王中元

(湖北師范學院 物理與電子科學學院， 湖北 黃石 435002)

0 引言

物理演示實驗是物理課堂教學過程中不可缺少的一種重要的教學方式和方法。實驗教學的有效性是新課程物理教學的重要保障，而物理演示實驗教學的有效性則是凸現物理教學中教師主導作用和學生主體作用的重要方式之一。在實施物理新課程的教學過程中，教師通過物理演示實驗教學，增強教學的直觀性，落實新課程標準的教學目標，培養(yǎng)學生的實驗觀察能力，幫助學生理解相關物理知識與掌握相關物理技能。由于受實際教學條件的限制和舊的思想觀念的影響，有的老師在教學過程中連有限的一些演示實驗也省略了，即使是進行了實驗演示也是敷衍了事，有的老師的確是進行了實驗演示但也存在一些“表演”的成分，盡管有的老師根據教學內容的需要認真地進行實驗演示教學，但是受實驗儀器、環(huán)境、內容等因素的影響其教學效果不佳，沒有充分地利用其直觀性有效地引導學生觀察、思考、探索。近年來，我們在物理課堂中見到了很多精彩的演示實驗，特別是更多的驗證型演示實驗被探究型演示實驗取而代之，信息技術與物理演示實驗的整合為我們帶來了全新視覺感受，多媒體與網絡、傳感器采集系統(tǒng)的加入，亦提高了物理課堂演示實驗的“高效”性，當我們津津樂道于這些實驗教學改革的時候，一些問題和困惑也逐漸凸顯出來，那些看似熱鬧與創(chuàng)新的演示實驗教學中卻存在大量的“高耗、低效”的現象，要提高演示實驗的教學效果確實是擺在我們面前的一項重要任務。電磁學是普通物理學中的重要內容，大約占現代中學物理教學內容的三分之一，而電磁學演示實驗在中學物理教學中所占的比例相當大，其演示效果將直接影響著學生對電磁學知識的學習，下面以電磁學演示實驗為例來談談實物演示實驗教學的有效演示問題。

1 選擇合適器材進行有效演示

物理實驗離不開器材，器材是實驗的基本元素，選擇的器材是否恰當將直接影響演示實驗的效果和物理教學效果。從物理課程教學資源的角度來看，物理演示實驗器材可分為常規(guī)物理演示實驗器材和非常規(guī)物理演示實驗器材。常規(guī)物理演示實驗器材是指學校實驗室中的現有的實驗器材，它通常是教學儀器廠專門正規(guī)生產的實驗器材。非常規(guī)物理演示實驗器材是學校實驗室之外的實驗材料與器材，通常是指學生所熟悉的在日常生活中易得的物品、材料、器具、人體或人體局部以及包含物理原理的現有玩具等器材。電磁學演示實驗的常規(guī)器材主要包含導線、開關、電源、電學元件、磁學元件、電學儀表、成套的電磁學實驗演示器材、相關電磁學演示實驗配件等器材。

電磁學的內容主要包含電現象、磁現象、電磁現象，而一切電磁現象都起因于電荷及其運動，因此，有很多電磁學實驗與電現象聯系非常緊密，在保證師生安全的前提下，根據電磁學實驗器材的特點，為增強電磁學演示實驗的教學效果，一般在了解實驗器材的性能、功能、電學數據指標、使用要求、使用方法的基礎上，結合演示實驗內容和要求合理恰當地選擇相關的實驗器材。例如在演示兩燈泡的串并聯實驗時，選用“220V 15W”和“220V 60W” 的兩燈泡并聯在220V電路中很容易觀察到60W的燈要亮一些。如果把兩燈串聯在電路中，即使調整總電壓使15W的燈正常發(fā)光時60W的燈(實際功率也只有額定功率的1/16)也沒有達到發(fā)光的程度而沒有發(fā)光，容易造成學生分析與理解上的混亂。又如用安培力演示器演示安培力實驗時，由于導體銅桿受到安培力在滑道上要克服摩擦力才能滾動，一般要求通過導體的電流要達到2～3A，如果用中學一般的學生直流電源就會出現過載而不能向外供電，用干電池又無法輸出這么大的電流，因此，只能選擇能輸出較大電流的電源(如WYK-303B2直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源)。在演示實驗教學中還經常涉及到一些儀表、電子元器件、磁學元件等器材的挑選問題，在教學中必須整體考慮，精心設計，科學合理地選擇實驗器材，進一步地提高演示實驗的教學效果。

2 創(chuàng)設實驗情境進行有效演示

創(chuàng)設教學情境是教師教學工作中的一項基本要求，創(chuàng)設良好的演示實驗教學情境是現代教學改革的重要任務，它是根據教學內容為完成教學目標而通過演示實驗信息作用于學生，讓直觀的材料使學生產生一定情感反應，使之形成一種合理的教學過程結構，從而達到整體教學的最優(yōu)化效果。

2．1 創(chuàng)設生活化的情境進行有效實驗演示

物理學在日常生活中應用非常廣泛，物理知識充滿于我們的生活之中，運用生活中常用的材料和物品作為實驗器材來演示物理實驗，呈現生活化的物理現象或物理過程，創(chuàng)設生活化的教學情境，體驗從物理走向生活，從生活走向物理的樂趣。如可用氣球或廢舊的塑料包裝帶撕成絲狀后演示靜電間的排斥現象，效果非常好。又如用金屬盤和塑料膜演示電荷相互作用的“靜電散花”實驗，生動有趣，非常貼近生活，親近感強，這類實驗現象明顯，真實可靠，信服感強，學生易于接受。

2．2 創(chuàng)設問題性的情境進行有效實驗演示

物理演示實驗就是將涉及到的相關物理現象或物理過程展示在學生面前，但在實驗的演示過程中必須結合實驗內容合理地創(chuàng)設問題性情境，讓學生有目的有步驟地進行仔細觀察，循序漸進地認真思考與探究相關問題。為增強演示實驗的教學效果，更好地創(chuàng)設問題情境，我們可以從“奇”、“險”、“懸”、“迷”、 “顯”等方面進行演示。

“奇”指有悖“常理”，學生初次看到會感覺到驚呀，這樣更能激發(fā)學生深層次的思考。如演示磁浮列車倒懸著運動而不掉下去時，學生感覺到不可思議。

“險”指學生想象中可能有“險情”發(fā)生，但經過合理設計與演示，有驚無險，可進一步激發(fā)學生的學習熱情。如演示靜電屏蔽時，在金屬籠外幾萬伏電壓作用下的電閃雷鳴，而籠內的小鳥(或人體)卻安然無恙。

“懸”指通過設計懸而未決的實驗來誘發(fā)學生的學習興趣。如演示靜電跳環(huán)實驗，容易使學生產生刨根問底的急切心情。又如互感實驗，通過演示小燈泡不用直接與電源相連時也可以發(fā)光，把問題化為懸念，引起學生的直觀興趣，使學生在探究的心理狀態(tài)下更好地接受老師發(fā)出的相關教學信息。

“迷”指有意“不成功”，讓學生在迷霧中尋覓。教師的演示實驗不一定個個都能一次成功，有的實驗不能演示成功恰恰是我們預先設計好的。如在演示變壓器實驗時故意將磁路不閉合，會使教學產生意想不到的收獲。

“顯”指演示現象明顯。一方面要提高實驗本身的明顯程度，另一方面對于實驗現象不太明顯的實驗可以通過光、電、聲、機械和多媒體進行放大，對于現象顯現非常短暫的實驗也可進行沿時處理。

2．3 創(chuàng)設形象性的情境進行有效實驗演示

形象生動、直觀明了、簡單方便是物理演示實驗的基本要求，由于電場和磁場都是看不見，摸不著的一種特殊物質，致使電磁學中很多知識內容顯得非常抽象，難以理解，創(chuàng)設生動有趣、形象直觀的演示實驗情境是非常必要的，也是不可缺少的。根據電磁學的內容特點，對實物演示實驗來說，在教學中創(chuàng)設生動形象性的演示實驗主要包含模擬實驗的演示、實物實驗的直接演示和實物實驗的錄像演示。

模擬實驗的演示是通過模仿實驗對象的制作模型進行演示，或者模仿實驗的某些條件進行實驗演示。由于電場和磁場非常抽象，因此，在電磁學中運用模擬實驗進行的演示非常多，在演示這類實驗時必須注意原來本身的和被模仿的實驗對象或實驗條件之間應該存在共同的特征或極其相似的特征，并能有效地突出地進行演示出來。如在電場線的描繪實驗中，必須指明直流電源的兩接線柱之間的電場與兩等量異號電荷間的電場分布情況是一樣的，因此，可以用上述方法來形象地模仿兩等量異號電荷間的電場線分布。

實物實驗的直接演示是物理學中演示實驗的主體內容，這樣的例子非常多，在此不再舉例。實物實驗的錄像演示可以是自己實物實驗錄像通過多媒體放大演示，進一步增強演示效果；也可以是借助他人的實物實驗演示，實現資源共享，以進行生動直觀的實驗教學，幫助學生理解與掌握相關知識，進一步提高課堂教學效果。

2．4 創(chuàng)設創(chuàng)新性的情境進行有效實驗演示

創(chuàng)新教育是以培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新品質為基本出發(fā)點的教育，創(chuàng)設創(chuàng)新性的實驗情境是實施創(chuàng)新教育的途徑之一。在符合物理演示實驗的基本要求時，為提高演示實驗效果進行創(chuàng)新性設計與演示時，注意到問題情境所提到的“奇”、“險”、“懸”、“迷”、“顯”等方面外，我們還可以從“新”、“美”等方面進行創(chuàng)新性思考。

“新”指演示實驗新穎，創(chuàng)新性地選擇與設計實驗，即使是學生熟悉的現象也不可簡單重復，而是另辟蹊徑，引起學生的學習興趣，這也對學生進行創(chuàng)新教育起到了潛移默化的作用。如用將鋼針磁化后制成小磁針來演示有關磁現象，非常吸引學生，既增強了學生的學習興趣，又提高了演示實驗的教學效果。

“美”指演示實驗展示的美，既存在內在的科學美，也顯現出一定的外在的美。教師經過精心的教學設計，在實驗演示時通過啟發(fā)與引導學生在進行觀察、比較、分析的過程中產生美的感受，進行美的欣賞，受到美的熏陶。如在講導體和絕緣體時，通過演示一條干樹枝和一條濕樹枝(帶有新鮮樹葉)的導電性能不同，以突出帶有新鮮樹葉樹枝“濕”的性質，使學生順利地解決“雷雨時不宜在大樹下躲雨”的解釋，明白“濕木材導電”和“絕緣體在一定條件下可以變成導體”的道理，體驗物理實驗的科學之美。又如通過演示“輝光球的電場”、“高壓氣體放電”等實驗呈現出色彩美；通過演示“靜電散花”實驗體現出藝術美，通過發(fā)屑或驗電羽模擬演示電場線表現出形象美。

3 根據實驗內容進行有效演示

物理演示實驗是在一定的條件下進行的一種教學活動，它與科學研究的物理實驗盡管有一些共同之點，但確實存在很多不同之處，演示實驗必須面對學生，它是某些物理現象或物理過程在課堂教學中的重現與展示，是幫助學生理解與掌握物理知識的重要方法，也是物理課堂教學的重要方式。電磁學是物理學的重要內容之一，從包含的內容方面來看，電磁學演示實驗主要包含電學儀表的使用、元器件性能研究、電場和磁場特性演示、電路與磁路特點演示、電磁關系及性質演示、電磁學知識應用演示等方面的內容。根據電磁學實驗的內容特點，為提高演示實驗的教學效果，在達到常規(guī)的演示實驗基本要求的同時，合理地選擇實驗儀器，注意實驗演示時的物理環(huán)境和電學儀表使用的“例外”情況。

演示實驗一般是在教室或教學實驗室的課堂中完成，由于電磁學內容的特性所決定，實驗環(huán)境也就成為一些實驗的重要條件。靜電系列實驗是電磁學演示實驗的重要內容之一，它一般具有電壓高、電量少的特點，一般與環(huán)境濕度、溫度、射線、灰塵等因素有很大關系，如果水分子以及空氣中由于宇宙射線、紫外線等產生的若干離子附著在靜電實驗的絕緣體表面上，會使物體的絕緣性能顯著降低，使靜電帶電體在空氣中出現自然漏電，并且對于親水性物質尤為明顯。如玻璃是絕緣體，但在相對濕度較高的環(huán)境中其表面的電阻突降非常厲害，表面帶電時漏電現象非常明顯。教室是教學的重要場所，如果教室通風不暢其相對濕度會較高，盡管老師在提前準備時的實驗效果非常好，但將儀器在教室里放久了以后的靜電實驗效果就不一定好。溫度也是一個不可忽視的因素，由于氣溫越高，水蒸汽蒸發(fā)越多，空氣中的飽和水蒸汽密度越大，常常在冬季比夏季的靜電實驗效果要好。靜電實驗裝置還要注意遠離放電過程中的高壓電源(如起電機、感應圈)，防止空氣電離加劇，造成儀器嚴重漏電，影響實驗效果。此外，還要注意通風排氣，防止有火爐或有火焰燃燒時使空氣電離和產生大量塵埃，影響實驗的正常進行。對于磁現象實驗時也應注意周圍環(huán)境中的一些磁體的干擾與影響，對于交變電流電路有時也應注意周圍導體之間分布電容的影響。

電學測量離不開儀表，電學儀表一般具有一定的型號、量程和等級，有各自的功能與作用，但在有的場合進行電學物理量測量時會出現“例外”情況，這是我們在進行實驗演示時必須重視的。如電壓表是用來測量電壓的，但在測量電容器帶電后兩極板間的電壓時就不能用電壓表來直接測量，否則電容器就會通過電壓表放電而中和，但我們可以用電勢差計、示波器等儀器來進行測量。又如一般通過歐姆表來測量電阻以確定某電路或某元件是否斷開，但對于正在通電的照明電路出現斷路后就不能用歐姆表來檢查與判斷，我們可以用交流電壓表來進行檢測，即使是正在通電的低壓直流電路出現斷路后也不能用歐姆表來檢查與判斷，否則會通過歐姆表將斷路電路連接起來而形成回路，使歐姆表中有電流通過使指針發(fā)生偏轉顯示出一定的讀數，并不是指向無窮大，從而出現用歐姆表測量時的“通路”假象。再如在演示電磁感應實驗時，盡管導體作切割磁感線運動而使閉合電路產生了感應電流，但由于電流太小而使有的電流計無法測量出來，也會出現一種“無電流”的假象。

4 規(guī)劃實驗步驟進行有效演示

演示實驗是結合教學內容按照一定的步驟而進行的教學活動，但有一些實驗必須按照一定的順序進行，實驗的順序決定了相應的實驗步驟，為提高實驗演示的教學效果，必須更好地規(guī)劃與設計合理的實驗步驟。從電磁學的內容來看，需要更好地規(guī)劃與設計的演示實驗步驟主要涉及到實驗的時空順序變化、實驗過程的順序變化等方面的情況。

演示實驗的時空順序變化是指演示實驗現象受時間或空間的影響，在實驗演示時必須根據相關實驗內容在一定的時間和空間條件下合理地設計好有效的實驗順序。如有些實驗儀器需要提前進行預熱、有些實驗只能短時間通電演示、有些實驗只能間斷通電演示等。又如在演示靜電感應時使導體帶電后應及時進行相關實驗，否則時間久了以后帶電體在空氣中會出現自然漏電而影響實驗效果。再如要獲得更好的演示效果，演示磁場在空間的分布要注意小磁針在空間的放置方向，演示電磁場的接收時要注意天線在空間的放置位置與接收方向。

演示實驗過程順序的變化對有些實驗效果會產生一定的影響，在實驗時必須根據相關實驗過程合理地規(guī)劃與設計好有效的實驗順序。如在接電路時一般應該斷開電源，但在演示電偏轉和磁偏轉實驗時必須先通電后調整好亮度、光點的位置，否則所加的電壓或磁感強度過大會使光點偏轉超過觀察的范圍，不能很好地進行觀察與實驗。又如在演示電荷守恒定律之前為防止相互摩擦的兩材料先帶電，就需將帶電板在酒精燈火焰上來回晃動幾次，利用氣體電離的方法消除帶電板上的電荷。

5 結束語

高效教學是現代教學的一種追求與目標，直觀生動的演示實驗是提高課堂教學效果的重要方式和手段，為進一步提高演示實驗的教學效果，必須結合教學確定與完善實驗內容，恰當地選擇實驗器材，合理規(guī)劃實驗步驟，創(chuàng)設良好的實驗教學情境，并對現有實驗適當進行優(yōu)化與拓展，以獲得教學效益的最大化。

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