中学物理实验教学研究和实践成果

（一）演示实验的教学组织

演示实验是指在课堂上主要由教师操作，并通过教师的启发引导，帮助学生对实验进行观察思考，以达到一定教学目的的实验教学方式。演示实验可以用于课堂教学的各环节。引入课题的演示，其目的在于引起学生对即将研究问题的兴趣，激发学生的求知欲望，因而应当具有引人入胜、发人深省的特点；对于建立物理概念和研究物理规律的演示，其目的在于提供感性材料，借以形成概念、建立规律，因而应当具有实验条件明确、观察对象突出、演示层次分明的特点；对于深化和巩固物理概念和规律的演示，其目的在于加深理解、强化记忆，因而其特点应当是在原有实验的基础上改变一些条件，以利于扩展和推广。

1.演示实验的特点和作用

（1）引入课题，激发学生的探究欲望

教师可以选择一些生动、有趣、新奇和使学生感到意外的演示实验来引入课题，从而有效地激发学生的求知欲望。例如教师在讲解动量定理之前可以先做一个演示实验，让一个生鸡蛋从高处落下，落在垫有厚泡沫塑料的玻璃杯里，鸡蛋没有破损；再将鸡蛋在玻璃杯边沿上轻轻一磕，鸡蛋破碎、蛋清流入玻璃杯。随后教师提出问题：“为什么鸡蛋从高处落下没有破碎而在玻璃杯边沿轻轻一磕就破碎了？”教师运用这个演示实验，创造了一个愉快的学习情境，使学生的思维活动处于积极状态。

（2）提供必要的感性素材，帮助学生形成概念和认识规律

在课堂教学中教师常用演示实验展示物理现象和变化过程，特别是学生日常生活中难以见到的或者和学生的经验相违背的现象和过程，使学生获得丰富的感性知识，为学生形成正确的概念、认识规律创造条件。

（3）进行观察和思维训练，巩固和运用物理知识

由于演示实验由教师控制，教师能够有意识地选择和设计实验内容和程序，得心应手地把需要的现象展示出来，从而在学生运用知识的过程中发挥很好的作用。例如电学实验中，通过观察电流、电压的变化，经过认真分析思考，推断电路结构；滑轮黑箱实验中通过观察力的关系，分析推断滑轮组的结构。

（4）提供示范，为学生训练实验技能创造条件

在演示实验中，教师的示范作用表现在两个方面：一是通过演示实验介绍学生将要使用的仪器和进行实验的方法、步骤、技能；二是通过操作过程中表现出的实事求是的态度，严肃认真的作风，潜移默化地影响学生，培养学生良好的科学作风和习惯。

2.演示实验的教学要素

（1）告知目标，引起注意

演示实验用于课堂教学的不同环节，有不同的目的，因此有不同的教学要求。有无必要演示，选择什么样的演示实验，怎样进行演示，都必须从具体的目的出发。在演示实验前，教师要进行充分的引导并告知目标，可以通过创设一定的物理情境来提出问题，以明确演示的目的，明示学生要观察的要点。

（2）注意引导学生观察和思考

在演示实验过程中，对现象明显、易得结论的实验，先引导学生分析后演示；对现象不明显，不易得出结论的实验，先演示，引导学生观察后再分析；对复杂的实验，可以边演示边分析。演示实验的观察指导是培养学生观察能力的重要途径。这里所说的观察指导包含两层含义：一是演示本身应能吸引学生的观察和注意；二是教师在演示过程中应及时指导。及时指导并不是说教师指到哪里，学生就看到哪里，而是指教给学生观察的方法。在演示前，一定要让学生明确为什么要做这个实验以及打算怎样做，出示仪器并对仪器的作用有所交代。实验前教师应提出问题或启发学生提出问题、做出猜想、预示现象的发生过程，告诉学生观察什么、怎样记录数据、怎样推理等。教师引导学生交流讨论，通过对各种现象的分析、比较、抽象、概括、归纳、演绎和判断，弄清因果关系，寻找规律，得出结论。例如在演示液体内部压强规律时，应当首先使学生认识U形管压强计的构造及功能，知道液体内部压强与U形管两端液面高度差的关系。可以先靠直觉，如在橡皮膜上用手或重物压，使学生了解U形管两侧液面高度差越大，橡皮膜上受到的压强越大。在此基础上再做演示实验，观察同一深度处各个方向，同一液体不同深度处，同一深度处不同液体这些情况下液面的高度差，进而推断出液体内部压强的规律。

演示实验教学中，要引导学生观察条件的差异，发现条件差异与产生结果差异之间的联系，要注意训练学生的观察思路，从局部到整体，再从整体到局部，或纵横对比，把握事物的特征。教师还要注意使学生的观察活动和思维活动紧密结合，用观察促进思维活动展开，用思维指导观察活动进行，使学生逐步提高观察和思维能力。一般情况下学生按照教师的演示程序思考，比较容易解决问题，而独立地思考物理现象的本质时常常会发生困难。例如水的沸腾条件的演示实验，在一个大烧杯中放入大半杯水，再插入一个不接触杯底的试管，试管内也放入适量的水。先让学生思考：给烧杯加热，使大烧杯里的水沸腾，试管中的水是否沸腾？学生的回答可能各不相同。这时，给学生演示，结果表明大烧杯里的水沸腾了，试管里的水虽然达到100℃，但并没有沸腾。再启发学生回顾沸腾的条件，指出判断失误的原因是没有确切地掌握沸腾的两个条件达到沸点及大量吸热，让学生看到自己思维的不足。

（3）常用的基本教学组织形式

观察—归纳：教师通过改变实验条件进行多次演示，从而引导学生在观察的基础上归纳总结出物理规律。

分步—剖析：有的实验不能一步直接演示完毕，而要分步演示，逐层深入，如演示感应电动机的原理、常用电容器的结构原理等。

模拟—建构：限于实验条件，有些演示实验可以借助模型、挂图及多媒体技术模拟演示。恰当地运用模拟演示甚至可以达到实物达不到的效果。特别是多媒体技术，可以演示实物不能做到的实验，如天体的运行、电流的形成、风洞的模拟等。通过恰当的模拟演示，启发学生建构正确的知识体系。

3.演示实验教学中的注意事项

（1）演示现象要清楚，效果要明显

演示实验往往是教师一人操作，所有学生都在观察。为了让课堂上所有学生都能看清楚演示实验的现象，效果必须明显直观。在设计演示实验时应注意以下问题。

第一，仪器的尺寸尤其是观察部分的尺寸要足够大，测量仪表的刻度线要适当粗些，灵敏度要高，必要时可采取适当放大的手段，如电放大、光放大、机械放大等，以增强演示效果。

第二，物理过程的变化要显著，被观察的主体要对比强烈，易于分辨，可采用染色、生烟、衬托背景、照明等方式来增强对比效果。

第三，注意放置仪器的位置，要有足够的高度，不要平堆在桌面上，运动物体所在的平面应与黑板面平行，必要时可借助投影仪、演示板、磁性黑板等。

第四，仪器简单，过程明了。演示实验的目的在于突出要观察的物理现象和物理过程，减少无关因素的干扰，特别是在一些为建立和巩固物理概念的定性演示实验中，没有必要选择精密复杂的实验装置。例如用墨水瓶演示微小形变，其实验效果要比用复杂的光杠杆系统装置好。

（2）演示操作要安全可靠

演示实验在课堂上进行，要确保学生的安全和身体健康。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，不仅会耽误课堂教学时间，而且会引起学生对所得结论的怀疑。因此，教师在课堂上的演示实验必须确保成功。教师要做到以下几点。

做好充分的准备工作。这是确保演示实验成功的关键。教师在课前要选择好所需的仪器和材料，仔细地进行检查，并按照课堂上的实际程序预做几遍。熟悉仪器的使用性能、了解实验的准确程度、估计实验的时间、观察教室环境等，并在教案中写明演示所需的每一件物品，以免课堂上演示失败。

课堂演示时必须确保安全。演示时，教师必须按照安全操作规程去做，认真仔细，确保人身安全和仪器设备的安全；对可能存在不安全因素的实验，一定不要让学生上台操作。例如需要用到220V或380V电压的实验，或者用到高压感应圈、水银的实验，应当由教师自己操作，并做到万无一失。

正确对待课堂演示中的失误，切忌弄虚作假。备课中做好充分的准备工作，可以提高演示成功的概率，但不能保证课堂上一定不出问题。出了问题一定要镇静，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。万一不能及时排除故障，也不可用“仪器不行”来搪塞，更不可编造数据，弄虚作假；应向学生如实说明实验失败的原因，并声明下节课重做。这样的负责精神和态度，将对学生产生良好的影响。

（3）要有趣味性和启发性

演示实验的主要目的是使学生通过观察开阔思维，从而认识客观规律，发展相关能力。因此，设计的演示实验趣味性要强，做到引人入胜，力求新奇、有趣、生动、富有启发性。例如在学习冲量时，为了激发学生的学习兴趣，可以做如下演示实验：将四个鸡蛋放在两张海绵垫的中间，在海绵垫的上方压两块砖，再在砖上放一块瓦片，用铁锤敲击砖块上的瓦片后，在海绵垫中的鸡蛋没有碎裂，依旧完好无损，以此激发学生的学习兴趣。(https://www.xing528.com)

（4）可将多媒体手段运用到演示实验中

有些演示实验无法直接让全班同学都能观察到，如游标卡尺、螺旋测微计的操作过程及读数方法，各种电学实验的操作过程及电表的读数、指针的偏转等，这时可用实物投影仪把实物投影到大屏幕上，以增强实验效果。

有些实验所用仪器比较多，操作过程复杂，例如电阻定律的演示实验，实验仪器较多，实验中既要改变线路的连接方式，又要读出电流表、电压表的读数，只用投影仪不能将实验操作过程和电表读数全部投影到大屏幕上。这时可先采用摄像机对演示实验的操作过程进行课堂实录，再将信号传送到计算机中，通过大屏幕进行播放，这样学生对实验线路的连接、教师的操作步骤、电表的读数都能看得一清二楚，从而获得比较好的教学效果。

有些物理现象或物理过程无法直接用实验演示，而学生由于对这些现象和过程没有感性认识而理解比较困难，这时可采用计算机模拟演示实验，增强学生的感性认识。如分子运动特点、原子核式结构模型、玻尔模型带电粒子在电场和磁场中的运动等，用计算机技术模拟演示，生动形象，演示效果非常好。

（二）学生分组实验教学组织

1.分组实验教学模式

学生分组实验的类型有技能训练性实验、验证性实验、测量性实验、设计性实验和科学探究性实验等。

（1）讲解—操作—分析

这种教学模式是指教师先对实验相关内容进行引导性的讲解，然后学生进行实验，最后由教师引导学生进行综合分析并得出实验结论，常用于测量性实验和验证性实验。测量性实验是利用测量工具、仪器仪表对某物理量进行直接或间接测量，以帮助学生加深对这些物理量理解为目的。验证性实验是以验证已知常数或规律以及学习实验检验方法和技能为目的。运用这种教学组织形式时，教师的启发讲授应主要集中在：①引导学生正确理解实验目的。②启发和引导学生按照规范操作要求把握实验要领。③提示和引导学生进行观察和有序操作。④适时、灵活地纠正学生的错误操作，解答学生实验中的疑难问题。⑤引导学生根据实验事实和现象进行科学总结概括。

教师在讲解时应注意：①言简意赅，切中要害，点明主题，时间控制在8—10min。②启发引导学生主动思考问题，采取循循善诱的方式进行。③用简单的指导语提示操作环节，便于学生实验。④实验教学中切忌把学生可能碰到的问题和困难一次性强调到位或一开始就解释原因。

中学物理教学测量性实验和验证性实验比例比较大，由教师讲解一段，学生实验一段，然后再讲再实验，最后进行综合分析，这样分层训练效果会比较好。例如初中生用天平测量质量，由于大多数初中生是第一次接触天平，此时可以把实验分成两大阶段进行实验教学：第一大段主要讲解天平的结构，引导学生观察、认识、讨论、交流并记住天平的结构；第二大段主要是由教师示范讲解如何正确使用天平，然后由学生实验操作，反复练习正确使用天平的方法。

（2）示范—操作—总结

示范演示在实验教学中起着独特的作用。教师或指定学生进行的规范演示，为学生提供了观察和模仿的模板，对学生实验操作规范化及形成严谨的学风和良好的实验习惯都有较大的影响。这种教学模式是指教师先示范演示，然后学生反复练习操作并进行简单的实验，最后由教师和学生共同来总结相关内容，常用于基本技能训练性实验。其实验内容通常是掌握常规仪器的操作使用方法或某种装配技能或读数方法等，如刻度尺、天平、游标卡尺、电火花打点计时器等相关实验。

实验教学中的示范演示可以分为引导示范演示、矫正示范演示和总结示范演示。引导示范演示是新实验操作开始时为学生做出的操作示范，目的在于为学生提供模仿的样板，便于教师结合示范操作扼要介绍实验操作要领和操作注意事项。教师在进行引导性示范时，应注意示范的高质高效，并结合操作要领讲清正确操作的根据和原理。矫正示范演示是教师在学生出现错误操作后，再次向学生进行示范操作。教师应注意有针对性地帮助学生分析错误操作的原因及可能带来的后果，并及时要求学生进行操作上的矫正与改进。总结示范演示是配合实验片段告一段落或整个实验结束时进行的一种终结性示范。教师应注意引导学生尽可能自己总结概括出各个实验的规律、方法、技巧、结果和创新之处等，必要时进行画龙点睛的总结和示范。

实验示范演示时，可以是教师亲自操作示范演示，也可以是学生之间交流示范演示，还可以选择加入一些合适的媒体，如图片展示、动画模拟演示、视频播放、远程实验等。此种教学组织形式应注意以下几点。

在示范阶段，演示者应注意：操作规范，动作协调，快慢适中；操作力求严谨，与教学内容一致；注意演示实验的可视性，照顾到全体同学的观察范围；以简明的引导语言营造和谐、轻松的演示氛围。

在练习阶段，要做到：每个学生都动手操作；教师不断巡视，及时对学生的问题进行纠正或提示；鼓励学生边练习边总结方法和操作技巧。

在师生总结阶段，要求引导学生边操作边总结；教师注意强化重要的内容，强调易错的地方。

（3）引导—探索—归纳

这种教学模式是指学生在教师的一步步引导下，探索实验方案或方法，通过实验测得有关数据，再对数据进行处理、分析、总结、归纳出物理规律，常用于探究性实验。应用此种教学模式应注意以下几点。

对于简单的探究性实验，可以完全放手先让学生自己独立完成，最后由师生共同归纳总结。但为了提高课堂教学的有效性，教师在学生实验前要提出明确的实验要求：如何进行有针对性、目的性的科学观察？观察什么实验现象？如何准确记录、整理、比较实验数据？如何用一定的数学方法与模型分析实验数据？最终可以得出什么实验规律？等等。

对于有一定难度的探究性实验，可以在学生实验时及时给予恰当的指导。这种指导主要放在学生实验的中后期。实验中期指导是针对学生在做实验的过程中遇到疑难问题或背离操作规程时教师给予的指导。实验后期指导是指学生完成实验后由教师所做的评价性指导。这类指导要言简意赅，着重面对具有普遍性、倾向性的问题进行全班指导或分层指导。

（4）问题—设计—论证

这种教学模式通常是教师提出实验内容，学生根据给定的器材仪器或是在开放实验室里任意选取器材仪器来设计实验方案并进行实验，得出结论，在此过程中教师可以给出建议或提示。这种形式显然用于设计性实验。设计性实验是让学生根据实验目的，运用掌握的物理规律、实验方法，选择熟悉的仪器、器材自行设计实验方案并予以实施的实验。

在实际课堂教学中，由于时间比较紧，课堂上往往是一些比较简单的设计性实验，并且只针对实验中的部分环节。而对于较复杂、较难的设计性实验，通常是安排有能力的学生在课后完成。在这种教学组织形式中，教师要注意根据学生的情况选取合适的设计课题并加以适当指导，鼓励学生要有大胆的创意。同时要注意强调安全意识，尤其对于学生在课外进行的设计性实验，实验前教师一定要先检查学生的实验方案，评估安全系数后方可让学生去操作。

2.学生分组实验的教学要求

（1）实验准备阶段

使学生明确实验目的，理解实验原理和方法，认识实验仪器，做好操作和记录的准备工作。教师要重视准备阶段的引导工作，如认真阅读实验教材，提出一些问题帮助学生理解和思考，也可以通过引导组织学生讨论，共同设计或理解实验方案，特别是针对探索性实验，更应该注重这方面的引导。

学生理解了实验方案并不代表学生已经完成了必要的准备工作，教师必须考虑学生是否具备了相应的实验技能。例如高一学生做分组实验“研究匀变速直线运动”，实验中涉及电磁打点计时器的原理和使用、纸带数据的处理方法等，由于学生尚未见过仪器，仅靠看书往往难以理解，这时教师应当抽出一定时间，让学生边看实物边看教材，或者边听教师讲解边看示范操作。只有事先为学生进行实验基本铺平了道路，才能使他们在有限的课堂时间内顺利完成实验。

（2）实验操作阶段

在实验操作阶段，学生的主要任务是安装和调试仪器，操作和控制实验条件的变化，观察测量，获取必要的数据。排除可能出现的故障是培养学生实验技能和良好实验习惯的关键。

（3）实验总结阶段

实验总结阶段的任务是处理数据，分析结果，完成实验报告。在这个阶段，教师应发挥学生思维的主动性和积极性，让学生学习处理数据的某些方法，了解影响实验结果的因素。对于“不满意”的结果，教师应当使学生认识到：改一改数据凑成“好的结果”是错误的，简单地归结为仪器粗糙对自己也无益处；应当仔细分析实验过程和实验条件，找出产生问题的原因，必要时重做实验。有时表面来看实验失败了，但对认真的实验者来说收获不一定就小；应当教育学生获取实验数据是一项严肃的工作，任何时候都不能草率从事，更不能弄虚作假。