用演示實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮學(xué)生好奇的眼睛
——讀《物理演示實(shí)驗(yàn)教程(第2版)》

朱紅蓮

(清華大學(xué)出版社, 北京 100084)

用演示實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮學(xué)生好奇的眼睛
——讀《物理演示實(shí)驗(yàn)教程(第2版)》

朱紅蓮

(清華大學(xué)出版社, 北京 100084)

物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，絕大部分物理學(xué)是從現(xiàn)象中來(lái)的，現(xiàn)象是物理學(xué)的根源.有些現(xiàn)象，不通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示是很難在學(xué)生頭腦中形成清晰的物理圖像的.清華大學(xué)的大學(xué)物理教學(xué)二三十年來(lái)一直保持著幾乎每堂課都有演示實(shí)驗(yàn)，幾乎每位教師都做演示實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng).本文以清華大學(xué)演示實(shí)驗(yàn)室編寫的《物理演示實(shí)驗(yàn)教程(第2版)》為主線，探討演示實(shí)驗(yàn)如何在大學(xué)物理教學(xué)中發(fā)揮作用，給學(xué)生展示物理現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生的求知欲，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情，點(diǎn)亮學(xué)生的眼睛.

大學(xué)物理；演示實(shí)驗(yàn)；課堂演示；大廳演示

物理學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，物理學(xué)最重要的部分是與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的，物理學(xué)中絕大部分內(nèi)容是從現(xiàn)象中來(lái)的，現(xiàn)象是物理學(xué)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(jìn)而形成了物理學(xué)系統(tǒng)的科學(xué)理論，達(dá)到了人類目前對(duì)大自然的深刻認(rèn)知和理解.所以，觀察現(xiàn)象是科學(xué)研究至關(guān)重要的第一步，通過(guò)觀察現(xiàn)象來(lái)學(xué)習(xí)物理也是一條有效的學(xué)習(xí)途徑.

有些現(xiàn)象，不通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示是很難在學(xué)生頭腦中形成清晰的物理圖像的.演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芷鸬郊ぐl(fā)興趣、促進(jìn)思考的作用，而饒有興趣和勤于思考是學(xué)好物理的先決條件.物理演示實(shí)驗(yàn)走進(jìn)課堂，可以在最恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候，給學(xué)生展示物理現(xiàn)象，引發(fā)學(xué)生的求知欲，點(diǎn)亮學(xué)生的眼睛，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

在物理教學(xué)的課堂上，把涉及到的物理知識(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)演示給學(xué)生看，對(duì)提高學(xué)習(xí)興趣，加深對(duì)所講授內(nèi)容的理解，啟迪學(xué)生的思維，活躍課堂氣氛起到十分重要的作用.課堂演示實(shí)驗(yàn)對(duì)基礎(chǔ)物理教學(xué)有特別重要的意義.演示實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生探索未知的創(chuàng)新精神和解決問(wèn)題的實(shí)踐能力的有效教學(xué)環(huán)節(jié)，這已成為物理教育界的共識(shí).

1 清華大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室

清華大學(xué)基礎(chǔ)物理課程分幾個(gè)不同層次.有面向物理類專業(yè)學(xué)生的普通物理課程，有面向廣大工科學(xué)生的大學(xué)物理課程，也有面向文科類學(xué)生的物理學(xué)導(dǎo)論或概論課程.盡管這些課程的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)時(shí)有很大差別，但都有一個(gè)共同特征，就是大量使用課堂演示實(shí)驗(yàn).課堂演示實(shí)驗(yàn)是幾乎所有基礎(chǔ)物理課堂內(nèi)容的一部分，每次上課把若干個(gè)演示實(shí)驗(yàn)推進(jìn)課堂，它是清華大學(xué)基礎(chǔ)物理教師常態(tài)化的程式.清華大學(xué)的大學(xué)物理教學(xué)多年來(lái)一直保持著幾乎每堂課都有演示實(shí)驗(yàn)，幾乎每位教師都做演示實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng).

清華大學(xué)物理教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜃龅饺绱似占?，與演示實(shí)驗(yàn)室的場(chǎng)地設(shè)計(jì)有很大的關(guān)系.物理演示實(shí)驗(yàn)室地處第三教學(xué)樓二段的中心，使用面積約200多平方米，兩側(cè)1樓和3樓總共有4個(gè)大的階梯教室，基本上大學(xué)物理的大課都是在這4個(gè)教室進(jìn)行.每位上課的老師提前把上課需要的演示實(shí)驗(yàn)名單交給演示實(shí)驗(yàn)室的老師，演示實(shí)驗(yàn)室的老師會(huì)把布置好的實(shí)驗(yàn)車放到教室講臺(tái)旁的門口，或者直接把布置好的演示實(shí)驗(yàn)推到教室的講臺(tái)上.

課堂演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是緊密配合教學(xué)，原理清晰，形象直觀，易于操作，安全方便.若某實(shí)驗(yàn)是一般日常生活不能遇見(jiàn)到的現(xiàn)象，則往往收到轟動(dòng)性的效果，一個(gè)精彩的演示實(shí)驗(yàn)往往會(huì)給學(xué)生留下深刻的印象，如：逆風(fēng)行舟、錐體上滾、高壓帶電操作、超導(dǎo)磁懸浮列車等就是如此.

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

2 物理演示實(shí)驗(yàn)展示廳

人的雙手是大腦聰明的媒介和橋梁，動(dòng)手能力是一個(gè)人最基本的學(xué)習(xí)能力.所以演示實(shí)驗(yàn)不光要看，學(xué)生們還可以自己動(dòng)手去做.演示實(shí)驗(yàn)不僅進(jìn)入課堂，清華大學(xué)還為學(xué)生開(kāi)設(shè)了演示實(shí)驗(yàn)展示廳，方便學(xué)生自己動(dòng)手，從實(shí)驗(yàn)中獲得樂(lè)趣，用動(dòng)手啟迪思維，激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)造力.在一次次親自動(dòng)手操作中，學(xué)生會(huì)為神奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象而著迷，為那些科學(xué)原理而驚嘆.

清華大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)展示廳是物理演示實(shí)驗(yàn)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(xué)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(shí)驗(yàn)，使我校青年學(xué)生通過(guò)來(lái)此中心參觀學(xué)習(xí)，了解物理世界的奧秘，了解高科技與物理世界的關(guān)系，達(dá)到開(kāi)闊眼界，增長(zhǎng)知識(shí)，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(shí)驗(yàn)具有下列特點(diǎn)： ①實(shí)驗(yàn)裝置宏偉，實(shí)驗(yàn)演示效果良好；②實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象新奇，出乎意料之外；③聯(lián)系高科技成果，顯示當(dāng)代成就；④具有大學(xué)物理知識(shí)的大學(xué)生不能一看就明白，需要結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究.至今已經(jīng)排出的實(shí)驗(yàn)有96個(gè)，其中具有特點(diǎn)①的典型實(shí)驗(yàn)有：磁混沌擺，大型全息圖(洋女人與狗)，高壓帶電操作等實(shí)驗(yàn)；具有特點(diǎn)②的典型實(shí)驗(yàn)有：逆風(fēng)行舟，超導(dǎo)磁懸浮列車，常溫磁懸浮，大型立體照片(照相機(jī))，記憶合金組合等實(shí)驗(yàn)；具有特點(diǎn)③的典型實(shí)驗(yàn)有：超聲馬達(dá)，激光，超聲CT，激光陀螺等實(shí)驗(yàn)；具有特點(diǎn)④的典型實(shí)驗(yàn)有：‘同性’磁極相吸，白光再現(xiàn)全息，魔石等實(shí)驗(yàn).

3 物理演示實(shí)驗(yàn)室的工作

在創(chuàng)建世界一流大學(xué)思想的指導(dǎo)下，清華大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員和實(shí)習(xí)指導(dǎo)人員為主力，著重培養(yǎng)學(xué)生的興趣和動(dòng)手能力”的理念，以演示實(shí)驗(yàn)室、展示廳建設(shè)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(shí)驗(yàn)200個(gè)，視頻文件幾百個(gè).成為國(guó)內(nèi)演示實(shí)驗(yàn)建設(shè)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(huì)各界的注意，實(shí)際上它已成為清華大學(xué)的一個(gè)窗口實(shí)驗(yàn)室.

清華大學(xué)物理演示室以前也曾經(jīng)出版過(guò)VCD視頻光盤和《物理演示實(shí)驗(yàn)教程》的第1版，各學(xué)校老師爭(zhēng)相搶購(gòu).這套由路峻嶺教授和秦聯(lián)華高級(jí)實(shí)驗(yàn)師等老師編撰的《物理演示實(shí)驗(yàn)教程(第2版)》和《物理演示實(shí)驗(yàn)手冊(cè)》，就是對(duì)這些工作和經(jīng)驗(yàn)的最新整理和總結(jié).這兩本書(shū)匯集了當(dāng)前清華大學(xué)課堂演示實(shí)驗(yàn)的全部?jī)?nèi)容，是清華大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的反映.這套書(shū)對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理、裝置、操作步驟和注意事項(xiàng)，都給出了較詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于從事基礎(chǔ)物理教學(xué)的教師、技術(shù)人員和正在學(xué)習(xí)物理課的學(xué)生來(lái)說(shuō)，都有很好的參考價(jià)值.

《物理演示實(shí)驗(yàn)教程》(第2版)是在第1版的基礎(chǔ)上，總結(jié)了清華大學(xué)近10年來(lái)“大學(xué)物理課”的物理演示教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)而改編的，內(nèi)容包括課堂演示實(shí)驗(yàn)部分和展廳演示實(shí)驗(yàn)部分兩篇.其中課堂演示實(shí)驗(yàn)部分是它的主要部分，按實(shí)際教學(xué)的順序編排，在第1版的基礎(chǔ)上淘汰了一些舊實(shí)驗(yàn)，增加了一些新實(shí)驗(yàn)，包括力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)與波、光學(xué)與近代物理共計(jì)258個(gè)實(shí)驗(yàn).撤銷了走廊演示實(shí)驗(yàn)部分，把其中一些實(shí)驗(yàn)分別并入課堂演示實(shí)驗(yàn)和展廳演示實(shí)驗(yàn)部分，一些劃歸其他實(shí)驗(yàn)室.展廳演示實(shí)驗(yàn)是演示實(shí)驗(yàn)的提高部分，經(jīng)過(guò)幾年的建設(shè)現(xiàn)在共包括115個(gè)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)裝置多為清華大學(xué)物理教師自己研制的.對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)都分別按實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)和思考題幾部分進(jìn)行介紹.

這套書(shū)具有如下特色.①原理解析得清楚明白.書(shū)中不僅清楚地描述了演示內(nèi)容以及演示步驟，還不遺余力地介紹了實(shí)驗(yàn)原理，并配有照片和原理圖.學(xué)生自己動(dòng)手做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，或者看過(guò)的實(shí)驗(yàn)，特別是結(jié)果跟自己的猜想不一樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，他們會(huì)更想知道實(shí)驗(yàn)原理，想了解為什么，對(duì)原理的詳細(xì)介紹可以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)要求; ②教程圖文結(jié)合，有材料，有內(nèi)容，有視頻，有趣味，有參考價(jià)值.對(duì)于教師，這是類似手冊(cè)一樣的書(shū)，可以很快地了解演示內(nèi)容，幫助認(rèn)識(shí)演示的意義以及其中的原理.對(duì)于學(xué)生，這是一本學(xué)習(xí)參考書(shū)，可以仿照設(shè)計(jì)課外實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)習(xí)，也可以通過(guò)了解演示實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)習(xí)物理知識(shí)，學(xué)習(xí)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的方法.對(duì)于實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員這是一本技術(shù)指導(dǎo)書(shū)，可以照此設(shè)計(jì)和制作演示實(shí)驗(yàn)，也可以在此基礎(chǔ)上改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)，發(fā)展新的演示實(shí)驗(yàn).③實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象新奇，出乎意料之外；書(shū)中展現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)，有些演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較自然，看起來(lái)合情合理，有些則會(huì)展現(xiàn)出與多數(shù)人的直覺(jué)不相符合的情形.有些演示實(shí)驗(yàn)原理則并不簡(jiǎn)單，即使學(xué)生比較籠統(tǒng)地了解了大致的原理，其中一些細(xì)節(jié)也不都是能非常清楚地得到解釋，例如翻身陀螺實(shí)驗(yàn)，魔石實(shí)驗(yàn)，昆特管實(shí)驗(yàn)(駐波的精細(xì)結(jié)構(gòu)分析)，銅鏡實(shí)驗(yàn)，水中落沙實(shí)驗(yàn)，小孔泄漏實(shí)驗(yàn)等.但這恰恰提供了教學(xué)研究的題材，老師或?qū)W生可以進(jìn)一步進(jìn)行研究和探索，學(xué)生也可以借此做課程論文，做研究訓(xùn)練.

[1] 清華大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)(VCD).北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2] 路峻嶺.物理演示實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[3] 路峻嶺.物理演示實(shí)驗(yàn)教程[M].2版.北京：清華大學(xué)出版社，2015.

[4] 路峻嶺，秦聯(lián)華.物理演示實(shí)驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2015.

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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(shū)編輯，主要從事物理類教材、專著和科普?qǐng)D書(shū)的出版和研究工作.1394521451@qq.com

朱紅蓮. 用演示實(shí)驗(yàn)點(diǎn)亮學(xué)生好奇的眼睛[J]. 物理與工程，2016，26(5)：43-45.