大學(xué)物理課上運(yùn)用多種實(shí)驗(yàn)方法的探討

付 靜 姜廣軍 袁明霞

(吉林建筑工程學(xué)院城建學(xué)院基礎(chǔ)部，長(zhǎng)春 130111)

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其研究方法離不開(kāi)觀察和實(shí)驗(yàn).通過(guò)實(shí)驗(yàn)，可以充分體現(xiàn)出理論來(lái)源于現(xiàn)象而不是來(lái)源于純粹的邏輯推導(dǎo).筆者在本院的大學(xué)物理課堂上，引入了多種不同形式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，例如:演示實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)等.本文主要介紹筆者在教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于這種教學(xué)方式的探索與實(shí)踐.

1 實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的作用

俗話說(shuō)，百聞不如一見(jiàn).實(shí)驗(yàn)的作用是任何其它教學(xué)方式不能取代的.筆者經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，深深體會(huì)到課堂實(shí)驗(yàn)不僅能加深學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力［1］.物理學(xué)作為一門(mén)探究自然界物體運(yùn)動(dòng)和物體結(jié)構(gòu)基本規(guī)律的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，很多基本概念抽象難懂，而直觀的物理過(guò)程和現(xiàn)象，使模糊、枯燥、復(fù)雜難懂的內(nèi)容變得清晰、生動(dòng)、津津有味，能大大提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.因此，與單獨(dú)以講授為主的教學(xué)方式相比，多種實(shí)驗(yàn)方式的引入更能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，使學(xué)生對(duì)物理內(nèi)容產(chǎn)生濃厚的興趣，同時(shí)使課堂氣氛活躍，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量.另外，理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)有機(jī)的結(jié)合，使學(xué)生對(duì)于物理概念的理解也更加透徹.因此，在大學(xué)物理課教學(xué)中，引入多種方式的實(shí)驗(yàn)，能進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、思維創(chuàng)新能力和自主學(xué)習(xí)的能力.

2 課堂實(shí)驗(yàn)的方式

課堂實(shí)驗(yàn)的方式有很多種，以下分別闡述3種實(shí)驗(yàn)方式的作用.

2.1 演示實(shí)驗(yàn)［2］

在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中合理使用演示實(shí)驗(yàn)，可以有效地提高大學(xué)物理的教學(xué)效果.對(duì)于傳授物理知識(shí)，演示實(shí)驗(yàn)是最具說(shuō)服力的教學(xué)方式，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析講解，或者以討論的形式，揭示物理現(xiàn)象背后所蘊(yùn)含的物理規(guī)律，實(shí)現(xiàn)傳授教學(xué)內(nèi)容的目的.經(jīng)研究，觀察過(guò)演示實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比沒(méi)有觀察的學(xué)生對(duì)于概念的理念更深刻.

2.2 仿真實(shí)驗(yàn)［3］

仿真實(shí)驗(yàn)是利用軟件模擬儀器，建立虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，達(dá)到培養(yǎng)動(dòng)手能力，深化理解物理知識(shí)的目的.仿真實(shí)驗(yàn)有很多優(yōu)點(diǎn)，它形象逼真，操作方便，特別是對(duì)于一些精密貴重的儀器，或者受到實(shí)驗(yàn)條件的限制，在現(xiàn)實(shí)中無(wú)法完成的實(shí)驗(yàn)，如低真空的獲得等實(shí)驗(yàn)，顯示出較大優(yōu)勢(shì).目前，我校使用的仿真實(shí)驗(yàn)是采用中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)開(kāi)發(fā)的《大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)2.0》，包括示波器、分光計(jì)、核磁共振等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.對(duì)課堂上無(wú)法用實(shí)物演示的實(shí)驗(yàn)起到了很好的補(bǔ)充作用.

2.3 學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)

隨堂安排學(xué)生可以親自操作的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，并且實(shí)驗(yàn)與教學(xué)內(nèi)容相配套.該方式的最大優(yōu)點(diǎn)就是使學(xué)生在高度合作和親自動(dòng)手的環(huán)境中進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，真正實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為主體，研究性的主動(dòng)學(xué)習(xí)，最大限度地發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性.通過(guò)研究表明，親自操作過(guò)實(shí)驗(yàn)的學(xué)生比僅僅觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的學(xué)生對(duì)于物理概念的理解更為深刻.

3 教學(xué)實(shí)例

力學(xué)——角動(dòng)量定理及角動(dòng)量守恒定律

教學(xué)班級(jí)為大班.每班80人.

課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)的目標(biāo):從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面研究剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律.

實(shí)驗(yàn)儀器:轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀(每班分20組，每4人一組，每組1臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀)，電子天平2臺(tái)，茹科夫斯基凳1把，啞鈴1對(duì).

學(xué)生在上課前預(yù)習(xí)教材中的“角動(dòng)量”相關(guān)章節(jié).

上課時(shí)，老師先用多媒體播放“高空王子走鋼絲”、“高臺(tái)跳水”、“冰上舞蹈”等視頻，引出問(wèn)題:“為什么走鋼絲的時(shí)候手中要拿一個(gè)很長(zhǎng)的桿，換成短的行不行?”“為什么跳水運(yùn)動(dòng)員在空中旋轉(zhuǎn)的時(shí)候要把身體蜷縮起來(lái)?”.以此問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的求知欲，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性.然后引出今天要講的內(nèi)容——物體的轉(zhuǎn)動(dòng)規(guī)律及角動(dòng)量守恒定律.

教師介紹轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念，然后學(xué)生利用轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)儀測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并通過(guò)此項(xiàng)探索式實(shí)驗(yàn)總結(jié)出轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和物體的總質(zhì)量，以及質(zhì)量分布之間的規(guī)律.

然后教師介紹角動(dòng)量概念及角動(dòng)量守恒定律，并利用實(shí)驗(yàn)儀器演示角動(dòng)量守恒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如旋轉(zhuǎn)直升飛機(jī)，角動(dòng)量守恒演示儀.通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，給出角動(dòng)量的計(jì)算公式，并總結(jié)出角動(dòng)量守恒的條件.

最后讓學(xué)生親自體驗(yàn)茹科夫斯基凳.讓學(xué)生甲坐在輪椅上，手握啞鈴伸開(kāi)手臂，再讓學(xué)生乙轉(zhuǎn)動(dòng)輪椅，使其獲得一定的角速度，學(xué)生甲收攏手臂和伸開(kāi)手臂，讓全班同學(xué)觀察其角速度的變化.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，伸開(kāi)手臂角速度變小，收攏手臂角速度變大.接著學(xué)生利用角動(dòng)量守恒定律討論出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因.

通過(guò)這樣一個(gè)簡(jiǎn)單而有趣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和角動(dòng)量守恒又有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí).加深了學(xué)生對(duì)物理概念和定律的理解，更重要的是使得學(xué)生情緒高漲，課堂氣氛非常活躍，感覺(jué)物理其實(shí)就在我們身邊，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣和積極性.

4 結(jié)語(yǔ)

孔子曰:“知之者不如好之者，好之者不如樂(lè)之者”［4］.現(xiàn)代教育教學(xué)觀認(rèn)為，教育是個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，促進(jìn)學(xué)生持續(xù)健康發(fā)展的根本是提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提高課堂教學(xué)效果的關(guān)鍵.在此，筆者建議從事大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)的教師更多地運(yùn)用實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行教學(xué)，展示實(shí)驗(yàn)魅力，給學(xué)生多一些感性認(rèn)識(shí);多提供探討物理問(wèn)題的情景和機(jī)會(huì)，從而充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動(dòng)性，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力.

［1］左春英，溫 靜，關(guān)曉燕，王樂(lè)新，陳麗梅.大學(xué)物理理論與現(xiàn)象相結(jié)合的教學(xué)最佳模式的探索［J］.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2010，23(4):97-99.

［2］姜 悅.提高大學(xué)物理教學(xué)效果的探討［J］.時(shí)代教育，2009(11):73.

［3］張 敏，何龍慶，張 波.仿真實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的應(yīng)用［J］.南京曉莊學(xué)院學(xué)報(bào)，2009(3):104-108.

［4］包 剛，毛巍威，董慧媛.大學(xué)物理課程中演示實(shí)驗(yàn)的建構(gòu)意義［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，8(4):73-74.