物理演示实验的改进与创新

马合

物理是一门理论与实际紧密结合的学科，因而，演示实验作为理论与实际之间的桥梁不可或缺。

时代在发展，学生的思维方式在不断变化，科技不断创新，大数据、人工智能、云时代向我们走来，大量新生科技产物为生活添加了闪亮的色彩。即使在这样一个科技急速发展的环境下，仍然有很多学校的物理（当然也包括化学、生物学科）实验教学，疲于应对中高考，淡化甚至取消演示实验教学，平时课堂教学无实验，老师凭着一支粉笔，一块黑板（当然包括白板等多媒体），一本书，一张口，翻来覆去讲实验，学生听实验、背实验、凭空想实验。这样或许能提高学生的应试成绩，但却抑制了学生思维、动手能力，也无法满足学生的好奇心、想象力、发现欲。

所以，我们不仅要让演示实验回归教学，还要针对学生思维盲点和痛点，找准学生学习需求，并结合日益进步的科技，对实验进行改进与创新。

一、结合学生学习需求，培养物理思维能力

培养学生的物理思维方式，让学生用物理思维对教材和生活中的物理现象进行思考，对学生更好地理解物理学科理论、提升学习能力、改善实际操作能力都有着重要的积极作用。

在物理思维中，思维抽象能力、观察生活中的物理现象进行思考的能力以及将所学知识融会贯通应用于实际的能力是非常重要的部分，现以以下几个部分为例，分享我对演示实验进行改进和创新的经验。

（一）针对学生思维抽象能力培养的改进与创新

对于初中生来说，由于他们的思维抽象能力有限，有很多看不见摸不着的物理理论在第一次接触时无从下手，也很难准确地理解。然而，很多传统的演示实验在设计时没有考虑到这一点，忽略了许多重要的细节，使教学效果大打折扣。

比如，在做大气压演示实验时，传统的“杯覆水”演示实验是这样做的：

找一个干净的玻璃杯，在玻璃杯里倒满水，用一张硬纸板覆盖在倒满水的杯口，用一只手压实杯口，将玻璃杯翻转，杯口朝下，杯底朝上，然后将压住杯口的手拿开，在大气压的作用下，水不会下流，而是会稳稳地停留在杯子里。

但是在实际演示的过程中，我却发现很多学生都会产生一个思维的盲点：怎么证明水停留在杯子里是因为大气压的作用，而不是纸粘在杯口上封住了水呢？为此，我对实验进行了如下改进：

找一个塑料杯，在杯子底部扎一个小孔，演示时，先用食指将杯底的小孔堵住，这时演示效果和传统实验相同，水不会流下来，但是将手指松开后，杯中的水随着硬纸板一起掉下来，这就证明了水不是因为纸板粘在杯口才不会流下来，而是大气压在起作用。

再如，学习浮力的产生原因时，教材没有设置演示实验，所以，学生不能很好地体会到水对物体向上的压力差，由于惯性思维所致，学生对于向上的压力差苦思冥想也不能理解。为此，我设计了一个实验：

找一个空矿泉水瓶，把瓶底剪掉，这样瓶底就变成了一个大开口。把大开口朝上，瓶盖拧掉，把乒乓球扔进瓶里，从大开口缓缓倒入水，由于瓶口的直径小于乒乓球的直径，水从乒乓球和瓶口的缝隙中流掉，瓶里剩余的水对乒乓球只有向下的压力，乒乓球无法上浮;把瓶盖拧上，水不会再流失，乒乓球下方的水越来越多，水对乒乓球有了向上的压力，这时候乒乓球就浮起来了。

在这个演示实验进行的过程中，学生通过对乒乓球逐渐上浮过程的观察，对水向上的压力有了直观的认识和理解，抽象出压力差的概念，对浮力产生的原因有了深刻的认识。

（二）针对学生观察思考能力培养的改进与创新

原本生活中处处有物理。但很多传统演示实验的过程和器材都只存在于实验室里，学生在真正的生活中实际碰到实验情况的概率很小，这就给学生造成了演示实验的内容和对应的原理远离生活的感觉，无形中产生了距离感。如果能用生活中的例子，就地取材给学生进行演示，让学生体会到物理就在身边，培养学生仔细留心观察生活中物理现象的习惯，并针对这一现象进行思考，这对提高他們的观察思考能力及兴趣有重要的意义。

比如说，学习滑动摩擦力时，为了探究滑动摩擦力的方向，我就地取材，用黑板擦给大家进行了一个演示实验：

找一小块黑板，将黑板放平，为了增强演示实验效果，找一块带有毛刷的黑板擦，让学生推着毛刷板擦沿着黑板的一个方向向前擦，在这个过程中，毛刷产生了明显的倾斜，学生通过观察毛刷倾斜的方向，对滑动摩擦力的方向这个思维痛点也有了清晰的理解。

这个实验虽然很简单，但取材于学生擦黑板的生活经历，也就很容易理解。同时也让学生明白，物理是贴近生活的，在这个过程中学生有一种恍然大悟的感觉：原来简单的擦黑板中也蕴含着深刻的物理原理啊！

（三）针对学生实践能力培养的改进和创新

理论的学习最终目的是服务于实践，而实践也是对理论进行应用和再理解的过程。物理也是如此。让学生参与到演示实验的过程中来，提升学生的实践能力，又能让学生对学习到的物理理论融会贯通，与实际应用结合起来。另外，在这个过程中，学生根据实践再一次对物理理论进行深入的思考和体会，起到了辅助学生复习巩固的作用。

基于这一思路，在进行演示实验时，我不拘泥于实验形式，而是让学生占据主动权，让他们从观察者转变为参与者，每个人都参与到实验过程和思考过程中来。比如，可以对实验做微小的改动，让学生查找实验中的错误，思考并分析错误产生的原因，寻找改正的方法;或者引导学生基于一个实验进行发散思考，讨论这个实验还能得到什么样的结果，等等。

例如，在学习完测量小灯泡的电功率之后，我设计了一个演示实验，在实验中故意设置了一个小机关：在原本正确的连接基础上，我在不告知学生的情况下，故意将电压表的正负接线柱接反。接好后，在断开开关的情况下，让学生观察电路连接查找错误，并亲自动手改正。在改正错误后，指导学生闭合开关，这时电压表和电流表有示数，但是小灯泡不亮，当时学生就蒙了，因为这个实验思维盲点出现得好，好在不是按着正常套路出的，正常套路是电压表有示数，电流表无示数，小灯泡不亮。所以，再引导学生去思考灯泡不亮的原因，并亲自动手调整滑动变阻器的阻值，在电压表和电流表允许的量程范围内，将小灯泡调亮，通过实验记录和数据计算思考小灯泡变亮过程中电功率的变化。这样既加深巩固了测量小灯泡的电功率的知识点，又间接考查了电压表的使用，同时引导学生参与到演示实验的过程中，提升了学生的实践动手能力。

二、结合当今科技成果进行改进和创新

当代许多重大的科技进步都是基于物理领域的重大进步，例如，万有引力定律推动了卫星的发展，电磁感应定律的发现推动了电磁波的发展，无线电通讯走进了我们的生活，能量守恒定律的发现推动了热机发展，小汽车等交通工具进入千家万户，为人们的出行带来了极大的便利。

在进行物理教学时，也应与日益进步的科技相结合，让学生明白简单的物理知识是推动科技进步的最大动力，因此，在进行演示实验时，我在实验器材和实验形式上都和科技进步结合，并进行了相应的改进和创新，取得了良好的教学效果。

（一）实验器材与科技进步的结合

如今我们身边有很多高科技产品，例如：智能手机、蓝牙音箱等等。将这些既充满科技感又常见的产品稍加运用，就可以成为演示实验的完美器材。

例如，小小的智能手机，就可以做很多演示实验，现从我做过的众多演示实验中讲两个简单的小例子。

例如，学习《电磁波的海洋》时，我为了帮助学生理解电磁波的存在，找了两部手机和一个可以完全封闭的铁盒子，将其中一部手机交给学生，另一部放在讲桌上，让学生用手中的手机拨打另一部手机的号码，另一部手机响起了铃声。然后，将讲桌上的手机装入铁盒子封闭起来，再让学生重新拨打这部手机，在铁盒子电磁屏蔽作用下，提示无法接通。这一有趣的现象成功引起了学生的兴趣和讨论的热情，这时教师加以引导和讲解，让学生明白了手机是在电磁波的作用下传递信息的，同时演示了电磁波的存在性。

又如，在演示声音的传播时，可以用手机替代闹钟，课堂上也取得了良好的效果。

再比如，最近发展起来的蓝牙音箱，也可以成为重要的演示实验器材。在学习声音的产生时，我利用蓝牙音箱设计了一个演示实验。找一个小蓝牙音箱，与网络连接，在音箱上放一个薄薄的纸板，纸板上放一些泡沫颗粒，用音箱播放节奏感较强的动感音乐时，泡沫颗粒随即随着音乐跳动起来，“翩翩起舞”，学生纷纷惊呼神奇。在这一过程中，学生对声音的产生有了形象的理解。

（二）实验形式与科技进步的结合

得益于科技的发展，演示实验也可以不拘泥于传统的实验形式，而采用多媒体辅助。利用多媒体演示实验打破了演示实验在时间、空间、器材、操作上的多方面限制，能够取得较好的教学效果。

例如，在讲解“物体间力的作用是相互的”这一知识点时，首先让学生拍打桌子感受在拍桌子时手上轻微的疼痛感，然后我为他们播放了火箭升空的视频，并讲解了火箭升空过程中火箭喷出燃气、燃气推动火箭的相互过程。在这一过程中，学生既了解到了火箭升空的基本原理，又从中体会到了力的作用是相互的。在实际教学时，通过学习，有的学生提出了很好的想法，認为可以发明一辆像火箭一样，用喷气助推的“火箭式”自行车，这培养了学生的思维创新能力。

除此之外，很多演示实验如复杂电路的搭建、固体间分子的扩散等等，也可以用多媒体模拟演示实验进行教学。

总之，演示实验的改进与创新既要和学生的物理思维培养相结合，深入研究学生的学习需求，培养学生的观察思考和实践应用能力;又要与当代科技进步相结合，改进实验器材和实验形式，打破传统演示实验的限制，为物理教学打开一片新天地。