概念和规律，达到事半功倍的效果。
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