物理演示实验现状分析及对策

袁海江

引子

(2011，浙江高考)如图所示，在铁芯上、下分别绕有匝数n₁=800和n₂=200的两个线圈，上线圈两端与u=51sin314tV的交流电源相连，将下线圈两端接交流电压表，则交流电压表的读数可能是

A2.0V

B9.0V

C12.7V

D144.0V

这个题目对我们教师，至少对笔者是刻骨铭心的。这个题目让我们考生怎么算?让我们教师怎么分析?让我们的课怎么上?“凭直觉这个答案的来源肯定是有依据的，很有可能是命题组在实验室里做出来的。”——这是我们一线教师的一致反应，事后也得到了命题组专家的肯定回答。

我们的课应该怎么上?物理课怎样上才有效?本文拟以对上题的反思为引子，就对物理演示实验现状分析及对策讲一点初浅的看法，给我们更有效的物理课堂教学添砖加瓦。

1对“演示实验”的认识

从接受物理学教育开始，到走上工作岗位至今，“物理是以实验为基础的学科”对我们而言根深蒂固，讲到物理实验，我们便会喊口号那样喊出。事与愿违，我们的课堂上很少看到她的影子。但在另一个侧面，我们看到的是另一番景象，从汇报课，到观摩课；从优质课比赛，到素质大比武；从物理研讨会，到物理年会。实验都是有机组成部分，她是一节课的亮点；是我们获胜的关键，是我们年会的风景。

案例110年9月，浙江省高中物理课堂教学评比中，由义乌中学王丹凤老师执教的《牛顿第三定律》，她的最大亮点就是演示实验，其中有一组实验可称为——“陆空海”体验。

师：像这种相互作用例子在我们身边还有很多，如在公路在行驶的汽车，汽车为什么能在路上行驶(拿出遥控汽车演示)。

生：是地面对汽车的摩擦力。

师：汽车对地面有力吗?地为什么不动?离开地面汽车会动吗?

生：学生哑然。

师：用实验演示一下，拎起汽车，按下遥控，发现汽车轮子只转但不前进。(离开地面汽车不会动)

桌上放辆倒置小车，小车轮上搁一较粗糙的薄长三夹板，板上再放遥控小汽车，按下遥控，效果非常明显，汽车前进，木板后退，全班哗然。(汽车对地面有力)

师：行驶的汽车是汽车与地面有相互作用，那天上飞的飞机又如何?拿出事先准备好的遥控直升机，直升机下方铺有较多彩色纸屑。按下遥控，飞机上飞，纸屑飞舞。飞机为什么会上飞，是谁的作用?

生：空气。

为了再次说明这一问题，王老师将飞机拿到学生(长头发女同学)，启动飞机。问该同学，风吹的爽不爽?“爽”学生大声问答。

师：飞行的飞机是飞机与空气的相互作用，那水中的物体呢?王老师将用弹簧秤提着的钩码放进置在台秤上的水槽中，请同学们注意观察两示数的变化?

生：弹簧秤示数变小，台秤示数变大。

师：这个实验说明水对钩码有浮力，钩码对水有压力，即钩码与水相互作用。直接接触的物体间有相互作用，那不直接接触的物体间有吗?

王老师用事先准备好的两带磁铁的小车加以演示说明。

王老师准备的“海陆空”三方面的感性实验、直接接触物体间的相互作用和与不直接接触物体间的相互作用作用的感性实验，这种多方位、多角度的演示实验无不刺激其视觉、其思维、其前科学概念。演示实验为学生积累了感性认识，实现了认知顺应。

从这个案例加上上面的考题。我们是否应唤醒那只沉睡的羔羊，拿起我们的老本行，多给演示实验一些关爱，相信她一定会“投之于木桃，报之于琼瑶。”

2“演示实验”的课堂模式

“一张嘴巴，一本书；一块黑板，一只笔”，这是我们常用的演示实验教学方式，可能讲的有些绝对，但用这种方式的大有人在。这种“嘴巴实验”，“黑板实验”只是蜻蜓点水，点到为止，并不能给学生以感官上的刺激，充其量只不过是识记罢了。

新课程强调学生的主体意识，重视培养学生的操作能力，自主探究能力。鉴于此，我们可将教材中有些样板式演示实验，或改参与式演示实验；或改合作式演示实验。

案例2如上是观察桌面微小形变的“样板式”演示实验，但在平常的教学中我们可用激光笔代替光束，操作如图，将反射光点直接投到天花板上。取材方便，操作简单，现象明显，参与性高，且也可学生自行合作完成。

案例3如上必修2《平抛运动》中的“样板式”演示实验，这个优点是实验现象明显，操作也较简单，但缺点是学生只能“听”“看”现象。参与度不高。笔者在课堂上采用了如下实验，学生参与高，现象明显，操作简单，就地取材。具有较高的“乐价比”(简单的东西带来的快乐其实很多，很划算)。

简易平抛竖落仪，实验器材：一张硬纸片，两个垫片(两个硬币)，一支笔。实验流程如图。

实验过程中我们可以稍加提醒和指导。如：①提醒学生观察现象，比较这两个运动。你们观察到什么现象?怎样判断它们是否同时落地?是“听”准确还是“看”准确?两垫片是否同时落地?②同时落地说明两垫片经过相同的时间到达同一水平面，两垫片是否每时每刻都在同一水平面上，实验中改变哪个物理量反复做更能说明这一问题?

由于我们的学生主体参与意识薄弱，动手能力不强，在参与式演示实验和合作式演示实验模式中，我们要多一点理解，少一点抱怨；多一点宽容，少一点责备；多一点鼓励，少一点批评。这样，师生之间的感情交流就会更流畅，教学效果也就会更好。

3“演示实验”如何“做”

关于“如何做演示实验”的问题，我们可以从教师、教材、器材、现象、学生等方面来讲，比如对教师而言，在讲解指导实验时不可眉毛胡子一把抓，东一榔头西一棒槌，要定点打桩，桩桩有力。限于篇幅，本文从以下几个方面对“做演示实验”提几个要求。

3.1演示实验应力求简单便利

演示实验装置应力求结构简单，操作简便，取材方便，突出关键步骤，以利于学生集中注意演示实验本身，提高教学效果。通过简单的演示实验，就可以使教师用较少的语言，在较短的时间内，把要讲述的问题展现在学生的面前。当学生对这个“为什么”产生浓厚的兴趣时，他的思维活动必然是积极活跃的。一个好的演示实验所起的作用，是最生动的口头表述也代替不了的。

案例4在《电阻定律》一节中，讲到电阻率与温度之间的关系时，教材有这样一段描述“各种材料的电阻率一般都随温度的变化而变化。金属的电阻率随温度的升高而增大。”对学生而言知识识记，没有感性认识和感官刺激，为此笔者在课堂上安排了如下演示实验。

实验器材：取日光灯一端金属丝(连管脚)、J1202高中学生电源、“3.8V，0.3A”小灯泡、电键、电路板、导线等。

如图所示，将上述调试好的实验装置在课堂上演示，我们会看到如下现象：电键闭合后，小灯泡发光，过一会儿(时间较短)，小灯泡由亮变

暗，同时灯丝发红。此时，我们在发红的灯丝上吹一口气，可以看到灯丝由红转黑，同时小灯泡由暗变亮。

由上述实验现象可知，在电键刚闭合时，金属丝为黑色(还来不及发热，温度较低)，此时，金属丝的电阻率较小，由电阻定律知，金属丝电阻小，根据闭合电路欧姆定律可得，电流较大，所以小灯泡比较亮；过了一会儿，金属丝发红(可以用打火机在灯丝上烧一下，效果还要好，温度升高)，金属丝的电阻率增大，电阻变大，则小灯泡由亮变暗。当我们在金属丝上吹一口气后，金属丝由红变黑(温度降低)，电阻率由大变小，所以小灯泡又由暗变亮。

这里实验电路简单，日光灯一端金属丝(连管脚)取材方便，一烧一吹操作简便，一暗一亮现象明显。

这种取材简便的实验器材更容易使学生接受，学生学起来更会有兴趣，他们会忽然发现原来生活中到处都有物理现象。不但如此我们还可以通过网上搜索、淘宝购物等方法搜寻器材，这可能便是教育大家朱正元教授当年的“坛坛罐罐当仪器，拼拼凑凑做实验”这一主张的现代体现。我认为实验的条件不是重要的，关键是教师应该给学生做创造实验的机会，从身边的生活发现物理问题，激发学生热爱生活，热爱自然，热爱学习。勤于思考。或许情感态度和价值观通过这样的渗透会更自然一些，可能也是“从生活走向物理，从物理走向社会”之课改理念的有力载体。

3.2演示实验应力求直观明显

不知大家在做演示实验是否遇看到过这样的场景——“座位较后的学生，一有实验马上站起来观察我们做的演示实验，甚至跑上来观察”，这是对我们做的演示实验可见度的一个要求，也充分反映了学生要求看清楚演示实验的心理。

案例5在必修2《平抛运动》中我们自制的一个平抛水平仪，实验流程如图。

从同一高度无初速释放两金属小球。我们会看到做平抛运动的小球和做匀速直线运动的小球在水平轨道上相遇而发生碰撞，且在运动中两小球在同一竖直线上(在实验误差范围内)。

这种清楚明显、可见度高的物理现象，才容易触动学生视觉，激发学习兴趣，启发思维活动。在平时教学我们还可以采取增大器材尺寸，选择仪器摆放角度以及选择合适演示角度、位置甚至向不同方位动态展示演示结果等方法，力争提高实验的可见度。另外，我们对某些变化小，不易测量的物理量可以通过微量放大的方法进行测量和分析。如案例2通过光点移动将固体形变这一微小量放大，提高可见度。或可采用实物投影仪将实验器材映射于屏幕上，或可用示教板来突出实验的主要装置，以便于学生把注意的焦点集中于所要研究的问题上，或可将某些样板式演示实验改为合作式演示实验，如把通过磁铁与线圈相对运动得出楞次定律的样板式演示改为合作式实验，这样，线圈绕法、指针偏转一目了然，不仅便于学生观察，印象深刻，而且增加了他们的动手机会，提高了学习兴趣，增强了实验能力。

3.3演示实验应力求动态展示

有特级教师曾言：“只有好的实验装置(哪怕是可以得到非常精确的结果)，没有好的演示过程是不会收到良好的教学效果的。”课堂需要动态生成的课堂，同样我们的演示实验也要给学生们一个动态的展示。

案例6在选修3-2《交变电流》中教材安排了《探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系》的实验，但这一实验我们真的做起来，恐怕很难得到其数值关系。结合浙江省教育厅教研室编写选修3-2作业本的“做一做”，如下图。

在教学过程中我们做了如下的演示实验，在导线一圈一圈动态过程中。小灯泡由不亮变的微亮(如下左上图)；放上铁芯，小灯泡由微亮变的较亮(如下右上图)；闭合铁芯，小灯泡由较亮变的很亮(如下右下图)；拿掉铁芯，小灯泡亮度复原，在此基础上再增加线圈匝数，小灯泡亮度增加(如下左下图)。

课堂教学中我们将实验动态展示在学生面前，学生对什么是理想变压器肯定会有所感触，如果每一届学生我们都做过这个动态实验的话，那开头考题答案A是很显然了。

这个演示实验的要点是要学生看清楚二点，其一是要学生在动态演示中看清灯泡亮暗与所绕匝数间的关系；其二是要学生在动态演示中看清灯泡亮暗与可动横梁位置(漏磁程度)的关系。除了这二点之外此演示实验还有几个附加值。

附加值一：演示涡流热。以此可说明理想变压器另一条件忽略铁损(由“涡流”所产生的损耗)。在闭磁前在横梁下垫入一12.5cm×3cm的铁板，通电一段时间后，让学生触摸铁板，可以感知铁板是热的。

附加值二：在让学生感知铁损时，即可取下原线圈让另外学生触摸，也可感知原线圈是热的，这样我们便可说明理想变压器又一条件忽略铜损。

附加值三：如图此题大家肯定很熟悉，“真的有这种感觉吗?”，我们老师会说做一下就知道了，“你做了吗?”；我们学生会感到很茫然，一脸无奈状。“你敢来试一试吗?”，抛出这个问题后，课堂气氛立即升温，大家都跃跃欲试。具体实验时就可用上述器材。此实验效果明显，大家不妨一试。这个其实是我们平时在讲的“千人震”实验。

在演示实验的引导下，由浅入深，悬念重生，同学们“带着兴趣，带着悬念，带着思考，带着强烈的求知欲”去学习。在同学们参与互动中，使“要我学”的外压力变成“我要学”的内动力，学生成为课堂上真正的主体，从而教师少教，学生多学、好学、会学，使我们的课堂更有效。