如何做好课堂演示实验

江苏省南通市教育学院李伯生

中学物理实验从其教学组织形式上看，可分为教师的演示实验、学生边学边实验（过去亦称边教边实验）、学生分组实验和学生课外实验等。在这一讲里我们将要围绕演示实验这个中心，谈谈它在中学物理教学中的作用、分类、演示实验的设计与教学的基本要求以及加强和改进中学物理演示实验教学的若干问题。

一、演示实验在中学物理教学中的作用

据统计在现行初中物理教科书中共安排了一百多个演示实验，现行高中物理教科书中则安排了约 200 个演示实验。可见演示实验在中学物理教学实验中占有很大的比例，是整个中学物理教学实验的极其重要的组成部分。演示实验肩负着特殊的教学任务，具有独特的教学论要求和演示方法。

第一，演示实验一般只需要一套仪器，基本上是教师表演，学生观察。因此教师的一言一行、一举一动学生都看在眼里、听在耳中。

第二，演示实验受到时间和空间的限制，一般只做定性实验。通常用来说明某种物理现象是在什么条件下产生的，现象的强弱程度与哪些因素有关，当这些因素发生单独的或连续的变化时，所研究的物理量、物理现象发生了什么相应的变化等等。有时为了确定某些相关物理量的数量关系，也要做一些定量的演示实验，但是由于很难取得十分准确的实验结果，这时必须向学生说明产生误差的原因。

第三，演示实验必须紧密配合课堂教学的目的要求进行，不是变魔术，为演示而演示。演示实验的教学是教学艺术的一部分，出色的讲述不会妨碍演示的进行，巧妙的演示也不是一言不发，演示实验的教学应该是讲述与演示有机的、巧妙的结合。

演示实验又是物理教学的重要手段之一，是体现具体与抽象相统一、实践与理论相结合教学原则的主要方法。其作用主要表现在以下三个方面。

演示实验能直观形象地为学生提供感性认识，是学生形成物 理概念、理解物理规律的基础

中学生年龄幼小，涉世不深，生活经验不足，实践经验更是匮乏， 因此对抽象的物理概念、规律的理解与掌握，往往因人而异，存在着或多或少、程度不等的困难，这就必须藉助教师在课堂上做好演示实验去补偿，通过演示实验，重现前人已经发现了的物理现象，让学生身临其境，耳闻目睹，亲自获得具体的直接经验，得到清晰的感性认识，以便在教师的启发引导下，经过分析和推理、归纳和概括，上升到理性认识， 形成物理概念，导出物理规律。例如初中学生虽然天天生活在大气之中， 但是对大气有没有压强存在？大气压究竟有多大？是不太知道的，或者即使听说过，但也不一定信服。如果在课堂上成功地演示了“马德堡半球实验”和“托里斥利实验”，让他们看到大气压强存在的确证，使他们对大气压强的存在并有一定的数值观念，印象将是十分深刻的，这样学生掌握大气压的概念将是牢固的。反之，若课堂上不做上述演示，即

使教师费了九牛二虎之力，妙舌生花，恐怕学生也未必信服。

自然现象千姿百态，但又相互联系，生产过程更是错综复杂。演示实验却可以按照教学的需要，从错综复杂的自然和生产现象中抓住主要矛盾，排除次要问题，把握现象的本质和主流，创造特定的条件和情景， 把所要观察的现象直接了当地显现在学生面前。

对于分子、原子和基本粒子以及许多微观过程，学生看不见、摸不着，更需要借助于演示实验来模拟它们的运动，变无形感为有形感，使学生在脑海里建立起清晰的“物理模型”。例如在讲授磁场对运动电荷的洛仑兹力作用时可以用蹄形磁铁的磁场去改变从阴极射线管射出的电子流的径迹，甚至可以利用一套特殊的装置还可把电子流在匀强磁场中的圆形轨道径迹像彩虹般地显现在真空管之中。

有人认为在建立概念、导出规律时可以用学生的生活经验来代替演示。这种认识是不全面的，这种做法也是不妥当的。一方面学生的生活经验本来就不丰富，另一方面学生仅有的一些生活经验又有不少是片面的甚至是错误的。如：“重的物体落得快，轻的物体落得慢”、“马拉车前进，马拉车的力大于车拉马的力”、“水的沸点一定是 100℃”等等。如果单凭学生的生活经验往往就会产生荒谬的结论。所以对学生的生活经验必须作具体的分析和处理。

我们主张在建立物理概念、导出物理规律时最好是让学生观察到形象鲜明、生动具体、能揭露事物本质的演示实验。

演示实验是学生学习使用仪器、进行实验操作的示范

成功的完美的演示实验有助于培养学生良好的实验习惯、实验方法以及基本的实验技能和素养。

中学生当他们在小学时代曾或多或少做过若干科学游戏和劳技制作，但是，对于如何做科学实验，还是十分新鲜和生疏的。比如怎样正确选择和使用仪器；如何编制实验步骤并按步骤进行操作；怎样正确进行读数和记录实验数据；怎样列表和作图；如何分析和推理得出结论以及作出误差分析等等，都要教师长期结合演示实验教学进行引导和培养。教师在课堂上进行的演示实验，就是给学生作出示范，言教身传教给学生正确的实验方法。所以教师在进行演示实验操作时必须周密考虑、符合规范化要求，处处发挥典范和楷模的作用。例如在做电学类演示实验时，一般应先画出电路图，然后按图接线；接线时要予先估计电压高低和电流的大小，选择合适的电表量程。电流表应串联在待测电路之中，电压表则应并接在待测电路两端；还要注意到直流电表的正负接线柱不能接错等等。接线顺序应先接元件、仪器和开关（接线时应是断开的），滑动变阻器的滑动触头开始时应置于阻值最大位置（降压使用时），最后才接上电源。通电前一定要认真检查线路，确认无误，才能通电。通电时要特别注意观察仪表指针的偏转情况，及时调整量程或改变电源电压，使之能进行观察和精确读数。记录实验数据应有多组实验数据，读数时还要注意有效数字的正确取位。在得出实验结论后还应进行误差分析。实验完毕应将仪器整理好。以上这些都是学生进行电学实验应该切实掌握的基本操作方法，教师在课堂上做演示实验时都要反复说明和严格要求。上行下效、严己律人，才能使学生口服心服。中学生具有很强的模仿性的心理特征，只要我们充分发挥榜样的力量，通过长

期的潜移默化、耳濡目染，就一定能培养出学生良好的实验习惯和修养。

演示实验是培养学生的观察能力、思维能力和科学的思想方 法，提高他们发现问题、分析问题和解决问题能力的有效途径

物理教师成功而生动的演示实验，不仅有利于学生掌握物理知识， 培养学生的实验技能和各种能力，而且还能培养学生的兴趣和爱好，调动他们的学习积极性，发挥非智力因素的能动作用，引导他们从小爱科学、学科学，激发他们树立敢于攀登科学高峰的雄心壮志。

二、中学物理演示实验分类

演示实验是物理课堂教学中一种深受学生欢迎的实验形式，按它在教学过程中的具体功能可以分成以下四大类型。

引入课题的演示

这类演示实验用于讲授新课之前，其目的在于引起学生对即将研究的问题的兴趣，激发求知欲望，它的特点是引人入胜，发人深思。例如在讲解运动独立性原理之前，先演示“枪打落猴”的实验，利用这个实验装置，只要枪口瞄准靶子——模型猴，不管是沿水平方向还是沿斜线向上、下方射击，三者都能“百发百中”。这样就能在活跃的气氛中引入新课，打开学生思路，收到良好的教学效果。

建立概念和规律的演示

这类演示实验用于讲授新课之中，其目的在于提供感性认识材料， 藉以形成概念或建立定律。它的特点是：实验条件明确，观察对象集中， 演示层次分明。例如在讲解自由落体运动的概念时，首先让一块金属片和形状、大小均相同的纸片从同一高度自由释放，可以看到金属片比纸片落得快。这种现象学生在日常生活中司空见惯，并往往已经形成了“重的物体比轻的物体落得快”的错误观点。然后改变一下实验的做法，把纸片揉成一团，再让它与金属片同时从同高度释放，两者几乎是同时落地的。在此基础上引导学生思考，得出正确的感性认识：纸片与金属片下落快慢不同，是由于空气阻力对它们影响大小不同的缘故。由此联想到假如在没有空气的真空里，理所当然地，不论物体轻或重下落的快慢应该毫无区别。接着演示“牛顿管实验”，这样顺流而下，一气呵成， 极自然地建立了自由落体运动的概念：“物体只在重力作用下，从静止开始落下的运动叫做自由落体运动。”

深化与巩固物理概念和规律的演示

这类演示实验一般是在讲授新课之后进行，其目的在于加深理解、强化记忆。它的特点是：在原有的实验基础上变换一些条件，以利于扩展与推广。例如在初中物理浮力教学中，为了加深对浮力产生原因的理解，在按教材内容从理论上作了说明后，接着做一个“浮体沉而不浮” 的实验。石蜡块的密度小于水的密度，通常可以漂浮在水面上，所以是浮体。但是在特定条件下我们可以令它“沉而不浮”。具体做法是这样： 取一只平底烧杯，将一块底面平滑的长方体石蜡块放到烧杯内，缓慢注水，直至浸没石蜡块，石蜡块沉在底部并不上浮。为什么会出现这种奇怪的“浮体沉而不浮”的现象呢？原来水对石蜡是不浸润的，在石蜡块与烧杯底部密切接触时，水不能钻入其间的空隙中去，因而石蜡块只受

到水对它的上表面的向下的压力，而下底面则不受水对它的向上的压力，或者说石蜡块受到水的向下的压力没有水对它的向上压力，所以“沉而不浮”。把烧杯轻轻敲击一下，石蜡块又浮起来了。通过这样的演示令学生更深刻地认识到液体对浸在其中的物体产生的浮力就是由于液体对物体向上和向下的压力差而产生的。

应用物理知识的演示

这类演示实验可以在讲授新课之后进行，也可以在复习课中演示。其教学目的在于让学生运用所学的知识解释实验现象，培养学生理论联系实际和分析问题、解决问题的能力。例如初中物理讲授完焦耳定律

Q = I ² Rt以后，可以做这样的演示，把两只220V500W的电热水器（俗称“热得快”）分别串联或并联后加热同样的一杯水。实验结果将表明把水煮沸并联需时少，串联需时多。引导学生分析这一实验现象，把焦耳

U 2

定律和欧姆定律结合起来就可得到焦耳定律的变形：Q＝ R t。当电压

U 保持不变时，Q 与 R 成反比。两个电热水器并联的电阻小于串联时的电阻，在相同的时间内并联时放出的热量多于串联时放出的热量，所以串联时煮沸水需时多，并联时需时少。

三、中学物理演示实验设计与教学的基本要求

演示实验是指在课堂上配合教学内容，由教师操作表演的实验。演示实验在设计和教学方面的基本要求有三条：

（一）确保成功

演示实验必须确保成功。成功的演示以令人信服的深刻印象，保证教学顺利进行。失败的演示，即使第一次失败，也很容易转移学生的注意力，引起学生许多不必要的疑虑，增加教学的阻力，使教学效果变差。

怎样才能确保成功呢？首先要切实掌握实验原理。例如中学物理中的静电演示实验历来被许多教师视为畏途。静电学的内容比较抽象，离不开直观的演示，但是实验往往又不容易成功，因此，分析静电实验的特点，把握静电实验的关键，研究实验的方法，是十分必要的，静电实验通常有三个特点：一是压高，电压可以高达数千伏甚至几万伏，使在通常情况下的绝缘体，如木头、玻璃、橡胶等都变成了导体；二是量少， 三是易漏。因此做好静电实验的关键在于解决绝缘问题，防止压高量少的电荷流失。

其次确保演示实验成功要认真做好演示前的一切准备工作。准备工作一般包括：

1. 选择仪器装置，熟悉仪器装置的构造、原理和性能，熟练实验技术，做好预演工作。教师要亲自用这些仪器装置做几遍，从而熟悉技巧， 并及时发现仪器、装置有无毛病或问题，及时检查、修理，改进或校正仪表，并充分估计课堂上可能出现的故障，考虑好应急措施。

2. 了解、掌握实验的准确程度，找出产生误差的主要原因和减少误差的方法。

3. 估计和掌握实验时间。

4. 认真设计演示过程中如何引导学生进行观察，什么时候要提出什么问题，启发学生积极开展思维活动，实验中要注意些什么，等等。教师在备课时都必须做到心中有数、胸有成竹。

值得指出，在演示实验教学过程中由于各种意料之外的偶然原因会导致实验失败。出了问题怎么办？首先要实事求是承认失败，二要镇静， 保持清醒的头脑，争取迅速从中找出失败的原因，确保第二次演示成功， 变坏事为好事，把排除故障的过程变成教育学生的过程。如果当堂课不能返败为胜，则应向学生表示歉意，保证下次成功补做。那种文过饰非、托词搪塞，或者违背实验事实编造一个假的数据的做法不仅得不到学生的谅解，在学生中造成很不好的影响，也是与师德要求根本背道而驰的。

（二）简易方便

演示实验要做到三个简单，即仪器结构简单、操作简单和由演示现象到得出结论的过程简单。我们不妨以低压沸腾的演示为例加以说明。演示低压沸腾有许多方法：

方法一：用抽气机和真空罩演示。

方法二：将烧瓶中的水煮沸、加塞、停止加热后水沸腾停止了。再将瓶倒置在支架上，往瓶底浇冷水，水又重新沸腾起来。

方法三：往瓶中倒入八、九十度的热水，水温低于沸点，不沸腾。用抽气机（或针筒）抽气，水就沸腾起来。方法四：用 100 毫升的大针筒直接抽取约 10 毫升的 90℃左右的热水，将针筒尖端用橡皮帽封住，拉动活塞，针筒内的水就沸腾起来。

比较上述四种实验方法，显然方法四最符合“三个简单”的要求。我们的主张是，凡是能用简单的方法演示的实验，就不必把它的实验装置复杂化。那种片面追求高、精、尖的演示仪器，贪大求洋的做法并不足取。

（三）现象清楚

演示实验的成功与否在很大程度上决定于实验现象是否清楚。怎样才能使现象清楚呢？

1. 尺寸够大、位置够高

为了让全班学生都能看清楚教师的演示，要求仪器的尺寸尽可能做得大一些，像大型示教电表、演示用弹簧秤、游标卡尺和螺旋测微器模型等等都是为了使现象清楚而设计制作的大尺寸仪器。原则上能采用大型仪器演示的决不要换用小的。

有些仪器不宜做得太大，此外有一些物理现象所能显示的变化本来就很微小，为了使演示实验现象清楚，就有必要采用各种机械放大或光放大或电放大装置，或采用间接显示的方法。

1. 图象要竖直、运动方向应取横向

许多电学演示实验，如果线路都平摊在桌面上，那么各种元、器件及仪表的连接方法学生就看不清楚。采用平面镜反射的方法不如采用竖

直放置的示教板现象更清楚。示教板有条件的可做成多功能的或拼装式的，便于一物多用，充分发挥效益。示教板上的一些关键部件不必要预先连接好，应该在演示时当堂边讨论边连接，可以提高演示效果。

在演示电力线、磁力线、水波的干涉、衍射等现象时，一般都只能在水平面上进行。为了能让学生看得清楚，常常把这些实验用投影仪投影在天花板上或墙壁上。演示时物体运动的取向也有讲究，一般应取横向。

1. 背景衬托

2. 采用对比表演手法

包括自身对比和相互对比两种。自身对比就是将同一仪器装置，改变一下其中某个条件，前后作两次实验，进行对比。

四、加强和改进演示实验教学的若干问题

（一）提高演示实验的生动性

设计和选择演示实验，要尽量做到生动、有趣。这样的演示实验能够最大限度地调动学生学习物理的积极性，充分发挥学生非智力因素的潜能，留给学生的印象也是终身难忘的。

学起于思、思起于疑。设计演示实验应以“趣”、“疑”、“难” 为诱因，趣中涉疑，发掘问题；疑中涉难，引导思维，造成一个向未知境界不断探索的学习环境。生动的中学物理演示实验是举不胜举的，例如：“筷子提米”、“纸锅烧水”、“一纸托千斤”、“一指断铁丝”、“打不死的李逵”等等。正像美味的菜肴总是注重色、香、味俱全，同时作用于人们的多种感官，使人产生美的感受，演示实验也要尽量搞得有声有色，例如用鸡蛋演示物体的惯性、保险丝的熔断、尖端放电等等， 都是典型的例子。

必须指出：演示实验的生动性决不等同于哗众取宠，变魔术、玩杂技，那些低级、庸俗的东西决不允许进入神圣的课堂，生动性必须服从于科学性。

（二）增强演示实验的科学性

演示实验的科学性问题有着很丰富的内涵，每个演示实验的目的要求是否紧紧围绕教学内容？教师实验操作是否规范？演示实验的操作如何与推理相结合；演示的方式方法是否合适等等都是属于科学性的范畴，这里我们只谈谈根据不同的教学目的、要求和教材的内容、特点以及学生的实际状况决定的演示实验的几种常见方式。

1. 单个实验的独立演示方法

单个实验一般只能起一种作用，演示时首先要介绍实验的装置，给学生指明观察的对象和重点，还要引导学生在观察现象的基础上作思维加工。

1. 多个实验的综合演示方法

多个实验从不同角度、不同侧面阐述同一教学内容，通过分析和推理，建立概念或导出规律。这类演示对每一个实验都要有具体的目的， 并安排好实验的顺序和方法。首先把直观的材料作为培养学生知觉、观察力的材料，引导学生仔细、准确地进行观察，训练学生用科学的语言描述，并解释所观察到的现象， 得出应有的结论。

究竟一堂课的演示实验是多几个好，还是少一些好？这应该根据课题的特点来确定。有些概念和规律是从大量的物理现象中归纳、概括出来的，非得用较多的演示实验，不足以形成概念或导出规律，这时演示实验就要多选几个典型的、效果显著的实验。至于一般的课题，精选一个最能说明问题的演示实验就行了。实践证明，缺少必要的演示手段， 缺少感性认识，不利于物理模型、过程的想象，一个成功的演示可以减少许多烦琐的叙述，而过多的不必要的演示反而会冲淡了主题，抑制学生的抽象思维。

1. 同一实验装置的程序演示方法

有些较难理解的概念、原理、理论或定律，要用同一实验装置，采用程序演示方法。就是说在教学过程中的不同环节，重复做二、三次实验，或者改变情况（或条件）再做一些实验。例如自感现象这一课题就可采用通电自感演示——分析——断路自感演示——再分析——再实验

（把通电自感和断路自感重新演示一遍）的程序演示法，导出自感现象的概念。又如电磁感应现象这一课题可采用实验——分析——再实验—

—再分析的程序演示法。

（三）重视演示实验的安全性

这里所指的安全性包括人身安全和仪器安全两个方面。无论教师在实验室准备演示实验，还是在教室里进行操作表演，一定要遵守安全操作规程，防止和杜绝任何事故的发生。对于涉及高温、高压、强电流、易燃、易爆和剧毒的演示实验，必须采取相应的保护措施。教师在操作时也要注意安全。例如由于教师的操作技术不高或粗枝大叶，致使实验中的玻璃器件突然破碎，也有可能对师生的健康带来危害。总之对演示实验的安全性切切不可掉以轻心。

（四）加强自制教学仪器的主动性

自制教学仪器（包括教具和学具）不仅是当前解决许多农村中学缺少仪器的矛盾和急需的有效途径，同时也是科学家的优良传统。它对于丰富第二课堂的内容，调动师生的积极性，培养学生实践能力、发展创造精神及早发现人才、造就人才具有极大的作用。

（五）提高演示实验教学研究的自觉性

随着教学改革的深入，中学物理演示实验也在不断的发展，为了适应这一发展的趋势，我们必须积极开展演示实验的研究。

1. 设计思想的研究

能否设计出一个好的演示实验，或者能否发挥一个演示实验的作用，首先在于深入分析它的设计思想，即从物理学的理论、思想、方法和教学论的思想方法来发掘演示实验本身的潜在意义，研究组织实验教学的规律。

1. 提高已有演示实验的效果的研究

这是一种最为经常和大量的研究，不要认为已有的演示实验没有什么可研究的了。例如，仪器设备是否能达到预定的教学要求？如何不断进行更新？怎样更好地改进演示程序，运用现有的演示仪器，提高演示效果等等，都值得深入研究。为适应教学改革的要求，必须大力改进演示方法，提高演示效果。

1. 填补演示实验空白、实破教学难点的专题研究

某些重要的物理概念和规律，需要用演示来帮助学生认识，然而有时教学中还缺少这样的实验。因此需要我们进行研究和设计。例如建立电场强度、磁感应强度等概念的演示实验，目前还比较缺乏。还有一些物理学史中的重要历史实验，如库仑扭秤、罗兰实验、密立根油滴实验等目前尚无简单有效的仪器可以加以演示，这也需要我们研究或设计出相应的教学仪器，或用模拟的方法来解决困难。

特别要提出的是，我们要努力开发一些突破教学难点的演示。对此， 站在教学第一线的教师最有条件开展。为了研究这些课题，必须研究教材中哪些地方学生感到抽象，容易混淆，接受困难，并结合教学，研究解决的方法。从教材总体上看，目前原子物理学方面的演示非常少，这部分内容涉及到微观结构，比较抽象，有待我们去研究，此外，努力开发一些直观的演示，以利于在教学中引进近代物理学的某些思想方法和现代科学的新成就（例如用激光或电子器件），它可以促进教学内容的改革，因此也是重要的研究课题。

1. 多种演示手段和替代性实验的研究

利用常用仪器、教具进行演示，这是一种最基本的手段，此外，还可以随着教改的深入，利用投影手段，结合实验内容的教学电影、电视录像以及微型电子计算机进行模拟演示等等。这些手段之间应当如何配合？如何发挥每一手段在演示中的特殊作用？还有，为了解决仪器的暂时不足，还需要设计多种替代性实验。这些都是值得大力研究的课题。