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        用演示實驗點亮學生好奇的眼睛
        ——讀《物理演示實驗教程(第2版)》

        2016-03-14 23:16:15朱紅蓮
        物理與工程 2016年5期
        關鍵詞:教程清華大學大學物理

        朱紅蓮

        (清華大學出版社, 北京 100084)

        用演示實驗點亮學生好奇的眼睛
        ——讀《物理演示實驗教程(第2版)》

        朱紅蓮

        (清華大學出版社, 北京 100084)

        物理學是實驗的科學,絕大部分物理學是從現(xiàn)象中來的,現(xiàn)象是物理學的根源.有些現(xiàn)象,不通過實驗演示是很難在學生頭腦中形成清晰的物理圖像的.清華大學的大學物理教學二三十年來一直保持著幾乎每堂課都有演示實驗,幾乎每位教師都做演示實驗的傳統(tǒng).本文以清華大學演示實驗室編寫的《物理演示實驗教程(第2版)》為主線,探討演示實驗如何在大學物理教學中發(fā)揮作用,給學生展示物理現(xiàn)象,引發(fā)學生的求知欲,激發(fā)其學習熱情,點亮學生的眼睛.

        大學物理;演示實驗;課堂演示;大廳演示

        物理學是實驗的科學,物理學最重要的部分是與實驗有關的,物理學中絕大部分內容是從現(xiàn)象中來的,現(xiàn)象是物理學的根源.正是豐富多彩的物理現(xiàn)象引發(fā)了人們的好奇心,啟發(fā)了人們的思考,進而形成了物理學系統(tǒng)的科學理論,達到了人類目前對大自然的深刻認知和理解.所以,觀察現(xiàn)象是科學研究至關重要的第一步,通過觀察現(xiàn)象來學習物理也是一條有效的學習途徑.

        有些現(xiàn)象,不通過實驗演示是很難在學生頭腦中形成清晰的物理圖像的.演示實驗能起到激發(fā)興趣、促進思考的作用,而饒有興趣和勤于思考是學好物理的先決條件.物理演示實驗走進課堂,可以在最恰當?shù)臅r候,給學生展示物理現(xiàn)象,引發(fā)學生的求知欲,點亮學生的眼睛,激發(fā)學生的學習興趣.

        在物理教學的課堂上,把涉及到的物理知識通過實驗演示給學生看,對提高學習興趣,加深對所講授內容的理解,啟迪學生的思維,活躍課堂氣氛起到十分重要的作用.課堂演示實驗對基礎物理教學有特別重要的意義.演示實驗是培養(yǎng)學生探索未知的創(chuàng)新精神和解決問題的實踐能力的有效教學環(huán)節(jié),這已成為物理教育界的共識.

        1 清華大學物理演示實驗室

        清華大學基礎物理課程分幾個不同層次.有面向物理類專業(yè)學生的普通物理課程,有面向廣大工科學生的大學物理課程,也有面向文科類學生的物理學導論或概論課程.盡管這些課程的教學目標和教學內容以及學時有很大差別,但都有一個共同特征,就是大量使用課堂演示實驗.課堂演示實驗是幾乎所有基礎物理課堂內容的一部分,每次上課把若干個演示實驗推進課堂,它是清華大學基礎物理教師常態(tài)化的程式.清華大學的大學物理教學多年來一直保持著幾乎每堂課都有演示實驗,幾乎每位教師都做演示實驗的傳統(tǒng).

        清華大學物理教學演示實驗能夠做到如此普及,與演示實驗室的場地設計有很大的關系.物理演示實驗室地處第三教學樓二段的中心,使用面積約200多平方米,兩側1樓和3樓總共有4個大的階梯教室,基本上大學物理的大課都是在這4個教室進行.每位上課的老師提前把上課需要的演示實驗名單交給演示實驗室的老師,演示實驗室的老師會把布置好的實驗車放到教室講臺旁的門口,或者直接把布置好的演示實驗推到教室的講臺上.

        課堂演示實驗的特點是緊密配合教學,原理清晰,形象直觀,易于操作,安全方便.若某實驗是一般日常生活不能遇見到的現(xiàn)象,則往往收到轟動性的效果,一個精彩的演示實驗往往會給學生留下深刻的印象,如:逆風行舟、錐體上滾、高壓帶電操作、超導磁懸浮列車等就是如此.

        隨著教學手段的進步,演示實驗也有多種表現(xiàn)形式.用于大課堂上的演示實驗,有些做得大一些,讓數(shù)百人的教室內人人可以看到課堂上的演示實驗,或者做得小巧玲瓏,放在視頻展示臺上,通過視頻轉換在大屏幕上展示.許多演示實驗的錄像,利用課堂上寶貴的幾分鐘,把實驗的精華部分展示給學生,同樣收到良好的效果.

        2 物理演示實驗展示廳

        人的雙手是大腦聰明的媒介和橋梁,動手能力是一個人最基本的學習能力.所以演示實驗不光要看,學生們還可以自己動手去做.演示實驗不僅進入課堂,清華大學還為學生開設了演示實驗展示廳,方便學生自己動手,從實驗中獲得樂趣,用動手啟迪思維,激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)造力.在一次次親自動手操作中,學生會為神奇的實驗現(xiàn)象而著迷,為那些科學原理而驚嘆.

        清華大學物理演示實驗展示廳是物理演示實驗中屬于提高層次的部分,始創(chuàng)辦于1998年.其創(chuàng)辦的主旨是向大學生們展示大量由我校教師研制出的有趣味有深度的物理演示實驗,使我校青年學生通過來此中心參觀學習,了解物理世界的奧秘,了解高科技與物理世界的關系,達到開闊眼界,增長知識,啟發(fā)思維,培養(yǎng)興趣的目的.

        大廳所陳列出的物理演示實驗具有下列特點: ①實驗裝置宏偉,實驗演示效果良好;②實驗現(xiàn)象新奇,出乎意料之外;③聯(lián)系高科技成果,顯示當代成就;④具有大學物理知識的大學生不能一看就明白,需要結合具體的實驗進行研究.至今已經(jīng)排出的實驗有96個,其中具有特點①的典型實驗有:磁混沌擺,大型全息圖(洋女人與狗),高壓帶電操作等實驗;具有特點②的典型實驗有:逆風行舟,超導磁懸浮列車,常溫磁懸浮,大型立體照片(照相機),記憶合金組合等實驗;具有特點③的典型實驗有:超聲馬達,激光,超聲CT,激光陀螺等實驗;具有特點④的典型實驗有:‘同性’磁極相吸,白光再現(xiàn)全息,魔石等實驗.

        3 物理演示實驗室的工作

        在創(chuàng)建世界一流大學思想的指導下,清華大學物理演示實驗室堅持“以學生為主體,教師為主導,實驗技術人員和實習指導人員為主力,著重培養(yǎng)學生的興趣和動手能力”的理念,以演示實驗室、展示廳建設為核心,整合各方面資源和人力,歷經(jīng)多年的提煉與改造,現(xiàn)有常用演示實驗200個,視頻文件幾百個.成為國內演示實驗建設的典范,經(jīng)常接受兄弟院校教師的參觀和交流.從其建立之初就引起社會各界的注意,實際上它已成為清華大學的一個窗口實驗室.

        清華大學物理演示室以前也曾經(jīng)出版過VCD視頻光盤和《物理演示實驗教程》的第1版,各學校老師爭相搶購.這套由路峻嶺教授和秦聯(lián)華高級實驗師等老師編撰的《物理演示實驗教程(第2版)》和《物理演示實驗手冊》,就是對這些工作和經(jīng)驗的最新整理和總結.這兩本書匯集了當前清華大學課堂演示實驗的全部內容,是清華大學物理演示實驗教學的反映.這套書對每一個實驗的原理、裝置、操作步驟和注意事項,都給出了較詳細的說明,對于從事基礎物理教學的教師、技術人員和正在學習物理課的學生來說,都有很好的參考價值.

        《物理演示實驗教程》(第2版)是在第1版的基礎上,總結了清華大學近10年來“大學物理課”的物理演示教學的經(jīng)驗而改編的,內容包括課堂演示實驗部分和展廳演示實驗部分兩篇.其中課堂演示實驗部分是它的主要部分,按實際教學的順序編排,在第1版的基礎上淘汰了一些舊實驗,增加了一些新實驗,包括力學、熱學、電磁學、振動與波、光學與近代物理共計258個實驗.撤銷了走廊演示實驗部分,把其中一些實驗分別并入課堂演示實驗和展廳演示實驗部分,一些劃歸其他實驗室.展廳演示實驗是演示實驗的提高部分,經(jīng)過幾年的建設現(xiàn)在共包括115個實驗,其實驗裝置多為清華大學物理教師自己研制的.對每個實驗都分別按實驗目的、實驗儀器、實驗原理、實驗步驟、注意事項和思考題幾部分進行介紹.

        這套書具有如下特色.①原理解析得清楚明白.書中不僅清楚地描述了演示內容以及演示步驟,還不遺余力地介紹了實驗原理,并配有照片和原理圖.學生自己動手做過的實驗,或者看過的實驗,特別是結果跟自己的猜想不一樣的實驗現(xiàn)象,他們會更想知道實驗原理,想了解為什么,對原理的詳細介紹可以滿足學生的學習要求; ②教程圖文結合,有材料,有內容,有視頻,有趣味,有參考價值.對于教師,這是類似手冊一樣的書,可以很快地了解演示內容,幫助認識演示的意義以及其中的原理.對于學生,這是一本學習參考書,可以仿照設計課外實驗,幫助學習,也可以通過了解演示實驗原理,學習物理知識,學習分析問題和解決問題的方法.對于實驗技術人員這是一本技術指導書,可以照此設計和制作演示實驗,也可以在此基礎上改進演示實驗,發(fā)展新的演示實驗.③實驗現(xiàn)象新奇,出乎意料之外;書中展現(xiàn)的演示實驗,有些演示實驗內容比較自然,看起來合情合理,有些則會展現(xiàn)出與多數(shù)人的直覺不相符合的情形.有些演示實驗原理則并不簡單,即使學生比較籠統(tǒng)地了解了大致的原理,其中一些細節(jié)也不都是能非常清楚地得到解釋,例如翻身陀螺實驗,魔石實驗,昆特管實驗(駐波的精細結構分析),銅鏡實驗,水中落沙實驗,小孔泄漏實驗等.但這恰恰提供了教學研究的題材,老師或學生可以進一步進行研究和探索,學生也可以借此做課程論文,做研究訓練.

        [1] 清華大學物理演示實驗室.大學物理演示實驗(VCD).北京:清華大學出版社,2003.

        [2] 路峻嶺.物理演示實驗教程[M].北京:清華大學出版社,2005.

        [3] 路峻嶺.物理演示實驗教程[M].2版.北京:清華大學出版社,2015.

        [4] 路峻嶺,秦聯(lián)華.物理演示實驗手冊[M].北京:清華大學出版社,2015.

        DEMONSTRATION EXPERIMENTS, INSPIRING THE CURIOUS OF THE STUDENTS

        Zhu Honglian

        (Tsinghua University Press, Beijing 100084)

        As ascience based on experiment, most theory of physics came from phenomena. Sometimes it’s hard to tell the students what a physics theory really is without a demonstration of experiment. In the past 20-30 years in Tsinghua University, almost every physics teacher kept this tradition that demonstrated experiments in almost every physics class. This essay uses a test book,ThePhysicsDemonstrationExperimentTutorial(2ndEdition) written by the Demonstration Laboratory of Tsinghua University, as an example, talks about how demonstration experiments works in the college physics class. And how to encourage students to learn and study by demonstration experiments.

        college physics; demonstration experiment; classroom demonstration; hall demonstration

        2016-01-08

        朱紅蓮,女,圖書編輯,主要從事物理類教材、專著和科普圖書的出版和研究工作.1394521451@qq.com

        朱紅蓮. 用演示實驗點亮學生好奇的眼睛[J]. 物理與工程,2016,26(5):43-45.

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