大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究與實(shí)踐

廖文虎

摘 要：大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是一門趣味性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中占有非常重要的地位。本文在傳統(tǒng)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀及其存在的主要問題基礎(chǔ)上，著重介紹我校針對(duì)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式所做的研究與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué) 演示實(shí)驗(yàn) 教學(xué)模式

物理實(shí)驗(yàn)通常分為力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)、近代物理實(shí)驗(yàn)、中學(xué)物理教學(xué)技能實(shí)驗(yàn)、大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)等，不同的高校各有所側(cè)重。大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是展現(xiàn)物理規(guī)律的有效手段，具有主題突出、效果直觀、形象生動(dòng)、富有啟發(fā)性和趣味性等諸多優(yōu)點(diǎn)，近10多年來受到越來越多的重視。通過演示實(shí)驗(yàn)可以把很多有趣的物理現(xiàn)象清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)豐富多彩的物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察和探究，從而提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的探索熱情，培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新意識(shí)，加深學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解與掌握。[1]

一、傳統(tǒng)的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)及其存在的問題

傳統(tǒng)的教學(xué)模式單一，學(xué)生的參與度不高，往往處在被動(dòng)接受的狀態(tài)。就我們的了解，多年來由于客觀條件的限制或者思想觀念的偏差，絕大多數(shù)高校的大學(xué)物理甚至物理學(xué)專業(yè)并未將演示實(shí)驗(yàn)放在重要的位置，人力、物力和財(cái)力投入不夠。由于受到時(shí)間、空間、環(huán)境、大型演示儀器搬運(yùn)與安裝不便等諸多客觀條件的限制，造成學(xué)生接觸到的演示實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)少、內(nèi)容不豐富、效果不明顯，不利于拓展教學(xué)內(nèi)容、擴(kuò)大知識(shí)面、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，難以使學(xué)生充分感受到物理學(xué)的魅力所在。[2]

二、大學(xué)物理演示教學(xué)模式研究與實(shí)踐

1.建立大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室

我校2005年、2008年和2016年先后利用中央財(cái)政支持地方高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)專項(xiàng)資金，投入200多萬(wàn)元建設(shè)了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室總面積近300平方米，可為學(xué)生提供力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理和趣味性拓展等方面的實(shí)驗(yàn)。[3]

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容的設(shè)計(jì)全面清晰地反應(yīng)大學(xué)物理的知識(shí)體系，兼顧物理基礎(chǔ)與科技前沿，融合傳統(tǒng)與現(xiàn)代科技，注重實(shí)驗(yàn)的直觀性、知識(shí)性、趣味性和科普性。適應(yīng)我校物理學(xué)、電子信息科學(xué)與技術(shù)、電子信息工程、通信工程、化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、食品科學(xué)與工程、生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、數(shù)學(xué)、信息與計(jì)算科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)等13個(gè)專業(yè)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的不同要求，為學(xué)生搭建一個(gè)學(xué)習(xí)和探究物理世界的平臺(tái)。目前能開設(shè)向心力、彈性碰撞、圓錐爬坡、科里奧利力、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)、角動(dòng)量守恒、進(jìn)動(dòng)演示、飛機(jī)升力、伯努利懸浮球、音叉、昆特管、水波干涉、聲波波形演示、超聲霧化、伽爾頓板、夫蘭克-赫茲演示、高壓電源、靜電擺球、靜電除塵、靜電跳球、低氣壓下輝光放電、庫(kù)侖扭秤、尖端放電、避雷針、靜電屏蔽、電介質(zhì)極化、窺視無窮、人造火焰、海市蜃景、光學(xué)幻影、激光光纖干涉、光學(xué)儀器分辨率、反/透射白光全息、自然光偏振光模型、看得見的激光、夢(mèng)幻時(shí)鐘、夢(mèng)幻球、法拉第磁旋光、光纖和互感通訊、3D立體影像等100多個(gè)具有強(qiáng)烈趣味性和探索性的實(shí)驗(yàn)。學(xué)校工科大樓正在建設(shè)，其中大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃用房超過500平方米，建成后演示實(shí)驗(yàn)室的軟硬件條件將會(huì)進(jìn)一步改善，學(xué)院將會(huì)進(jìn)一步提高大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室的開放程度。

2.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式“四結(jié)合”

（1）預(yù)設(shè)問題與演示相結(jié)合

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師帶領(lǐng)學(xué)生參觀演示實(shí)驗(yàn)室，對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作過程及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做簡(jiǎn)單介紹，結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè)教學(xué)實(shí)際選擇部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目展開重點(diǎn)介紹。采用探究式與引導(dǎo)式相結(jié)合的教學(xué)方式，教師操作、講解兩不誤，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目至少預(yù)設(shè)一個(gè)能有效激發(fā)學(xué)生好奇心和求知欲的高質(zhì)量問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索熱情，一步一步地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入細(xì)致的觀察、預(yù)測(cè)、思考和探究。

（2）分組探索與個(gè)別指導(dǎo)相結(jié)合

教師提問、講解與演示結(jié)束后，學(xué)生已經(jīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等有了一定的了解。此時(shí)教師應(yīng)該讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)課堂的主角，根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點(diǎn)和興趣愛好，與學(xué)生一道選擇專業(yè)相關(guān)度高、經(jīng)典又不失時(shí)代感的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目的難度，由學(xué)生自愿組合成3至8人不等的探究小組，展開探索。探索過程中，教師因勢(shì)利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生圍繞“預(yù)設(shè)問題”進(jìn)行觀察和思考。

（3）報(bào)告撰寫與科研訓(xùn)練相結(jié)合

教師向?qū)W生詳細(xì)介紹報(bào)告的撰寫要求，通過報(bào)告的撰寫進(jìn)行一定程度的科研訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。演示實(shí)驗(yàn)報(bào)告第一個(gè)層面的內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、操作過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與處理，第二個(gè)層面的內(nèi)容包括：日常生活與生產(chǎn)實(shí)踐中類似的物理現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)原理的推廣、實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)等，通過該部分內(nèi)容對(duì)學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練和培養(yǎng)，必要的時(shí)候開放實(shí)驗(yàn)室，給學(xué)生提供自由探索和深入研究的機(jī)會(huì)。教學(xué)實(shí)踐表明，部分優(yōu)秀的同學(xué)通過該過程得到了很好的鍛煉，在核心期刊發(fā)表了相關(guān)的學(xué)術(shù)論文，自主設(shè)計(jì)和制作的演示實(shí)驗(yàn)儀器成功申報(bào)了授權(quán)專利。

（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)普及相結(jié)合

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室還在很大程度上承擔(dān)了科學(xué)普及任務(wù)，近年來，先后接納湘西自治州民族中學(xué)和吉首市民族中學(xué)等學(xué)校近5000名中小學(xué)生來實(shí)驗(yàn)室參觀。由于大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室教師配備名額有限，科普活動(dòng)期間，優(yōu)秀的同學(xué)成為學(xué)校向中小學(xué)生倡導(dǎo)科學(xué)方法、傳播科學(xué)思想、弘揚(yáng)科學(xué)精神的生力軍，有效地鍛煉了學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。

結(jié)語(yǔ)

“現(xiàn)象是物理學(xué)的根源，興趣是最好的老師”。多年來的教學(xué)實(shí)踐證明，我校目前實(shí)行的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式有效地解決了傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題。新的教學(xué)模式能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的熱情和興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行深入細(xì)致的觀察與思考，加深學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]劉科，周曉林，潘學(xué)軍.研究型大學(xué)物理演示與探索實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2009，7（2）：144-145.

[2]李業(yè)風(fēng).大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的探索[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2008，6（6）：104-105.

[3]黃晉.物理演示實(shí)驗(yàn)教程[M].北京：科學(xué)出版社，2009：1-2.