物理演示实验的优化设计及改进

陈 健1 张雪丽2朱 纯1 周锡生1

1江南大学理学院物理实验中心，江苏 无锡 214122

2江南大学理学院06应用物理专业，江苏无锡 214122

The Optimal Design and Improvement for the Physics Demonstrative Experiments

Chen Jian1, Zhang Xueli2, Zhu Chun1, Zhou Xisheng1

1 Physics Lab Center, School of Science, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu, 214122

2 06 Applied Physics, School of Science, Jiangnan University, Wuxi, Jiangsu, 214122

Abstract: The optimal design principles are listed for the physics demonstrative experiments. 

A checklist method is used for the improvement of physics demonstrative experiments. 

Key words: physics demonstrative experiment; experimental design and improvement; checklist method 

摘 要：提出了优化物理演示实验的设计原则和改进物理演示实验的检核表法，为物理演示实验的设计和改进提供指导。

关键词：物理演示实验；实验设计与改进；检核表法

物理学是一门以实验为基础的学科，物理学的许多概念、原理和规律，都是建立在坚实的实验基础之上的。演示实验是物理教学的一个重要环节，通过演示实验，有利于帮助学生直观、形象地理解物理现象的变化规律，形成正确的物理概念，清晰地揭示物理规律，启发学生思维，激发学生学习科学的兴趣和求知欲望。在物理教学中，演示实验有着其他辅助教学手段不可替代的作用。因此，开展演示实验的优化设计、制作和演示实验教学方法的研究，很有必要。本文结合教学实践，提出了优化物理演示实验的设计原则和改进演示实验的检核表法。

一 优化物理演示实验的设计原则

物理演示实验的设计，应当遵循以下基本原则：

1 科学性与价值性原则

演示实验的设计必须遵循科学性原则，实验原理和实验方法必须科学可靠。不能为了达到教学目的，人为地设计有悖科学性的实验。

演示实验应紧密围绕教学目标而设计，能体现物理原理，化解学习难点，具有较高的教育价值，有利于教学目标的实现。

2 直观性与简便性原则

演示实验应尽可能直观地展现物理现象和物理过程，以达到较好的演示效果。在设计演示实验时，所演示的物理现象要尽可能明显，过程变化要尽可能显著，仪器的观察部分要尽可能突出。必要时可以利用投影或其他手段放大，以增强实验的可观察性。

物理大师麦克斯韦曾指出: “实验的教育价值, 往往跟仪器的复杂性成反比。”这充分说明了简便性对于实验设计的重要意义。在设计物理演示实验时, 仪器结构要尽可能简单, 操作要尽可能简便, 从演示现象到得出结论的过程要尽可能简易。在选择实验器材时, 能用简单仪器完成的就不用复杂仪器，以消除复杂仪器设备给实验带来的干扰, 更好地突出物理现象，揭示物理原理。

3 安全性与可靠性原则

在设计物理演示实验时, 一定要考虑仪器使用时的安全性，确保师生的人身安全，确保仪器设备不易损坏。例如，仪器设备是否容易伤及操作者，高压设施是否容易触电或漏电，电器、电路是否容易过热，有无过量电磁辐射等。

演示实验一定要可靠性强，实验现象要容易出现，并具有可重复性，在不同气候、不同场合下都能成功演示，这样的实验才令人信服，具有较强的说服力。

4 趣味性与探究性原则

趣味性强的演示实验，能给学生以深刻的印象, 使学生产生强烈的好奇心，极大地激发学生的学习兴趣和求知欲望，增强他们的学习动力。因此，在设计实验时，物理现象的展示应尽可能做到求新、求异、求奇、求趣，以增强演示实验的效果，使学生对实验产生强烈的兴趣, 从而自觉自愿地参与实验活动。例如,静电部分的 “怒发冲冠”实验,电磁感应部分的“电磁炮”实验, 激光与传感器部分的“无线光通讯”实验等，都能让学生产生浓厚的兴趣, 迸发求知的火花, 将学生引入到趣味无穷的物理知识的海洋之中。

演示实验应能使学生产生探究科学奥秘的冲动和热情，有利于转变实验的教学方式，使学生从被动观看到主动参与实验探究。教师可设计相关的探究性思考题，引导学生积极思考,启发他们亲自动手改进、优化已有的演示实验，有能力及兴趣的同学可以设计新的演示实验，这样既增强了演示实验的探究性，又营造了一个向未知世界不断探索的学习氛围。

二．改进物理演示实验的检核表法

现有的一些演示实验，可操作性及可观性或多或少会存在这样或那样的不足，从而影响到实验教学信息的有效传递。针对演示实验的缺陷或不足进行改进、优化，可做到充分利用现有仪器，有效提高演示实验的效果。为此，我们通过实践摸索，模仿创造学中的奥斯本检核表法，设计了演示实验专题检核表（如表1所示），从教学目标、实验现象、原理展示、呈现方式、仪器设计、实验条件、实验时间、实验成功率、仪器设备、实验操作等十个方面，针对具体的演示实验进行检核，从中发现问题，进而改进优化实验设计。

检核表法已被成功地用于指导我校应用物理等专业的大学生创新实践活动，利用检核表引导学生在观察实验现象的同时，有针对性地对演示实验进行检查核对，培养学生发现问题、提出问题和应用所学知识解决实际问题的能力。

实践表明，检核表法对于思维不够活跃、不善于提问的同学比较适用，通过表中问题的检核，可帮助其产生改进实验的设想。从而提高同学们发现问题的意识，拓展他们思维的广度和深度。演示实验专题检核表的应用，对演示实验仪器的改进和实验教学都起到了有效的促进作用。