張伶莉　王曉鷗　韓 權(quán)　靳辰飛　駱?biāo)厝A

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系　黑龍江 哈爾濱　150001)

*哈爾濱工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目，編號(hào)：HIT201401；黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目，編號(hào)：JG2014011178，JG2013010239；黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度省重點(diǎn)課題，編號(hào)：JJB1212030

大學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)定位在科學(xué)性實(shí)驗(yàn)*

張伶莉王曉鷗韓 權(quán)靳辰飛駱?biāo)厝A

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理系黑龍江 哈爾濱150001)

*哈爾濱工業(yè)大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目，編號(hào)：HIT201401；黑龍江省高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目，編號(hào)：JG2014011178，JG2013010239；黑龍江省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度省重點(diǎn)課題，編號(hào)：JJB1212030

摘 要：目前大學(xué)物理課堂教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)通常用于演示物理現(xiàn)象，沒(méi)有充分發(fā)揮出演示實(shí)驗(yàn)的作用．本文指出，演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)定位在科學(xué)性實(shí)驗(yàn)．為此，課堂演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)出物理的嚴(yán)密性、科學(xué)性，在驗(yàn)證理論知識(shí)的同時(shí)，讓學(xué)生也學(xué)會(huì)科學(xué)的分析方法與實(shí)驗(yàn)方法．學(xué)生應(yīng)作為大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的主體，參與到演示實(shí)驗(yàn)的操作、數(shù)據(jù)采集、分析中；教師在課堂教學(xué)中主要是提出問(wèn)題、啟發(fā)思路和引導(dǎo)爭(zhēng)論，充當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作員與引導(dǎo)學(xué)生的角色．

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)科學(xué)性實(shí)驗(yàn)

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科．縱觀物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程，每個(gè)物理概念的建立、每個(gè)物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，都有其堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)．而物理教學(xué)將物理現(xiàn)象作為研究對(duì)象，學(xué)生對(duì)物理概念的認(rèn)識(shí)、理解和掌握，要依靠對(duì)物理現(xiàn)象的感知．一直以來(lái)，在物理理論的教學(xué)中借助于實(shí)驗(yàn)來(lái)再現(xiàn)物理過(guò)程、驗(yàn)證物理規(guī)律是必不可少的教學(xué)手段．這種輔助理論教學(xué)的實(shí)驗(yàn)被稱之為演示實(shí)驗(yàn)．演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中占有十分重要的地位．演示實(shí)驗(yàn)以直觀生動(dòng)的方式讓學(xué)生理解物理規(guī)律從而給學(xué)生留下深刻的印象，激發(fā)學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣[1,2]．

目前國(guó)內(nèi)各高校大學(xué)物理教學(xué)模式已由教師以粉筆在黑板上作理論推導(dǎo)得出結(jié)論的單一模式轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)輔以課堂演示實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)錄像等多手段的教學(xué)模式[3,4]．在教師的上課效果和學(xué)生的反饋中，大學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)的效果非常良好，不僅給教師的講解帶來(lái)方便，又極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性．

1國(guó)內(nèi)大學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析

近幾年的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，目前在國(guó)內(nèi)各大高校大學(xué)物理教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中起到的最大作用就是現(xiàn)象演示，通過(guò)有趣的現(xiàn)象調(diào)動(dòng)課堂的氣氛，使得學(xué)生感覺(jué)課堂較有意思、不枯燥．但如果課堂演示實(shí)驗(yàn)的作用僅限于此，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有發(fā)揮出它應(yīng)有的作用．演示實(shí)驗(yàn)可以分為現(xiàn)象演示實(shí)驗(yàn)和半定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)[5]．而半定量測(cè)量實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、操作能力和理性思維的科學(xué)習(xí)慣等方面起著重要的作用．在大學(xué)物理的課堂演示實(shí)驗(yàn)中應(yīng)充分發(fā)揮這樣的作用，而不僅停留在現(xiàn)象演示．

目前很多教師在講臺(tái)上做演示實(shí)驗(yàn)像演員上臺(tái)表演，臺(tái)下反復(fù)練習(xí)，找到最佳條件最佳狀態(tài)上臺(tái)，一出現(xiàn)象成功，否則覺(jué)得顏面盡失；學(xué)生在臺(tái)下像看演出，看到現(xiàn)象，感覺(jué)挺好玩，否則嘩然一片．學(xué)生對(duì)在演示實(shí)驗(yàn)中為什么會(huì)出這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，為什么與理論相符，有時(shí)為什么實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與教材不同，都一知半解，或者根本沒(méi)有考慮過(guò)．教學(xué)過(guò)程教師做得過(guò)多，學(xué)生參與性太少，思考得太少．長(zhǎng)期這樣表演的演示實(shí)驗(yàn)勢(shì)必嚴(yán)重影響到他們的想象力和創(chuàng)新性的拓展．同時(shí)會(huì)給學(xué)生一個(gè)物理學(xué)習(xí)的最大誤區(qū)就是——只有出現(xiàn)教科書中說(shuō)的現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)才是成功的實(shí)驗(yàn)，否則就是失敗的實(shí)驗(yàn)，失敗的實(shí)驗(yàn)是完全沒(méi)用的．大家不要忘了：多少次物理的重大進(jìn)展不是在捕捉到新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后理性分析中獲得的．現(xiàn)在很多對(duì)比中外學(xué)生的資料都提到中國(guó)的學(xué)生邏輯思維能力強(qiáng)，但一到科研中就沒(méi)有創(chuàng)新思想．根源就在于中國(guó)教師將所有的知識(shí)都詳盡的教給學(xué)生，就像將嚼過(guò)的飯喂給學(xué)生，學(xué)生自己根本沒(méi)有思考、沒(méi)有鉆研．

大學(xué)物理課程是理工科學(xué)生的必修基礎(chǔ)課，這門課不僅要傳授基本概念、基本理論，更重要的是要傳授給學(xué)生處理問(wèn)題的理性思考方式，使學(xué)生能在紛繁復(fù)雜的現(xiàn)象中找到影響事物的關(guān)鍵因素，以及事物演變過(guò)程中蘊(yùn)含的最基本的規(guī)律．而對(duì)課堂演示實(shí)驗(yàn)的理性分析就是最佳的教學(xué)示范．演示實(shí)驗(yàn)中既有滿足基本原理的條件、又有環(huán)境因素、人為因素等干擾，是非常好的演練物理分析對(duì)象．如能很好地引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的、嚴(yán)密的分析演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、科研分析能力都是很好的鍛煉，并會(huì)對(duì)大學(xué)物理教學(xué)的發(fā)展起到很大的促進(jìn)作用．

2大學(xué)物理課堂演示應(yīng)定位在科學(xué)性實(shí)驗(yàn)

大學(xué)物理的課堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)定位在科學(xué)性實(shí)驗(yàn)；學(xué)生應(yīng)作為大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的主體，參與到演示實(shí)驗(yàn)的操作、數(shù)據(jù)采集、分析中；教師在課堂教學(xué)中主要是提出問(wèn)題、啟發(fā)思路和引導(dǎo)爭(zhēng)論，充當(dāng)實(shí)驗(yàn)操作員與引導(dǎo)學(xué)生的角色，絕不“抱”著學(xué)生走．教師要注重在物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生細(xì)致的觀察能力、理性分析的能力、誤差分析能力．合理地安排演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅可以授人以知識(shí)與技術(shù),同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力．大學(xué)物理教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)定位在科學(xué)實(shí)驗(yàn)，課堂演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)出物理的嚴(yán)密性、科學(xué)性，在驗(yàn)證理論知識(shí)的同時(shí)，讓學(xué)生也學(xué)會(huì)科學(xué)的分析方法與實(shí)驗(yàn)方法．

2.1幾個(gè)物理演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

以下列出一些能體現(xiàn)物理嚴(yán)密科學(xué)性的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).

(1)振動(dòng)一章中單擺部分．

傳統(tǒng)的介紹方法就是從單擺的動(dòng)力學(xué)方程入手最終給出單擺的周期公式

傳統(tǒng)的介紹方法就是從單擺l越長(zhǎng)周期越長(zhǎng)的感性認(rèn)識(shí)．科學(xué)性的單擺演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下．首先選擇一下大的臺(tái)式秒表，全教室大部分同學(xué)應(yīng)該都可以看到，并在實(shí)驗(yàn)之前向全班同學(xué)介紹秒表的精確位數(shù)．選擇較大的單擺裝置(例如老式掛鐘)，前提必須教室中同學(xué)可以看清楚它的每次擺動(dòng)．實(shí)驗(yàn)開始前要精確測(cè)量擺長(zhǎng)的長(zhǎng)度、擺球的質(zhì)量．教師將擺球拉開偏離平衡位置從靜止釋放，同學(xué)開始幫老師計(jì)時(shí)，在幾個(gè)周期后記錄時(shí)間．讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)的操作和記錄中．然后重復(fù)以上的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，多記錄幾組數(shù)據(jù)．但這個(gè)時(shí)候要讓學(xué)生明白這個(gè)過(guò)程不是徒勞的，它的作用就是降低實(shí)驗(yàn)誤差．教師在操作中的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度直接影響到學(xué)生以后學(xué)習(xí)的態(tài)度．最終實(shí)驗(yàn)后給出單擺的周期．將實(shí)驗(yàn)的周期值與理論公式計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，讓學(xué)生自己分析它們出現(xiàn)差別的原因，并根據(jù)結(jié)果提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的方法(實(shí)際，無(wú)論如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置理論值與實(shí)驗(yàn)值的差別都是無(wú)法消去的，是由于重力加速度g帶來(lái)的．這會(huì)讓學(xué)生知道所有的實(shí)驗(yàn)都要受到所處的環(huán)境的影響，沒(méi)有完全理想的實(shí)驗(yàn)．這對(duì)學(xué)生以后科研的教育意義可能比一些公式都重要)．此實(shí)驗(yàn)中同時(shí)可以改變擺長(zhǎng)、改變擺球質(zhì)量重復(fù)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并給出相應(yīng)的解釋．在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生充當(dāng)實(shí)驗(yàn)者，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析都要讓學(xué)生參與；而教師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中就只是動(dòng)手操作、引導(dǎo)學(xué)生．這樣學(xué)生不僅可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)更加利于理解理論分析的結(jié)果，同時(shí)也對(duì)學(xué)生進(jìn)行了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教育．在以后學(xué)生自己進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，學(xué)生也能注重實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)密與數(shù)據(jù)分析．

(2)流體力學(xué)一章伯努利方程原理部分

傳統(tǒng)的介紹方法是將伯努利方程的結(jié)論給學(xué)生，然后進(jìn)行反復(fù)的計(jì)算，學(xué)生感覺(jué)公式背得很熟，但實(shí)際問(wèn)題不會(huì)分析．在此處，我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)自制的演示實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生自制噴霧器，通過(guò)學(xué)生的參與更深刻地理解伯努利方程．噴霧器是根據(jù)伯努利原理制作的，在同一流管里流速大的位置壓強(qiáng)小，流速小的位置壓強(qiáng)大，因此流體會(huì)自高壓流向低壓．拿一小口瓶裝半瓶水，并在水中插入一個(gè)空筆芯，將一個(gè)空筆桿的小口對(duì)準(zhǔn)空筆芯口，并固定好．用嘴對(duì)準(zhǔn)筆桿用力吹氣即可看到水霧從噴口射出．當(dāng)空氣從小孔迅速流出時(shí)，小孔附近的壓強(qiáng)小，容器里液面上方的空氣壓強(qiáng)大，液體就沿小孔下邊的吸管升上來(lái)，從細(xì)管的上口流出后，受氣流沖擊，噴成霧狀．這樣的演示實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，所需材料學(xué)生輕易可得，會(huì)讓他們感覺(jué)物理離他們的生活很近很近．

(3)光學(xué)一章中線偏振光部分

傳統(tǒng)的介紹方法是將各種偏振態(tài)的光的性質(zhì)介紹，學(xué)生經(jīng)常對(duì)偏振光的理解很模糊，并且覺(jué)得和生活離得很遠(yuǎn)，用處不大．實(shí)際上線偏振光在我們生活中常用到，例如我們經(jīng)常會(huì)用到的計(jì)算器顯示屏．科學(xué)性的線偏振光演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下．首先拿出一個(gè)計(jì)算器或者手機(jī)，讓學(xué)生知道它們的顯示屏顯示原理利用得的就是線偏振光．選取一個(gè)大的水平排列的液晶盒(顯示屏的核心部分)(液晶盒的制備很簡(jiǎn)單，可以自制)，放在線偏振光下觀察(起偏器與檢偏器)，可以通過(guò)偏光顯微鏡的數(shù)據(jù)輸出到電腦上給同學(xué)們呈現(xiàn)．固定起偏器，精確旋轉(zhuǎn)檢偏器．學(xué)生自己會(huì)發(fā)現(xiàn)每轉(zhuǎn)過(guò)90°，輸出光就從最亮變到最暗，使學(xué)生明白線偏振光的特點(diǎn)，以及起偏器、檢偏器的作用．然后將輸出光信號(hào)通過(guò)光纖傳入電腦，讓學(xué)生記錄輸出光最亮的光強(qiáng)與最暗的光強(qiáng)的相應(yīng)數(shù)據(jù)，根據(jù)結(jié)果討論馬呂斯定律．以上的演示實(shí)驗(yàn)中涵蓋了有關(guān)線偏振光所有的知識(shí)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)這樣學(xué)生親臨的實(shí)驗(yàn)討論，學(xué)生會(huì)對(duì)線偏振光的性質(zhì)、用途、操作有個(gè)全面的認(rèn)識(shí)．

2.2如何提高演示實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性

總的來(lái)說(shuō)，科學(xué)性的演示實(shí)驗(yàn)的基本原則，要求學(xué)生親身參與到演示實(shí)驗(yàn)中，在實(shí)驗(yàn)中不僅觀察，還要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的制作、實(shí)驗(yàn)的操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理、以及理論的分析，要讓學(xué)生認(rèn)真的對(duì)待演示實(shí)驗(yàn)，而不僅是看熱鬧．當(dāng)然如果課堂教學(xué)中演示實(shí)驗(yàn)要達(dá)到這樣的要求，教師必須提前做如下工作．

(1)首先教師應(yīng)該認(rèn)識(shí)到演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中的重要性．將演示實(shí)驗(yàn)的著眼點(diǎn)放在培養(yǎng)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法解決物理問(wèn)題的能力上，而不是局限在知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練范圍內(nèi)．

(2)緊密結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，提前設(shè)計(jì)好演示實(shí)驗(yàn)．根據(jù)每學(xué)期大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容,按照大學(xué)物理教學(xué)大綱的要求, 設(shè)計(jì)課堂演示實(shí)驗(yàn)．設(shè)計(jì)的演示實(shí)驗(yàn)要求與課堂教學(xué)內(nèi)容緊密聯(lián)系，增加自制實(shí)驗(yàn)的比例．因?yàn)榇罅亢?jiǎn)單明了的自制演示實(shí)驗(yàn)，能讓學(xué)生親自去感受和體驗(yàn)，用最簡(jiǎn)單的東西去展示最基本的原理和概念．只有教師和學(xué)生發(fā)揮廣泛的積極性，創(chuàng)造性地利用日常生活里的用具進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，演示實(shí)驗(yàn)才有很強(qiáng)的生命力和活力．

(3)在大學(xué)物理教學(xué)的演示實(shí)驗(yàn)中堅(jiān)決杜絕只演示，不探討．演示實(shí)驗(yàn)中要求教師不能僅注重現(xiàn)象，更應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析．傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)就是教師演示，學(xué)生只看不參與，演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中沒(méi)有發(fā)揮應(yīng)有的作用．然而演示實(shí)驗(yàn)不僅僅是為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獲得直觀的感性認(rèn)識(shí)，更重要的是啟發(fā)學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)．在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采用與學(xué)生討論分析的方法，邊演示邊討論，與學(xué)生共同探索物理規(guī)律，給學(xué)生以方法論及思維品質(zhì)培養(yǎng) ．

3結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)不僅對(duì)大學(xué)物理教學(xué)起著積極的促進(jìn)作用，提高理論教學(xué)的質(zhì)量，同時(shí)也可以啟發(fā)學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、理性分析問(wèn)題的能力，為學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)．應(yīng)該針對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，教學(xué)過(guò)程中采取合適有效的教學(xué)方法，充分發(fā)揮出大學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)的作用．而大學(xué)物理教學(xué)改革的進(jìn)行，教師首先要在主觀上改變對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的認(rèn)識(shí)，改變?cè)械慕虒W(xué)觀念，勇于付諸于教學(xué)實(shí)踐才能取得突破性進(jìn)展．

參 考 文 獻(xiàn)

1金桂，黃小益，姚敏，等. 在大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力. 物理通報(bào), 2014(5):22～25

2范志強(qiáng).大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討與實(shí)踐. 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)，2012(1):105～106

3盧榮德，程福臻，孫臘珍，等. 大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)動(dòng)感創(chuàng)新教學(xué)平臺(tái)的探索與實(shí)踐. 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)， 2011 (1):42～45

4李明.對(duì)加強(qiáng)和改進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)中多媒體技術(shù)的探討. 大學(xué)物理，2005(24):48～50

5周風(fēng)帆，王浩程.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的價(jià)值重構(gòu). 大學(xué)物理，2011(30):46～50

The University Physics Classroom Demonstration Experiment

Should be Positioned in Scientific Experiments

Zhang LingliWang XiaoouHan QuanJin ChenfeiLuo Suhua

(Department of Physics,Harbin Institute of Technology, Haerbin,Heilongjiang150001)

Abstract:At present, the demonstration experiment of college physics is often used to demonstrate the physical phenomenon, which doesn’t fully play the role of the demonstration experiment. Demonstration experiment should be positioned in scientific experiments. The classroom demonstration experiment design should reflect the strictness and scientific nature. The demonstration experiment not only verifies the theory knowledge, but also lets students learn the scientific analysis method and experimental method. As the main body of college physics demonstration experiment, students should participate in the demonstration experiment operation, data acquisition and analysis; Teachers in the classroom is mainly to question, inspire thinking and guide the debate, and acts as the experiment operator and guides the student.

Keywords:College physics;demonstration experiment;Scientific experiments

收稿日期：(2015-03-18)

作者簡(jiǎn)介：張伶莉(1980-)，女，博士，副教授，從事大學(xué)物理教學(xué)研究和液晶光學(xué)器件研究.