大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討與實(shí)踐

陳 輝 張志強(qiáng) 李慶福 / 北京服裝學(xué)院

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討與實(shí)踐

陳 輝 張志強(qiáng) 李慶福 / 北京服裝學(xué)院

本文結(jié)合實(shí)際教學(xué)工作探討了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)在教學(xué)實(shí)踐中的方式。

大學(xué)物理；演示實(shí)驗(yàn)；教學(xué)實(shí)踐

一、演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中的作用

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，在物理學(xué)中，每個(gè)概念的建立、每個(gè)定律的發(fā)現(xiàn)都有其堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。因此教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)對(duì)促進(jìn)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(shí)驗(yàn)?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(bǔ)理論教學(xué)上的不足[1]，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象來(lái)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(shí)驗(yàn)的作用主要有以下幾點(diǎn)：

1.增強(qiáng)知識(shí)學(xué)習(xí)的效果。

演示實(shí)驗(yàn)可以使抽象、復(fù)雜、深?yuàn)W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(shí)，加深對(duì)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(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生在學(xué)習(xí)、分析和研究問(wèn)題時(shí)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和刻苦頑強(qiáng)的工作作風(fēng)。同時(shí)使學(xué)生能學(xué)到研究物理的各種實(shí)驗(yàn)方法，為以后打下良好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

3.演示實(shí)驗(yàn)?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(shí)驗(yàn)所面臨的實(shí)際問(wèn)題

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

多年來(lái)我國(guó)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(dòng)，積極性和學(xué)習(xí)熱情不高。這使得實(shí)驗(yàn)性極強(qiáng)，且對(duì)提高學(xué)生分析、解決實(shí)際問(wèn)題有極大幫助的大學(xué)物理課程，變成了實(shí)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(jī)，忽視了其他能力比如動(dòng)手能力、實(shí)踐能力，尤其是科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)儀器配置脫離教學(xué)實(shí)踐

演示實(shí)驗(yàn)的根本作用是輔助大學(xué)物理的理論教學(xué)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)儀器必須緊扣物理教材，實(shí)驗(yàn)必須有利用學(xué)生對(duì)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(lái)，各高校相應(yīng)地采購(gòu)了一些物理儀器，充實(shí)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(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)相脫節(jié)。

3.教學(xué)過(guò)程中學(xué)生參與程度不夠

教師在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和安排上要求學(xué)生對(duì)物理原理、方法和過(guò)程的認(rèn)識(shí)，很少專門(mén)給學(xué)生安排討論實(shí)踐和操作的過(guò)程。演示實(shí)驗(yàn)有些是趣味性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，如果能讓學(xué)生充分地參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程，使學(xué)生在獲得樂(lè)趣的同時(shí)還可以對(duì)理論知識(shí)掌握得更牢，使學(xué)生的積極性也會(huì)更高。

我校情況和大多數(shù)院校一樣，課堂演示實(shí)驗(yàn)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(shí)際生活、工作無(wú)聯(lián)系，造成學(xué)生對(duì)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(shí)驗(yàn)相結(jié)合來(lái)進(jìn)行教學(xué)，取得了較好的教學(xué)效果。

三 、大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)實(shí)踐方式

為了更好地完成教學(xué)過(guò)程，達(dá)到比較好的教學(xué)效果，我們?cè)诮虒W(xué)設(shè)計(jì)上做了很大的努力。根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)的特性，以及考慮到我們學(xué)校的實(shí)際情況，我們的教學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體來(lái)實(shí)現(xiàn)。

[21] 費(fèi)瑯輯注 耿升等譯，《阿拉伯波斯突厥人東方文獻(xiàn)輯注》[M]，北京：中華書(shū)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(shí)驗(yàn)按力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、振動(dòng)與波動(dòng)、光學(xué)五個(gè)教學(xué)模塊等知識(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容來(lái)選擇合適的演示實(shí)驗(yàn)。例如在力學(xué)中引入茹可夫斯基轉(zhuǎn)椅演示角動(dòng)量守恒、剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)、力矩突變角動(dòng)量守恒演示等實(shí)驗(yàn)；電磁學(xué)中的電場(chǎng)線和等勢(shì)面、電介質(zhì)的極化、通電線圈的磁現(xiàn)象等概念，可設(shè)計(jì)一些電磁演示實(shí)驗(yàn)來(lái)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(guò)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生更深刻的分析和理解各種干涉花樣的特點(diǎn)及干涉產(chǎn)生條件等。對(duì)一些學(xué)生難以理解的知識(shí)點(diǎn)，配合演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行講解，可將抽象的問(wèn)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(guò)對(duì)這些現(xiàn)象的合理解釋，學(xué)生會(huì)突破原有的思維定勢(shì)，從而靈活掌握所學(xué)知識(shí)。

2.教學(xué)模式。

為了使大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室演示、仿真實(shí)驗(yàn)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(jìn)教室，講到某內(nèi)容時(shí)可由教師或者學(xué)生演示與之相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生對(duì)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(dòng)起來(lái)不是很方便，這限制了課堂演示的實(shí)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(dòng)態(tài)地演示復(fù)雜的物理過(guò)程，一些與物理相關(guān)的多媒體資料也可用于物理實(shí)驗(yàn)演示?？梢园盐锢硌菔緦?shí)驗(yàn)的過(guò)程通過(guò)錄像錄下來(lái)，帶到教室演示，也可以將其他我校沒(méi)有的演示實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行播放， 實(shí)現(xiàn)資源共享。

（3） 大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室演示

對(duì)于體積較大、不易搬動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)，我們安排2-4學(xué)時(shí)讓學(xué)生進(jìn)入大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示。在演示實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，學(xué)生通過(guò)集中觀察演示儀器并親自操作加深其對(duì)物理所學(xué)內(nèi)容的掌握，促進(jìn)物理學(xué)的教學(xué)。同時(shí)在演示實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，也可以使學(xué)生親身體驗(yàn)和觀察那些因課內(nèi)時(shí)間不足而沒(méi)有做的演示實(shí)驗(yàn)[3]。有許多優(yōu)秀的演示實(shí)驗(yàn)所用的儀器和設(shè)備很簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉卻由于設(shè)計(jì)思想的巧妙而取得很好的教學(xué)效果，能給學(xué)生一個(gè)真實(shí)和直觀的感覺(jué)，如“龍卷風(fēng)演示、自動(dòng)窗簾、完全彈性碰撞”等。學(xué)生以班為單位去實(shí)驗(yàn)室參加演示實(shí)驗(yàn)，教師演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在實(shí)驗(yàn)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(dòng)手能力。

（4）仿真演示實(shí)驗(yàn)室演示

仿真實(shí)驗(yàn)可逼真的模擬出學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作的整個(gè)過(guò)程，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題、結(jié)論的預(yù)設(shè)，可以實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的容錯(cuò)、糾錯(cuò)的預(yù)設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)更靈活的操作。我校物理實(shí)驗(yàn)室的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括近60個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從誤差分析到力、熱、光、電學(xué)的常見(jiàn)基本實(shí)驗(yàn)，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(gè)近現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)，涵蓋了物理學(xué)的各個(gè)層面。每項(xiàng)具體實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容也非常豐富，實(shí)驗(yàn)前學(xué)生可選擇查看圖文并茂的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)，學(xué)生可以對(duì)照著儀器邊看邊學(xué)。預(yù)習(xí)完畢還有一些與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的練習(xí)題供學(xué)生自測(cè)能力。開(kāi)始實(shí)驗(yàn)時(shí)還配有語(yǔ)音指導(dǎo)和提示，可以利用鼠標(biāo)按鍵對(duì)仿真儀器線路進(jìn)行各種調(diào)節(jié)，需要仔細(xì)觀察的儀器部分還可以打開(kāi)子窗口進(jìn)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(cè)量，結(jié)果填入已有的電子表格內(nèi)，高階實(shí)驗(yàn)甚至可以自動(dòng)讀數(shù)并進(jìn)行記錄處理、生成圖線。與實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)相比，仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)背景及原理的闡述更全面生動(dòng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟的介紹，更能讓學(xué)生容易熟悉，操作過(guò)程更為順利，學(xué)生可以利用課余時(shí)間采用預(yù)約的方式在物理實(shí)驗(yàn)室來(lái)完成該實(shí)驗(yàn)。

3.教學(xué)過(guò)程

教師在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)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(shí)整理把握充分之外，還應(yīng)該把演示的實(shí)驗(yàn)仔細(xì)操作幾遍，盡量預(yù)先面對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。為了使教學(xué)過(guò)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

演示實(shí)驗(yàn)要想達(dá)到預(yù)期的目的效果，精心選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目十分重要。在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有精心選擇一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為重點(diǎn)演示講解的，還有一些是一般講解的。教師一定要時(shí)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(shí)間內(nèi)范范介紹，弄得學(xué)生眼花繚亂，抓不住重點(diǎn)[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(shí)。

興趣是最好的老師，在演示實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生成為主體，充分利用學(xué)生對(duì)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(qiáng)學(xué)生動(dòng)手能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)都是教師操作、學(xué)生觀察，教師是主體，學(xué)生是被動(dòng)的，不利于學(xué)生思維的發(fā)展。教師可以在做演示實(shí)驗(yàn)前先讓學(xué)生各自預(yù)測(cè)一下演示的結(jié)果，在教師介紹完實(shí)驗(yàn)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(jiàn)的單擺周期演示實(shí)驗(yàn)，在教師介紹完實(shí)驗(yàn)裝置后，首先讓學(xué)生分析預(yù)測(cè)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(xiě)下自己的預(yù)測(cè)及理由，接著做演示實(shí)驗(yàn)，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(cè)與實(shí)驗(yàn)觀察是否符合，有多大差距，并就此讓學(xué)生之間進(jìn)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(jìn)行引導(dǎo)、講解，得出有關(guān)結(jié)論。讓學(xué)生來(lái)做演示實(shí)驗(yàn)，使他們有了表演和參與的機(jī)會(huì)，也有了發(fā)揮自己潛能的舞臺(tái)，學(xué)生的積極性被調(diào)動(dòng)起來(lái)，教學(xué)的目的自然就達(dá)到了，而且事半功倍。

四、結(jié)束語(yǔ)

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

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

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項(xiàng)目編號(hào)：NHFZ2016060/004/009。