谈谈物理演示实验情境创设的层次

吴东兴

(通州高级中学 江苏 南通 226300)

物理学是一门以实验为基础的学科.物理实验是培养学生科学素质的最有效的途径，也是培养学生创造力和创造性思维的最佳途径.中学生对事物的观察有时是表层、片面甚至是错误的.而物理规律的表现形式是多层次、多侧面的.教材中提供的往往是单层次、单侧面的演示实验内容.从培养学生能力的角度来看，教师有必要进行适当的拓展和补充.在课堂演示实验教学活动中，也往往有这样一种情况，就实验及其操作来说没有什么不妥之处，但学生却不易理解，甚至产生错觉或疑惑，不能正确地思维，更不能得到自己确信的结论.究其原因是教师没有充分注意演示实验情境创设的层次.

1 案例1——用沙摆演示振动图像实验

在演示实验教学过程中，要做到层次清楚、步骤到位、循序渐进.一般应该有：初态演示、静态演示、动态演示、过程演示、末态演示.实验怎样进行，这需要教师在课前认真考虑好、设计好.例如，在用沙摆演示振动图像实验时，可采用三步到位的方法.

(1)先演示沙摆静止时，大漏斗中流出的沙堆形状.

(2)再演示沙摆做简谐振动时，从漏斗中流出的沙堆形状.

(3)最后演示沙摆振动时，在下方匀速抽动木板，从漏斗中流出的沙堆(线)形状.

教师在做演示实验时，必须一切从学生出发，从学生的认知层次、知识层次、心理因素等方面考虑，设身处地的为学生着想.针对学生的好奇心，适当设疑、激发兴趣，通过这些层次性的情境创设，在能使学生接受的条件下层层深入，使学生从分析现象产生原因的思维活动中，“看穿”实验现象，充分理解、掌握简谐振动图像.

2 案例2——物体发生微小形变的演示实验

人教版高一物理《必修-1》教材在“弹力”部分内容中指出：物体在力的作用下形状或体积发生改变，叫做形变，任何物体受力时会发生形变，但有时形变很小，不易观察.受力不发生形变的物体是不存在的，为了说明这一点，很多教师通过自己制作教具，用手挤压装满水的、带有细玻璃管的圆形玻璃瓶，通过观察挤压时细管中有色水面的上升来得出结论.

然而在实验中，学生观察后常会产生两个错觉.

(1)瓶不是玻璃的.

(2)手握着玻璃瓶，手传热给玻璃瓶，使瓶内的水受热膨胀.

这个实验原理的层次可简述为：玻璃瓶受力—形变—容积减少(认为液体不可压缩)—水往上升.

为了避免学生产生上述错觉，可以采取下列改进措施，设计下列实验情境.

(1)演示前先用金属棒敲瓶子，或请学生看一看、摸一摸，使学生确信这是玻璃瓶.

(2)实验中把圆玻璃瓶换成横截面为椭圆的扁玻璃瓶.这样，当瓶子椭圆截面的短半轴方向受压力时(图1)水柱上升；当瓶子椭圆截面的长半轴方向受压力时(图2)水柱下降.如果前者能够用“受热膨胀”来解释的话，那么后者用“受热缩小”是解释不通的.由此可见水柱高度变化的原因并非受热膨胀.

图1 图2

学生错觉消除了，但是新的疑问又产生了，上面的演示不能使学生确信，不论水柱上升还是下降，都是由于受力形变的缘故.这时不少教师向学生作出解释：在瓶子椭圆截面的周长基本不变的情况下，椭圆截面短半轴受压力后变短了，即截面积变小，容积变小，水柱上升;而椭圆截面的长半轴受压后，长半轴变短了，但同时短半轴变长了，且长半轴和短半轴的乘积增大了，则截面积变大，容积变大，水柱下降.对此学生还是不易理解，因为高一学生对于椭圆的一些知识还是生疏的，数学知识还不够.

那么怎样从学生实际出发，使学生接受不论水柱是“上升”还是“下降”都是由于受力形变的缘故呢？针对学生的认知层次、知识层次,我们可以用一个简单情境进行类比.大家都天天挤牙膏，牙膏壳的截面可近似看作是一个椭圆.我们可以就此启发学生：挤牙膏你是怎么挤的？沿短半轴方向挤还是沿长半轴方向挤？如果挤出的牙膏太多了，要使挤出的牙膏缩回去一些，你怎么办？你是沿短半轴方向挤一下呢？还是沿长半轴方向挤呢？用牙膏实际操作演示，当学生看清这个熟悉的现象并确信后，他们自然也就相信水柱“上升”、“下降”都是由于受力形变的原因了.

3 案例3——水槽中的水波干涉实验

水槽中的水波干涉实验是高二《物理·选修3-4》“波的干涉”中的重要演示实验，该实验对理解波的干涉现象、特点、产生起着举足轻重的作用.

在演示水波干涉的实验中，也要注意实验情境创设的层次性.比如说有的任课教师交代本课课题后，打开了课前准备好的水波发生仪开关按钮，通过幻灯投影仪把水槽中的水波干涉现象投影到屏幕上，请同学观察，教师介绍说，这就是水波干涉图样.随后关掉水波发生仪，再用多媒体课件进行演示.

学生在学习过程中会产生强烈的疑问和埋怨：

(1)这个实验我还没来得及仔细观察；

(2)多媒体课件演示的是真实的吗？

这是由于教师忽略了实验的层次性，弱化了这个演示实验，用多媒体模拟取代了真实情况.

针对这种情况我们可以结合学生认知层次、知识层次、心理因素等方面，创设相应实验情境和操作程序：

(1)做实验之前，展示介绍水波发生仪，特别强调两点：两个振针联在一起振动情况完全相同，振动频率与可调的交流电源频率相同.

(2)用幻灯投影仪把水槽中的水波干涉现象投影到屏幕上，观察现象.

(3)调节波源振动频率，观察水波干涉现象并比较差别.

(4)调节幻灯机的频闪光源，使频闪光源频率等于波源振动频率，使屏幕上的水波定住不动.

(5)随后微调频闪光源频率，使屏幕上呈现的波动过程缓慢的进行下去，这时学生看到的是一个缓慢的、然而又是真实的物理现象.

(6)在前面的基础上教师再用多媒体动画模拟这个现象，这时学生感到这个模拟的现象是真实现象的反映.

通过这些层次性的实验情境的创设，学生很好地实现了由现象到形象的过渡，为下面的分析、理解、掌握波的干涉奠定了基础.

演示实验的特点决定了它确实可以在课堂上实施新课改的各种思想，让新的教育教学理念真正全面发挥作用.教师在物理演示实验教学过程中，注意从学生的认知层次、知识层次、心理因素等方面出发创设情境，设定一定层次的实验步骤；不论采用怎样的教学策略、教学方法、教学形式,均应一切从学生出发，物理演示实验教学层次对实验者来说应该便于其顺利地进行实验，并向实验观察者——学生清楚地讲解；对于学生来说应该便于其观察、思考.通过整合和优化中学教师和学生各自内部情境系统，调动他们自身各种积极因素，最大程度上实现各自潜能的自我开发和身心连续不断的积极变化；通过运用各种策略，协调双方关系，整合各种教育资源，放大互动的正效应.

参考文献

1 李吉林.李吉林情境教学理论与实践.北京：人民日报出版社, 1996.23

2 江季龙，魏东.创新高中物理实验教学方法探讨.物理教学,2003(10)：19