劉敏薔 楊旭東 劉宇星 王 越 寧 瑩

（北京工業(yè)大學(xué)應(yīng)用數(shù)理學(xué)院，北京 100124）

北京工業(yè)大學(xué)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室是“北京市物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”——北京工業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心的重要組成部分，成立于1961年?，F(xiàn)有設(shè)備400多套種。為了充分利用和發(fā)掘大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，提高其在培養(yǎng)學(xué)生思維能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面的作用，幾經(jīng)調(diào)整、嘗試，現(xiàn)已能夠完成隨堂演示、演示廳演示、走廊演示、設(shè)備研制、軟件開發(fā)、論文書寫、專利開發(fā)、軟件開發(fā)、指導(dǎo)畢業(yè)設(shè)計(jì)、開設(shè)校選課、指導(dǎo)校星火基金項(xiàng)目、指導(dǎo)學(xué)生參加北京市物理實(shí)驗(yàn)競賽等工作。

其中的“文科物理知識(shí)趣味演示”、“演示實(shí)驗(yàn)開發(fā)與制作”兩門校選課在促進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中發(fā)揮了獨(dú)特的作用。

1 課程設(shè)置的初衷

當(dāng)今科技的進(jìn)步，新的物理教學(xué)方法和教材日新月異，但以實(shí)物演示的教學(xué)亙古至今總是最受學(xué)生喜愛，也是效果立現(xiàn)的教學(xué)方式[1]。由于2010版《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》當(dāng)中對(duì)演示實(shí)驗(yàn)提出了明確的指導(dǎo)性意見[2]。目前，全國各高校都在陸續(xù)新建或擴(kuò)建大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室，但其作用終歸是配合大學(xué)物理教學(xué)。為了更好地促進(jìn)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，配合學(xué)校提出的創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，我們以大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，開設(shè)了兩門既可培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力又可促進(jìn)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的校選課程。

2 兩門選修課的課程簡介

2.1 文科物理知識(shí)趣味演示

本課程的授課對(duì)象是全校學(xué)生，主要針對(duì)文科的學(xué)生。課程旨在用有趣的物理實(shí)驗(yàn)，結(jié)合生活中的常識(shí)，把生活中一些常見的物理現(xiàn)象用物理原理加以解釋或?qū)⒉灰咨羁汤斫獾奈锢碓碛糜腥さ膶?shí)驗(yàn)和生活中常見的現(xiàn)象加以解釋。課程以演示實(shí)驗(yàn)為主線，做簡單必要的原理性解釋，啟發(fā)學(xué)生在專業(yè)學(xué)科中去探求比較全面的答案。

2.2 演示實(shí)驗(yàn)開發(fā)與制作

本課程為北京工業(yè)大學(xué)創(chuàng)新實(shí)踐課程選修課。課程旨在利用物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的資源優(yōu)勢(shì)，開發(fā)基礎(chǔ)性知識(shí)的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，開設(shè)適合大多數(shù)本科學(xué)生的創(chuàng)新選修課。該選修課的內(nèi)容和形式多樣，內(nèi)容包括：功能實(shí)現(xiàn)（小制作）、功能開發(fā)、儀器拆卸與修繕、儀器翻新、實(shí)驗(yàn)開發(fā)、實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)總結(jié)（編寫實(shí)驗(yàn)說明）等。形式包括：設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、金工、木工、電子、攝影、編輯等。本課程涉及的是基礎(chǔ)性知識(shí)，內(nèi)容和形式都很簡單，只是給大家提供一個(gè)理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手實(shí)踐、實(shí)現(xiàn)設(shè)想的場所。

3 兩門選修課程設(shè)想及實(shí)施

3.1 文科物理知識(shí)趣味演示課程的設(shè)想及實(shí)施

根據(jù)我校人才培養(yǎng)需要和通識(shí)教育選修課的教育目標(biāo)，學(xué)校規(guī)劃和設(shè)計(jì)了七個(gè)大類通識(shí)教育選修課：數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類、工程技術(shù)類、社會(huì)科學(xué)類、人文藝術(shù)類、經(jīng)濟(jì)管理類、體育類、外語類等。學(xué)校規(guī)定文科類學(xué)生在校期間必須完成4個(gè)學(xué)分的數(shù)學(xué)與自然科學(xué)類、工程技術(shù)類的校選通識(shí)教育選修課。

1）課程的設(shè)想

我們大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室在學(xué)校及學(xué)生們的呼吁下開設(shè)了“文科物理知識(shí)趣味演示”課程。最初的目的是希望大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備在更大范圍內(nèi)得以利用。隨著課程開設(shè)的臨近，我們除了有些平時(shí)不常使用的儀器被重新利用外，還依照專題的需要，自制或增添了不少簡單、有趣的小實(shí)驗(yàn)。這是在我們開設(shè)該課程之前始料未及的。目前我們對(duì)該課程的設(shè)想是：以小道具演示的趣味實(shí)驗(yàn)為主，結(jié)合互動(dòng)實(shí)驗(yàn)和體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，讓同學(xué)們?cè)跉g樂中學(xué)習(xí)物理，在操作中感受物理，促進(jìn)同學(xué)們對(duì)物理的興趣，引導(dǎo)不同專業(yè)的學(xué)生將物理現(xiàn)象與專業(yè)知識(shí)、生活常識(shí)相結(jié)合，在實(shí)驗(yàn)研究的同時(shí)提高科學(xué)素養(yǎng)、陶冶情操、明明白白生活、堂堂正正做人，立足于社會(huì)、立足于未來。與此同時(shí)我們還有意地、系統(tǒng)地增添了部分大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目及演示實(shí)驗(yàn)微課程。

2）課程的實(shí)施

為了保證該課程的有趣性和理論性的互補(bǔ)，課程是由從事大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)工作多年的高級(jí)實(shí)驗(yàn)師和一直從事大學(xué)物理課程教學(xué)工作的教師共同承擔(dān)。32個(gè)課時(shí)是由緒論篇、平衡篇、壓強(qiáng)篇、重心篇、慣性篇、碰撞篇、摩擦篇、旋轉(zhuǎn)篇、振動(dòng)篇、擺動(dòng)篇、聲音篇、駐波篇、靜電篇、電磁篇、電機(jī)篇、壓電、壓力傳感器篇、溫度篇、熱傳導(dǎo)篇、溫度傳感器篇、張力篇、相變篇、熵篇、幾何光學(xué)篇、波動(dòng)光學(xué)篇、色度學(xué)篇、近代篇、隨意篇等二十幾個(gè)專題一百多個(gè)實(shí)驗(yàn)組成的。在教學(xué)方法上我們貫徹的是素質(zhì)教育的理念，取消筆試，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)在于平時(shí)實(shí)驗(yàn)的過程的理解和記錄，最終以實(shí)驗(yàn)總結(jié)和某一個(gè)實(shí)驗(yàn)的微課程作為期末的考核內(nèi)容。同時(shí)從分?jǐn)?shù)上鼓勵(lì)學(xué)生自帶實(shí)驗(yàn)上課堂、解釋實(shí)際問題等自我提高的一切活動(dòng)。

選修該課程的學(xué)生都是對(duì)物理實(shí)驗(yàn)懷有極大的興趣而來的。開始時(shí)我們整節(jié)課基本以演示實(shí)驗(yàn)為主，但是發(fā)現(xiàn)學(xué)生們并不滿足于趣味實(shí)驗(yàn)、互動(dòng)實(shí)驗(yàn)，他們也希望老師能夠做必要的原理性解釋。為此，我們每節(jié)課都是實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員和理論課教師相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)的。這種嘗試的結(jié)果得到了學(xué)生們的好評(píng)。

3.2 演示實(shí)驗(yàn)開發(fā)與制作課程的設(shè)想及實(shí)施

為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與科學(xué)研究、科技競賽、實(shí)踐創(chuàng)新等活動(dòng)，北京工業(yè)大學(xué)于2007級(jí)開始實(shí)施創(chuàng)新學(xué)分。創(chuàng)新學(xué)分的獲得可以通過“創(chuàng)新活動(dòng)”和“創(chuàng)新實(shí)踐課程”兩個(gè)途徑獲得。部分學(xué)院規(guī)定學(xué)生必須通過創(chuàng)新實(shí)踐課程獲得兩個(gè)學(xué)分。

1）課程的設(shè)想

為了配合學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)踐教育，同時(shí)也考慮到大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展，我們申請(qǐng)開設(shè)了“演示實(shí)驗(yàn)開發(fā)與制作”課程。開設(shè)該課程有如下四個(gè)方面設(shè)想：第一，滿足學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分的需要，為本科生獲得創(chuàng)新學(xué)分提供一個(gè)新的場所；第二，打破大多數(shù)創(chuàng)新選修課與本專業(yè)依賴的格局，讓工科和文科學(xué)生有更寬泛的選擇，以滿足學(xué)生個(gè)性的需要；第三，為學(xué)生參加學(xué)校“星火項(xiàng)目”儲(chǔ)備積蓄；第四，安排部分旨在促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的維護(hù)和建設(shè)題目，以維持大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展和建設(shè)。

2）課程的實(shí)施

該課程為創(chuàng)新學(xué)分課程，共24個(gè)學(xué)時(shí)。我們根據(jù)學(xué)生選定的題目制定了不同的課程目標(biāo)，雖然學(xué)生的程度不同、愛好不同、能力不同，但我們給予同樣的規(guī)范要求，即要求每一位學(xué)生針對(duì)自己的選題都要完成開題報(bào)告、中期匯報(bào)、結(jié)題報(bào)告、工作總結(jié)等幾個(gè)環(huán)節(jié)。經(jīng)過這樣的訓(xùn)練，每一位學(xué)生在自己原有基礎(chǔ)上得到了科學(xué)素質(zhì)的提高。

比如，對(duì)于幾乎沒有任何動(dòng)手經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，他們也可以在這里拆解一些諸如手機(jī)、鼠標(biāo)、飲水機(jī)等來訓(xùn)練動(dòng)手和認(rèn)識(shí)器件的能力，在拆卸過程中了解了各器件的作用、原理。動(dòng)手能力較強(qiáng)的學(xué)生可以做修復(fù)、制作演示儀器的工作。所以該課程在為學(xué)生提供創(chuàng)新學(xué)分的同時(shí)，也為演示實(shí)驗(yàn)室解決了部分硬件建設(shè)。在儀器制作方面，已經(jīng)為實(shí)驗(yàn)室提供了諸如翻跟頭的膠囊、變種飲水鳥等多項(xiàng)演示儀器；在儀器開發(fā)方面，為實(shí)驗(yàn)室提供了光學(xué)系列演示實(shí)驗(yàn)的說明書、一個(gè)近代物理實(shí)驗(yàn)儀器的說明書，以及風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)儀器的測試數(shù)據(jù)。

許多學(xué)生在高中階段的物理學(xué)科的學(xué)習(xí)中都是佼佼者，他們的物理素養(yǎng)和天賦在大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室這個(gè)平臺(tái)得到了個(gè)性發(fā)展，斯特林熱機(jī)、絲杠式重力發(fā)電應(yīng)急燈、彈簧蛇形振子等項(xiàng)目脫穎而出。甚至有的學(xué)生通過該課程之后的再加工，制作出來的設(shè)備申請(qǐng)到學(xué)校的“星火項(xiàng)目”、“國創(chuàng)項(xiàng)目”，并獲得北京市大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽的一二等獎(jiǎng)。

4 成果與創(chuàng)新點(diǎn)

素質(zhì)教育的目的是培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的人。素質(zhì)教育的靈魂是創(chuàng)新教育，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是素質(zhì)教育的核心。積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，重視學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與鍛煉，讓學(xué)生在教師指導(dǎo)下自行研制教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，設(shè)計(jì)并完成教學(xué)實(shí)驗(yàn)，起到了啟迪學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的良好效果[3]。

文科物理演示是近幾年才在全國高校興起的課程。對(duì)文科學(xué)生開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)，拓展物理學(xué)的科學(xué)普及功能，讓文科學(xué)生學(xué)習(xí)一些與現(xiàn)代生活密切相關(guān)的物理學(xué)基本知識(shí)，感受物理學(xué)中科學(xué)的思維方法，了解物理學(xué)與社會(huì)發(fā)展的密切關(guān)系，有利于文科學(xué)生文理互補(bǔ)和兼通，有效地提高文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[4]?！拔目莆锢碇R(shí)趣味演示”課程嘗試的是利用實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的深厚的實(shí)驗(yàn)技術(shù)功底和理論課教師深厚的理論基礎(chǔ)相結(jié)合開設(shè)的一門嘗試性的課程，理論與實(shí)踐相結(jié)合，效果明顯。本課程的開設(shè)，使得多年沉睡的儀器得到了再利用，同時(shí)也為實(shí)驗(yàn)室增添了簡單、有趣的小設(shè)備。這樣的課程非常具有推廣價(jià)值。

“演示實(shí)驗(yàn)開發(fā)與制作”課程為不同層次的學(xué)生開辟了實(shí)踐動(dòng)手的平臺(tái)，同時(shí)，也為部分熱愛物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生節(jié)省了由于滿足興趣而耽誤的業(yè)余時(shí)間。有的學(xué)生一直想完成一個(gè)電路設(shè)計(jì)，那么他可以利用相關(guān)課程中學(xué)到的知識(shí)在這里實(shí)現(xiàn)他的構(gòu)想；還有的學(xué)生想做一個(gè)斯特林熱機(jī)，他在這里利用實(shí)驗(yàn)室的材料和設(shè)備完成他的構(gòu)想；動(dòng)手能力強(qiáng)、物理基礎(chǔ)好的學(xué)生為演示實(shí)驗(yàn)室維護(hù)、制作了設(shè)備；有余力的學(xué)生可以把自己做的儀器進(jìn)一步加工立項(xiàng)、獲獎(jiǎng)。

5 結(jié)語

以大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)，面對(duì)理、工、文各個(gè)層次的學(xué)生開設(shè)校選修課程、創(chuàng)新實(shí)踐課程，使得每一位選課的學(xué)生都在原有的基礎(chǔ)之上得到了科學(xué)素養(yǎng)的提高，同時(shí)促進(jìn)了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。新的教學(xué)模式的嘗試，也使得教師總結(jié)出了更有益于學(xué)生的教學(xué)方法和內(nèi)容。

[1] 陳秋民. 從演示教學(xué)經(jīng)驗(yàn)談新時(shí)代學(xué)生之生活科學(xué)素養(yǎng)[J]. 物理與工程, 2008(18): 4.

[2] 理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求(2010版)[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[3] 葉尊忠, 趙文波. 學(xué)生自制實(shí)驗(yàn)設(shè)備與素質(zhì)教育[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2002(4).

[4] 董軍. 淺議物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用[J]. 黑龍江科技信息, 2010(1): 27-28.