大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)對(duì)大學(xué)物理教學(xué)的輔助作用

郭曉嬌

摘 ? ?要： 大學(xué)物理課程是工科高校的基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容，大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分。本文闡述了高校大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀，通過分析作者所在高校演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)情況，探索演示實(shí)驗(yàn)的新教學(xué)模式，充分發(fā)揮其對(duì)大學(xué)物理教學(xué)的輔助作用，優(yōu)化大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞： 物理演示實(shí)驗(yàn) ? ?大學(xué)物理教學(xué) ? ?輔助作用

引言

物理學(xué)是自然學(xué)科的帶頭學(xué)科，是當(dāng)代技術(shù)發(fā)展的最重要基礎(chǔ)，其發(fā)展過程中形成的基本概念、基本理論、基本方法、基本實(shí)驗(yàn)手段都已經(jīng)成為其他自然科學(xué)重要概念的基礎(chǔ)和研究的手段[1]。

1.大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)高等院校都已開設(shè)大學(xué)物理課程作為工科各專業(yè)重要的必修基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容。大學(xué)物理是學(xué)習(xí)各自然學(xué)科的基石，涵蓋了力、熱、光、電等多學(xué)科的核心內(nèi)容。其教學(xué)內(nèi)容量大，涉及學(xué)科領(lǐng)域較廣，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)任務(wù)繁重。按照工科大學(xué)物理教學(xué)基本要求，大學(xué)物理的講授學(xué)時(shí)為126學(xué)時(shí)，但據(jù)了解，我國(guó)高校往往達(dá)不到這一標(biāo)準(zhǔn)。筆者學(xué)校為工科類高等院校，大學(xué)物理的講授學(xué)時(shí)為96學(xué)時(shí)，相較要求的標(biāo)準(zhǔn)少了30學(xué)時(shí)，共約占要求標(biāo)準(zhǔn)的72.6%。即便目前的學(xué)時(shí)量已經(jīng)很少，但仍面臨被縮減的命運(yùn)。如何利用有限的課時(shí)講授好大學(xué)物理課程，保證教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)的效果已經(jīng)成為擺在我們面前的一個(gè)嚴(yán)峻問題。

目前，大學(xué)物理的教學(xué)內(nèi)容以經(jīng)典理論、經(jīng)典的定理、定律為主。近代物理和前沿科技內(nèi)容較少，學(xué)生對(duì)近代物理部分內(nèi)容掌握得不好。例如量子力學(xué)抽象的概念、相對(duì)論內(nèi)容等，學(xué)生以往沒有接觸過這類內(nèi)容，勢(shì)必會(huì)不容易理解，如果能用簡(jiǎn)單直觀的方式對(duì)近代物理抽象的定理定義進(jìn)行合理解釋，則定能收取得事半功倍的效果。目前國(guó)內(nèi)外都已針對(duì)大學(xué)物理課程開設(shè)了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)，該類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，演示現(xiàn)象明顯，演示原理、概念易于被學(xué)生感知、理解，因而能達(dá)到既縮短課時(shí)，又優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果的目的。

2.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核情況調(diào)查

筆者對(duì)自己所在高校進(jìn)行了1個(gè)學(xué)期的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)跟蹤調(diào)查，本校大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)以集中授課形式開展，每班每學(xué)期有2個(gè)學(xué)時(shí)課程，以學(xué)生觀看教師演示為主。演示實(shí)驗(yàn)采用的考核方式為：學(xué)生在課后撰寫一篇自己感興趣的實(shí)驗(yàn)題目的小論文。筆者通過學(xué)生撰寫論文的情況研究分析演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中所起到的積極輔助作用。

對(duì)本學(xué)期一個(gè)組態(tài)包括4個(gè)自然班共173名學(xué)生的演示實(shí)驗(yàn)課程小論文書寫情況進(jìn)行研究統(tǒng)計(jì)分析，通過統(tǒng)計(jì)撰寫各論文題目的數(shù)目了解學(xué)生所感興趣的內(nèi)容和領(lǐng)域。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下圖表1：

圖表1 ? ?演示實(shí)驗(yàn)各論文題目寫作人數(shù)

如圖表1所示，排名第一位為3D電影，共48人，占總?cè)藬?shù)的27%;第二位為錐體上滾，共37人，占21%;第三位為黑洞、時(shí)空彎曲，共26人，占總?cè)藬?shù)的15%;剩下的依次排序?yàn)轸~洗、普氏擺等。通過對(duì)上述演示實(shí)驗(yàn)論文題目的統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)前沿科技、高新科技，更貼近現(xiàn)實(shí)生活的產(chǎn)業(yè)科技比較感興趣，例如3D電影，黑洞，時(shí)空彎曲等。對(duì)物理學(xué)科和多學(xué)科交叉領(lǐng)域具有濃厚興趣。

筆者還對(duì)學(xué)生撰寫論文內(nèi)容進(jìn)行了研究分析。分析顯示，學(xué)生在撰寫演示實(shí)驗(yàn)論文時(shí)，會(huì)自覺查閱相關(guān)的中英文前沿科研文獻(xiàn)，掌握論文的書寫格式，提高自我科學(xué)認(rèn)知能力，提升自我科研能力和科研水平。例如，學(xué)生撰寫3D影像技術(shù)論文時(shí)，針對(duì)3D技術(shù)這一物理前沿名詞進(jìn)行深入挖掘，給出3D技術(shù)的起源、發(fā)展史及發(fā)展歷程，討論裸眼3D這個(gè)新科技概念，提出實(shí)現(xiàn)3D技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)缺點(diǎn)，討論該技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際應(yīng)用，即3D電影的商機(jī)，同時(shí)指出這一新科技存在的弊端：如容易引起疲勞、眼睛緊張、頭痛等，提出呼吁在追求科技創(chuàng)新和商業(yè)利益最大化的今天，應(yīng)更關(guān)注生命本身的科學(xué)價(jià)值觀。在論文中，學(xué)生顯露自己心聲，渴望走進(jìn)真正的物理，渴望大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容不再是一個(gè)個(gè)物理名詞、物理抽象符號(hào)、一系列數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，渴望看到物理學(xué)的理論知識(shí)更多地應(yīng)用于實(shí)踐中。

總之，大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)具有把復(fù)雜的物理理論用簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)詮釋出來的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軐W(xué)生以往的記憶性知識(shí)和生活所感所見相結(jié)合，從而有效縮短學(xué)生理解抽象理論的時(shí)間，達(dá)到縮短課時(shí)、提高教學(xué)質(zhì)量的目的，更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，給學(xué)生更多學(xué)習(xí)的動(dòng)力。我們要不斷完善大學(xué)物理演示教學(xué)，使之與理論課程相配合，不斷探索演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式，充分發(fā)揮其輔助作用。

3.演示實(shí)驗(yàn)新教學(xué)模式的探索創(chuàng)新

（1）講授理論課程中，加入與其相關(guān)的演示性實(shí)驗(yàn)。例如講授導(dǎo)體靜電屏蔽的尖端放電內(nèi)容時(shí)，可以把尖端放電組合儀器拿到課堂上進(jìn)行演示，讓學(xué)生通過感官實(shí)際理解尖端放電效應(yīng)，了解尖端放電效應(yīng)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用（避雷針、靜電除塵等）。找出學(xué)生感興趣的點(diǎn)，更好地激發(fā)其好奇心與求知欲。

（2）將演示實(shí)驗(yàn)課程制作成慕課微小視頻，在課堂上播放，或者上傳到教務(wù)處網(wǎng)站上，或者分享到與學(xué)生共建的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，還可將與演示實(shí)驗(yàn)相關(guān)的文獻(xiàn)、視頻上傳，以方便學(xué)生查閱和下載，從而能夠讓學(xué)生在較短時(shí)間內(nèi)更深入地理解抽象的物理科學(xué)理論。

（3）開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)，營(yíng)造自由開放的研究氛圍，建立容忍失敗的創(chuàng)新文化。將演示實(shí)驗(yàn)室定時(shí)開放，讓有興趣的學(xué)生有充分的時(shí)間觀察研究在實(shí)驗(yàn)課上沒有操作過的實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生營(yíng)造自由的創(chuàng)新研究環(huán)境。

（4）加強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)空間的建設(shè)，使網(wǎng)絡(luò)空間成為學(xué)生獲取知識(shí)的有效途徑，現(xiàn)代大學(xué)生本身對(duì)電子產(chǎn)品和互聯(lián)網(wǎng)利用率較高，對(duì)其有濃厚興趣，可以利用學(xué)生的這一特征建設(shè)演示實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)空間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)室，可在校園網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)預(yù)約[2]。還可利用手機(jī)下載客戶端預(yù)約軟件APP，或建立演示實(shí)驗(yàn)微信公眾號(hào)完成演示實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約，以達(dá)到節(jié)約時(shí)間、提高效率、節(jié)省人員開資的目的。

（5）提倡多元演示實(shí)驗(yàn)考核辦法。演示實(shí)驗(yàn)的課后考核多以書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告、論文形式為主。書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告有利于學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)過程撰寫小論文，能夠提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題積極查閱文獻(xiàn)，掌握撰寫論文格式等能力。然而，我們不提倡采用單一的考核方式，而是采用書寫和操作相結(jié)合的多元實(shí)驗(yàn)考核方式，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。

結(jié)語

物理學(xué)本身就是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，所有自然學(xué)科都離不開實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)理論的基礎(chǔ)和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，是修正理論錯(cuò)誤的依據(jù)，是發(fā)現(xiàn)新理論的起點(diǎn)[3]。因此，我們要把演示實(shí)驗(yàn)課程與大學(xué)物理理論課程有機(jī)結(jié)合起來，充分發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)對(duì)物理課程的補(bǔ)充和輔助作用，秉承理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)并重的教學(xué)理念，在授課中融入演示實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，引入開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)建演示實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，提倡多元實(shí)驗(yàn)考核辦法[4]。演示實(shí)驗(yàn)具有現(xiàn)象直觀、操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，相信充分利用好演示實(shí)驗(yàn)一定能優(yōu)化大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，拓寬學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)，創(chuàng)新思維，以及對(duì)新時(shí)代科技前沿的敏銳觸角。

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