馮青++沈亦紅++段旭朝++史智平++許強(qiáng)

【摘 要】通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的基本概況，介紹我院在大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的隨堂演示法、集中教學(xué)法、基礎(chǔ)探究法以及作為科普基地服務(wù)社會(huì)的實(shí)踐與探究?？梢钥闯觯菔緦?shí)驗(yàn)在幫助理解理論知識(shí)、培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)意識(shí)、提高創(chuàng)新能力和服務(wù)社會(huì)方面具有重要作用和意義。

【關(guān)鍵詞】演示實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新 服務(wù)社會(huì)

【科研項(xiàng)目】本論文研究受到寶雞文理學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目（NO.ZK2017065）與寶雞文理學(xué)院第十一批教學(xué)改革研究項(xiàng)目（NO.JGYB15046）的支持。

【中圖分類號(hào)】G642.0 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2017）07-0042-02

【Abstract】In this paper， we introduce the basic information of domestic university physics demonstration experiment and compare that with foreign university. Furthermore， we focus on the presentation method， the centralize teaching-method， the inquiry method and serve the society as science base in our physics demonstration experiment teaching practice and exploration of my college. It can be seen that the demonstration experiment plays an important role and significance in helping to understand the theoretical knowledge， cultivating self-learning， improving innovation ability and serving the society.

【Key words】Demonstration experiment；Experiment teaching；Innovation；Serve the society

1、演示實(shí)驗(yàn)的重要性

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)與提高學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力、思維判斷能力、表達(dá)書寫能力、數(shù)據(jù)分析能力及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫婢哂兄匾饔?。大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)的重要組成部分。首先，演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀明確，學(xué)生通過(guò)觀察，可以更好的理解物理現(xiàn)象與理論知識(shí)；其次，演示實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單快捷，學(xué)生可以利用演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與探究，豐富知識(shí)儲(chǔ)備，開闊眼界；第三，演示實(shí)驗(yàn)儀器清楚簡(jiǎn)潔，受到學(xué)生喜愛，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣；第四，演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式多樣，學(xué)生可以通過(guò)多種途徑進(jìn)行參與和學(xué)習(xí)，有助于提高學(xué)習(xí)能動(dòng)性和效率。演示實(shí)驗(yàn)在學(xué)生加深對(duì)物理原理的理解、自主學(xué)習(xí)意識(shí)的培養(yǎng)、創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)、科學(xué)素養(yǎng)的提高等方面具有非常積極的作用。

2、國(guó)內(nèi)外大學(xué)演示實(shí)驗(yàn)比較

目前演示實(shí)驗(yàn)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外各大高校的重視。表1給出了國(guó)內(nèi)外部分高校演示實(shí)驗(yàn)的儀器數(shù)量[1-3]。從表中可以看出，國(guó)外大學(xué)儀器數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)內(nèi)大學(xué)。國(guó)內(nèi)建立演示實(shí)驗(yàn)室的學(xué)校很多，清華大學(xué)、吉林大學(xué)和哈爾濱工程大學(xué)數(shù)量較多，國(guó)外高校中馬里蘭大學(xué)、加州大學(xué)伯克利學(xué)院 、北加利弗尼亞大學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量名列前茅，種類豐富多樣。

演示實(shí)驗(yàn)涉及領(lǐng)域廣泛，實(shí)驗(yàn)儀器種類多樣，實(shí)驗(yàn)儀器分類與管理非常重要。國(guó)內(nèi)很多高校根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理分類管理演示實(shí)驗(yàn)儀器。例如，按照“力與熱”“電與磁”、“光學(xué)”等分類方式進(jìn)行管理。此種方法能夠有效管理實(shí)驗(yàn)儀器，提高實(shí)驗(yàn)儀器的利用率，然而儀器數(shù)量較大時(shí)不利于儀器取用，易造成混淆。國(guó)外很多大學(xué)采用“美國(guó)物理教學(xué)資源協(xié)會(huì)演示分類方案（PIRA DCS）”管理演示實(shí)驗(yàn)儀器。在PIRA DCS中，演示實(shí)驗(yàn)分為九大領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域中包含若干專題，每個(gè)專題中包含若干概念，每個(gè)概念有對(duì)應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)，每個(gè)演示實(shí)驗(yàn)都有唯一指定編號(hào)，并將它歸類到最常用的領(lǐng)域中[4]。此種分類管理方法擺脫了實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量的限制，能夠有效地管理數(shù)目巨大的演示實(shí)驗(yàn)儀器，方便查找與取用。

國(guó)內(nèi)外大學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式方法上有很多共同之處。隨著改擴(kuò)建演示實(shí)驗(yàn)高校數(shù)目增加、實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量增加、儀器設(shè)備質(zhì)量提升、儀器形式種類增多、實(shí)驗(yàn)儀器管理規(guī)范化、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)與提高。可以看出，首先，對(duì)演示實(shí)驗(yàn)都非常重視；其次，隨堂演示是普遍采用的教學(xué)方式。演示實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解和掌握物理原理，提高對(duì)理論知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)；第三，演示實(shí)驗(yàn)室對(duì)學(xué)生實(shí)行預(yù)約參觀。學(xué)生通過(guò)自主學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)操作，提高學(xué)習(xí)興趣，擴(kuò)展課外知識(shí)；第四，大部分學(xué)校設(shè)置了走廊、櫥窗演示實(shí)驗(yàn)，方便學(xué)生隨時(shí)隨地瀏覽學(xué)習(xí)、靈活多樣進(jìn)行觀看體驗(yàn)。然而，國(guó)外大學(xué)在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理方面還有一些值得借鑒的地方。很多學(xué)校有專門的演示實(shí)驗(yàn)預(yù)備室。預(yù)備室與教室相連，大大提高了演示實(shí)驗(yàn)的課堂再現(xiàn)率；演示實(shí)驗(yàn)室通常附設(shè)小型金、木工廠，配置車、鉗、刨、鉆床、鋸床等設(shè)施[4]，便于自制演示實(shí)驗(yàn)儀器和修繕儀器。

3、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐探究

傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式主要以教師講解與演示、學(xué)生觀看為主。這種教學(xué)方式有兩方面優(yōu)勢(shì)，第一，教師選擇跟授課內(nèi)容貼近或一致的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行隨堂演示，有助于學(xué)生理解理論知識(shí)；第二，這種教學(xué)方式保護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器，降低儀器的損壞率。教師經(jīng)過(guò)專業(yè)訓(xùn)練和長(zhǎng)年知識(shí)積累，能夠精準(zhǔn)操作儀器，避免給儀器帶來(lái)過(guò)度消耗或損壞。傳統(tǒng)教學(xué)方式在帶來(lái)一定便利時(shí)，忽略了教學(xué)中最重要的參與主體---學(xué)生。結(jié)合傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，我院主要從以下幾方面開展演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

3.1緊扣教學(xué)主題，開展教學(xué)實(shí)踐

3.1.1隨堂演示法

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》作為理工科專業(yè)學(xué)生的必修課與大學(xué)物理課程緊密配合。首先，演示實(shí)驗(yàn)作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要內(nèi)容，對(duì)促進(jìn)大學(xué)物理課程的教學(xué)有重要的作用。許多物理概念定律晦澀難懂，在傳統(tǒng)演示教學(xué)基礎(chǔ)上，增加學(xué)生親自操作實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清晰，通過(guò)演示闡述概念定律，有助于學(xué)生更好理解物理規(guī)律。上課過(guò)程中，教師邊講解邊演示，課后留出一部分時(shí)間讓學(xué)生親自操作。例如，講解“動(dòng)量守恒定律”時(shí)，分別利用“小球與車”和“超級(jí)碰撞球”演示儀，學(xué)生通過(guò)親自推動(dòng)小車和金屬球，深刻理解了動(dòng)量基本性質(zhì)和動(dòng)量守恒定律。

3.1.2集中教學(xué)法

結(jié)合不同專業(yè)需求，每學(xué)期每個(gè)院系開設(shè)不同內(nèi)容演示實(shí)驗(yàn)課程。學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在集中教學(xué)過(guò)程中，采取 “獨(dú)立操作”和“講做結(jié)合”兩種方法。

對(duì)于原理簡(jiǎn)單，操作過(guò)程無(wú)危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，采用“獨(dú)立操作”方法教學(xué)。演示實(shí)驗(yàn)課程安排在大學(xué)一、二年級(jí)，學(xué)生自我控制與自主學(xué)習(xí)意識(shí)不強(qiáng)，此時(shí)老師應(yīng)起到安排、部署、監(jiān)督作用。將學(xué)生分組，給每個(gè)學(xué)生指定必須掌握的實(shí)驗(yàn)，要求完全理解實(shí)驗(yàn)原理與操作，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)講解。講解要點(diǎn)包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)應(yīng)用與擴(kuò)展。課程結(jié)束后，同學(xué)們普遍反映“不僅掌握了物理原理，了解了課外知識(shí)，增強(qiáng)了動(dòng)手能力，同時(shí)鍛煉口才，而且聽同學(xué)們講解實(shí)驗(yàn)非常有趣”。

對(duì)于原理復(fù)雜、學(xué)生操作有安全隱患的實(shí)驗(yàn)采用 “講做結(jié)合”方法教學(xué)。 “怒發(fā)沖冠”實(shí)驗(yàn)包含高壓靜電的產(chǎn)生、特點(diǎn)、分布特性與等勢(shì)體等物理知識(shí)與概念，操作過(guò)程需要學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)涉及高壓電，注意事項(xiàng)與操作規(guī)范非常重要。首先，講解實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、儀器與原理，使學(xué)生初步理解形成怒發(fā)沖冠的原因、了解參與過(guò)程的規(guī)范操作；其次，選取自愿配合參與的學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并再次強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意問(wèn)題與要點(diǎn)；最后，邊演示邊講解，使學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教學(xué)過(guò)程中學(xué)生參與熱情高，課堂氛圍活躍，實(shí)驗(yàn)效果良好。

3.1.3特色教學(xué)法

“特色教學(xué)”法的思想是突出演示實(shí)驗(yàn)特色，惠及學(xué)生。主要分為兩方面：第一，為全校學(xué)生開設(shè)公共選修課程；第二，為物理學(xué)專業(yè)師范生免費(fèi)提供教學(xué)技能練習(xí)平臺(tái)。對(duì)于非理工科學(xué)生來(lái)說(shuō)，接觸物理知識(shí)的機(jī)會(huì)較少，演示實(shí)驗(yàn)室為同學(xué)們提供了一個(gè)開闊眼界，增長(zhǎng)知識(shí)的平臺(tái)。每學(xué)期開設(shè)“大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)”公共選修課，帶學(xué)生進(jìn)入演示實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)參觀。不僅提高實(shí)驗(yàn)室的使用率，而且為學(xué)生提供寶貴學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。作為師范類院校，學(xué)生教學(xué)技能培養(yǎng)非常重要，演示實(shí)驗(yàn)室積極配合物理學(xué)師范生教育培養(yǎng)。學(xué)生在教學(xué)試講過(guò)程中積極配合提供實(shí)驗(yàn)儀器及指導(dǎo)。演示實(shí)驗(yàn)室設(shè)有導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)，詳盡介紹所有實(shí)驗(yàn)原理、現(xiàn)象、操作說(shuō)明、注意事項(xiàng)等，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室中每套儀器有相應(yīng)的操作說(shuō)明板，為學(xué)生試講練習(xí)提供了良好的設(shè)備支持，學(xué)生選擇相關(guān)章節(jié)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行試講練習(xí)；實(shí)驗(yàn)教師參與教學(xué)試講過(guò)程，與學(xué)生共同探討，提高演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)技巧，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器。

3.2創(chuàng)新實(shí)踐、服務(wù)社會(huì)

3.2.1基礎(chǔ)探究法

一般而言，學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備有限，獨(dú)立進(jìn)行一項(xiàng)創(chuàng)新實(shí)踐課題難度很高。通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)，對(duì)儀器設(shè)計(jì)理念、實(shí)驗(yàn)原理的理解，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，難度降低，創(chuàng)新有了切入點(diǎn)，實(shí)踐積極性也大幅提高。受“導(dǎo)光水柱”演示實(shí)驗(yàn)中水泵抽水與連通器運(yùn)用的啟發(fā)，圖1是我院2013級(jí)物理學(xué)1班學(xué)生自制“水流類比平行板電容器充放電演示儀”。該裝置共有三個(gè)水箱，用導(dǎo)管和開關(guān)連接，底部水箱內(nèi)有一個(gè)功率為15W的小水泵。利用水箱充放水過(guò)程模擬電容器充放電過(guò)程，用水流類比平行板電容器中的電子，水箱容積類比電容的電荷量，液面的重力勢(shì)差類比電勢(shì)差，得出電容器的電容是兩極板儲(chǔ)存電荷量與兩極板電勢(shì)差的比值 ，儀器將電子流動(dòng)的微觀形式用水流展示出來(lái)，降低理解電容實(shí)質(zhì)的難度。該作品在全國(guó)第八屆“翰博爾杯”大學(xué)生與研究生物理教學(xué)技能展示暨自制教具與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)展評(píng)賽中榮獲自制教具二等獎(jiǎng)。

3.2.2服務(wù)地方、回饋社會(huì)

作為當(dāng)?shù)匚ㄒ灰凰究圃盒?，我校在努力提高教育質(zhì)量的同時(shí)大力倡導(dǎo)全院師生服務(wù)地方、回報(bào)社會(huì)。演示實(shí)驗(yàn)室積極響應(yīng)學(xué)院號(hào)召，結(jié)合自身特點(diǎn)，自成立以來(lái)，多次為周邊中小學(xué)生開展科普教育實(shí)踐活動(dòng)。2015年11月為寶雞市寶雞中學(xué)高二學(xué)生開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，2016年4月為我院附屬中學(xué)學(xué)生開展科普活動(dòng)，2016年12月為寶雞市高新第一小學(xué)學(xué)生和家長(zhǎng)開展“從小愛科學(xué)、努力學(xué)本領(lǐng)”的主題科普活動(dòng)等等。至今，百余名學(xué)生和家長(zhǎng)進(jìn)入演示實(shí)驗(yàn)參觀學(xué)習(xí)?；顒?dòng)中學(xué)生通過(guò)參觀和體驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)，加深了對(duì)物理現(xiàn)象與規(guī)律的認(rèn)識(shí)和理解，領(lǐng)悟到物理實(shí)驗(yàn)在認(rèn)識(shí)自然、學(xué)習(xí)物理等方面的重要價(jià)值，體驗(yàn)到聲、光、電、磁等高科技技術(shù)手段在顯示物理現(xiàn)象與規(guī)律的奇妙?？破栈顒?dòng)受到了校領(lǐng)導(dǎo)的大力肯定，學(xué)生和家長(zhǎng)紛紛表示科普活動(dòng)非常有趣，領(lǐng)略了自然世界的奇妙，開闊了視野，增長(zhǎng)了見識(shí)。

4.總結(jié)

通過(guò)我院大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐與探究可以看出，演示實(shí)驗(yàn)作為物理教學(xué)的重要組成部分，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，使學(xué)生進(jìn)一步掌握物理知識(shí)，加深對(duì)物理概念和定律的理解；能有效培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)；能開拓學(xué)生思維、提高創(chuàng)新意識(shí)；同時(shí)可以利用高校的科技特色和自身優(yōu)勢(shì)為青少年傳遞科學(xué)精神、普及科學(xué)理念，讓科技根植于心，服務(wù)回報(bào)社會(huì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓璐.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果調(diào)查及研究[D].吉林省，吉林大學(xué)，2015.

[2]蘭明乾.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，35：190-192.

[3]汪文明，余蘭山，郭軍.中美大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)比較[J].高等函授學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，19：9-11.

[4]汪文明.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[D].上海，華東師范大學(xué)，2006.