陳 輝 張志強 李慶福 / 北京服裝學(xué)院

大學(xué)物理演示實驗教學(xué)的探討與實踐

陳 輝 張志強 李慶福 / 北京服裝學(xué)院

本文結(jié)合實際教學(xué)工作探討了大學(xué)物理演示實驗在大學(xué)物理教學(xué)中的作用，分析了適應(yīng)我校情況的大學(xué)物理演示實驗在教學(xué)實踐中的方式。

大學(xué)物理；演示實驗；教學(xué)實踐

一、演示實驗在大學(xué)物理教學(xué)中的作用

物理學(xué)是一門實驗的科學(xué)，在物理學(xué)中，每個概念的建立、每個定律的發(fā)現(xiàn)都有其堅實的實驗基礎(chǔ)。因此教學(xué)中的演示實驗對促進學(xué)生理解物理概念、掌握物理規(guī)律有著十分重要的作用。演示實驗?zāi)苁箤W(xué)生切身感受到支配物理現(xiàn)象的規(guī)律如何起作用，可以彌補理論教學(xué)上的不足[1]，通過演示實驗觀察現(xiàn)象來學(xué)習(xí)物理是一條有效的學(xué)習(xí)途徑。大學(xué)物理演示實驗的作用主要有以下幾點：

1.增強知識學(xué)習(xí)的效果。

演示實驗可以使抽象、復(fù)雜、深奧的概念直觀化和形象化，從而使學(xué)生得到豐富的感性知識，加深對理論內(nèi)容的理解和鞏固。

2.使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

演示實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)、分析和研究問題時實事求是的科學(xué)態(tài)度和刻苦頑強的工作作風(fēng)。同時使學(xué)生能學(xué)到研究物理的各種實驗方法，為以后打下良好的實驗基礎(chǔ)，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3.演示實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維的能力。

二、大學(xué)物理演示實驗所面臨的實際問題

1.教師側(cè)重于知識傳授，忽視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

多年來我國的物理教學(xué)模式基本上由教師以粉筆在黑板上做理論推導(dǎo)，得出結(jié)論。這種方法下學(xué)生學(xué)習(xí)顯得很被動，積極性和學(xué)習(xí)熱情不高。這使得實驗性極強，且對提高學(xué)生分析、解決實際問題有極大幫助的大學(xué)物理課程，變成了實用性較差的、抽象的純理論假設(shè)課程。這在一定程度上導(dǎo)致學(xué)生一味追求理論成績，忽視了其他能力比如動手能力、實踐能力，尤其是科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.實驗儀器配置脫離教學(xué)實踐

演示實驗的根本作用是輔助大學(xué)物理的理論教學(xué)，實驗項目和實驗儀器必須緊扣物理教材，實驗必須有利用學(xué)生對物理規(guī)律和物理原理的理解，應(yīng)當(dāng)直觀或方便地演示出基本的物理現(xiàn)象。近年來，各高校相應(yīng)地采購了一些物理儀器，充實了演示儀器的數(shù)量[2]，但有些儀器與大學(xué)物理結(jié)合得不緊密，使儀器使用率偏低。這使得演示實驗與理論教學(xué)相脫節(jié)。

3.教學(xué)過程中學(xué)生參與程度不夠

教師在演示實驗教學(xué)模式和安排上要求學(xué)生對物理原理、方法和過程的認(rèn)識，很少專門給學(xué)生安排討論實踐和操作的過程。演示實驗有些是趣味性很強的實驗，如果能讓學(xué)生充分地參與實驗過程，使學(xué)生在獲得樂趣的同時還可以對理論知識掌握得更牢，使學(xué)生的積極性也會更高。

我校情況和大多數(shù)院校一樣，課堂演示實驗比較貧乏。因此，學(xué)生普遍反映大學(xué)物理課抽象，難理解，且與實際生活、工作無聯(lián)系，造成學(xué)生對物理課的學(xué)習(xí)熱情不高，教學(xué)質(zhì)量較差。為了改善這種情況，我們將大學(xué)物理理論與演示實驗相結(jié)合來進行教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。

三 、大學(xué)物理演示實驗的教學(xué)實踐方式

為了更好地完成教學(xué)過程，達(dá)到比較好的教學(xué)效果，我們在教學(xué)設(shè)計上做了很大的努力。根據(jù)演示實驗的特性，以及考慮到我們學(xué)校的實際情況，我們的教學(xué)設(shè)計過程以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體來實現(xiàn)。

[21] 費瑯輯注 耿升等譯，《阿拉伯波斯突厥人東方文獻輯注》[M]，北京：中華書局,1989年，P216.

1.教學(xué)內(nèi)容。

結(jié)合我校大學(xué)物理課程的教學(xué)內(nèi)容，我們將演示實驗按力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動與波動、光學(xué)五個教學(xué)模塊等知識結(jié)構(gòu)進行分組，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來選擇合適的演示實驗。例如在力學(xué)中引入茹可夫斯基轉(zhuǎn)椅演示角動量守恒、剛體的平面平行運動實驗、力矩突變角動量守恒演示等實驗；電磁學(xué)中的電場線和等勢面、電介質(zhì)的極化、通電線圈的磁現(xiàn)象等概念，可設(shè)計一些電磁演示實驗來讓學(xué)生形象的觀察和理解；光學(xué)的楊氏雙縫干涉、等厚干涉和等傾干涉，我們也可以通過演示實驗來讓學(xué)生更深刻的分析和理解各種干涉花樣的特點及干涉產(chǎn)生條件等。對一些學(xué)生難以理解的知識點，配合演示實驗進行講解，可將抽象的問題具體化，從而掌握所學(xué)內(nèi)容讓學(xué)生分析解釋所看到的現(xiàn)象。通過對這些現(xiàn)象的合理解釋，學(xué)生會突破原有的思維定勢，從而靈活掌握所學(xué)知識。

2.教學(xué)模式。

為了使大學(xué)物理演示實驗教學(xué)形式豐富多彩，我們采用了物理課上隨堂演示、多媒體演示、物理演示實驗室演示、仿真實驗等多種教學(xué)形式。

（1）隨堂演示

隨堂演示就是把與大學(xué)物理理論課教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的演示儀器帶進教室，講到某內(nèi)容時可由教師或者學(xué)生演示與之相關(guān)的實驗，幫助學(xué)生對該內(nèi)容的理解和記憶。這樣的演示最直觀，效果也較好。但較大的演示儀器搬動起來不是很方便，這限制了課堂演示的實行。

（2）多媒體演示

隨著多媒體教學(xué)的普及，多媒體課件能動態(tài)地演示復(fù)雜的物理過程，一些與物理相關(guān)的多媒體資料也可用于物理實驗演示?？梢园盐锢硌菔緦嶒灥倪^程通過錄像錄下來，帶到教室演示，也可以將其他我校沒有的演示實驗視頻進行播放， 實現(xiàn)資源共享。

（3） 大學(xué)物理演示實驗室演示

對于體積較大、不易搬動的演示實驗，我們安排2-4學(xué)時讓學(xué)生進入大學(xué)物理演示實驗室進行實驗演示。在演示實驗室內(nèi)，學(xué)生通過集中觀察演示儀器并親自操作加深其對物理所學(xué)內(nèi)容的掌握，促進物理學(xué)的教學(xué)。同時在演示實驗室進行演示實驗教學(xué)，也可以使學(xué)生親身體驗和觀察那些因課內(nèi)時間不足而沒有做的演示實驗[3]。有許多優(yōu)秀的演示實驗所用的儀器和設(shè)備很簡單、價格低廉卻由于設(shè)計思想的巧妙而取得很好的教學(xué)效果，能給學(xué)生一個真實和直觀的感覺，如“龍卷風(fēng)演示、自動窗簾、完全彈性碰撞”等。學(xué)生以班為單位去實驗室參加演示實驗，教師演示實驗項目，與學(xué)生共同討論、分析、解釋現(xiàn)象與結(jié)果。學(xué)生也可以靈活自主地選擇實驗時間和實驗項目，在實驗教師的指導(dǎo)下獨立完成實驗項目。這樣不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且也能培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。

（4）仿真演示實驗室演示

仿真實驗可逼真的模擬出學(xué)生進行實驗操作的整個過程，通過對實驗問題、結(jié)論的預(yù)設(shè)，可以實時顯示測量結(jié)果，通過對實驗過程的容錯、糾錯的預(yù)設(shè)，可以實現(xiàn)更靈活的操作。我校物理實驗室的仿真實驗系統(tǒng)包括近60個仿真實驗內(nèi)容，從誤差分析到力、熱、光、電學(xué)的常見基本實驗，再到核磁共振、塞曼效應(yīng)、拉曼光譜、掃描隧道顯微鏡等等多個近現(xiàn)代物理實驗，涵蓋了物理學(xué)的各個層面。每項具體實驗的內(nèi)容也非常豐富，實驗前學(xué)生可選擇查看圖文并茂的實驗原理、實驗步驟、注意事項，學(xué)生可以對照著儀器邊看邊學(xué)。預(yù)習(xí)完畢還有一些與實驗相關(guān)的練習(xí)題供學(xué)生自測能力。開始實驗時還配有語音指導(dǎo)和提示，可以利用鼠標(biāo)按鍵對仿真儀器線路進行各種調(diào)節(jié)，需要仔細(xì)觀察的儀器部分還可以打開子窗口進行放大查看，有的儀器還可以觀察到內(nèi)部結(jié)構(gòu)。需要記錄儀器數(shù)據(jù)也非常方便，只需將測量，結(jié)果填入已有的電子表格內(nèi)，高階實驗甚至可以自動讀數(shù)并進行記錄處理、生成圖線。與實際物理實驗相比，仿真實驗對實驗背景及原理的闡述更全面生動，對實驗儀器及實驗內(nèi)容與步驟的介紹，更能讓學(xué)生容易熟悉，操作過程更為順利，學(xué)生可以利用課余時間采用預(yù)約的方式在物理實驗室來完成該實驗。

3.教學(xué)過程

教師在進行演示實驗課之前，自身應(yīng)該有充分地準(zhǔn)備。除了把相關(guān)的理論知識整理把握充分之外，還應(yīng)該把演示的實驗仔細(xì)操作幾遍，盡量預(yù)先面對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題。為了使教學(xué)過程達(dá)到較好的效果，主要采取以下幾種方法：

（1）為達(dá)到理想的演示效果精心選擇實驗項目

演示實驗要想達(dá)到預(yù)期的目的效果，精心選擇實驗項目十分重要。在演示實驗教學(xué)中，有精心選擇一些實驗項目為重點演示講解的，還有一些是一般講解的。教師一定要時刻清楚自己所要表達(dá)的主題是什么，以一種什么樣的講解方式和演示方法非常重要。不能在有限的時間內(nèi)范范介紹，弄得學(xué)生眼花繚亂，抓不住重點[4]。

（2）讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主題，提高學(xué)生的參與意識。

興趣是最好的老師，在演示實驗中讓學(xué)生成為主體，充分利用學(xué)生對物理現(xiàn)象的好奇心、神秘感激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是增強學(xué)生動手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的演示實驗都是教師操作、學(xué)生觀察，教師是主體，學(xué)生是被動的，不利于學(xué)生思維的發(fā)展。教師可以在做演示實驗前先讓學(xué)生各自預(yù)測一下演示的結(jié)果，在教師介紹完實驗后，教師講解之前還可以相互之間討論自己的看法[5]。如常見的單擺周期演示實驗，在教師介紹完實驗裝置后，首先讓學(xué)生分析預(yù)測一下單擺的周期與哪些因素有關(guān)，有什么樣的關(guān)系。讓學(xué)生寫下自己的預(yù)測及理由，接著做演示實驗，讓學(xué)生注意觀察并記錄現(xiàn)象。然后讓學(xué)生比較一下各自的預(yù)測與實驗觀察是否符合，有多大差距，并就此讓學(xué)生之間進行討論，找出思維上的差異和不足。最后在討論的基礎(chǔ)上教師進行引導(dǎo)、講解，得出有關(guān)結(jié)論。讓學(xué)生來做演示實驗，使他們有了表演和參與的機會，也有了發(fā)揮自己潛能的舞臺，學(xué)生的積極性被調(diào)動起來，教學(xué)的目的自然就達(dá)到了，而且事半功倍。

四、結(jié)束語

總之，大學(xué)物理演示實驗在物理課堂教學(xué)中具有獨特的地位與作用，演示實驗?zāi)苡行У胤乐刮锢斫虒W(xué)的數(shù)學(xué)化，還物理以本來面目。因此在大學(xué)物理教學(xué)中要注重演示實驗與理論教學(xué)的結(jié)合，要不斷探索演示實驗教學(xué)的新內(nèi)容，不斷創(chuàng)新演示實驗教學(xué)的新模式。進一步發(fā)揮演示實驗的功能，采用多種教學(xué)形式，提高學(xué)生的思維能力、實際操作能力，并使大學(xué)物理演示實驗對大學(xué)物理教學(xué)起到積極有效的輔助作用。

[1]范士民.大學(xué)物理實驗研究綜述 [J].科技信息，2010,9（1）：521

[2]韋華.物理演示實驗在有效性課堂教學(xué)中的應(yīng)用[期刊論文]-新課程(教研版) 2010(07)

[3]林維秋.淺談物理教學(xué)中的演示實驗 [J].哈爾濱學(xué)院學(xué)報，2003（8）：86-88.

[4]姜洪喜;任常愚;任敦亮運用多媒體技術(shù)優(yōu)化物理演示實驗教學(xué)[期刊論文]-大學(xué)物理實驗 2011(01)

[5]梁竹鍵.努力提高物理演示實驗教學(xué)水平[J].大學(xué)物理，1999,18（6）：41.

項目編號：NHFZ2016060/004/009。