研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

劉輝蘭

（德州學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，山東德州253023）

研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討

劉輝蘭

（德州學(xué)院物理與電子信息學(xué)院，山東德州253023）

研究型教學(xué)是對高校教學(xué)的本位回歸.大學(xué)生已經(jīng)具備一定的知識儲備，不應(yīng)該只是接受知識，而應(yīng)該豐富其知識，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題解決問題的綜合能力和創(chuàng)新性思維，所以高校教學(xué)應(yīng)該是研究型的教學(xué)，而不應(yīng)該是灌輸型的.文章分析了研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義和目標(biāo)，并以角動量的綜合演示為例論述了在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何有效地進(jìn)行研究型教學(xué).

演示實(shí)驗(yàn)；教學(xué)

黨的十八大明確提出“教育是民族振興和社會進(jìn)步的基石，要堅(jiān)持教育優(yōu)先發(fā)展”.高校是人才培養(yǎng)的搖籃，承擔(dān)著為建設(shè)人力資源強(qiáng)國，為增強(qiáng)我國國際競爭力和實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而培養(yǎng)高素質(zhì)專門人才和創(chuàng)新型人才的重要使命.為了更好的完成這一使命必須深化教學(xué)改革，實(shí)現(xiàn)高等教育的創(chuàng)新.高等教育的創(chuàng)新關(guān)鍵在教學(xué)方法和教學(xué)模式的創(chuàng)新，而研究型教學(xué)是一種有利于學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最為有效的方法.研究性教學(xué)是對高校教學(xué)的本位回歸.大學(xué)生已經(jīng)具備一定的知識儲備，不應(yīng)該只是接受知識，而應(yīng)該豐富其知識，培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力，所以高校教學(xué)應(yīng)該是研究型的教學(xué)，而不應(yīng)該是灌輸型的.

1 演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中研究型教學(xué)的意義

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ),是檢驗(yàn)物理理論的標(biāo)準(zhǔn)，所以物理教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)教學(xué).而演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)中重要的教學(xué)手段和有效的教學(xué)形式，在大學(xué)物理教學(xué)中具有獨(dú)特的、其他教學(xué)手段無法替代的作用.演示實(shí)驗(yàn)可以明確直觀地表達(dá)物理學(xué)的思想和方法，揭示和展現(xiàn)抽象的物理過程,使學(xué)生透過現(xiàn)象體會理論,從形象理解抽象.而研究型的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)能更好的發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)作用，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新性思維.

1.1 研究型教學(xué)有利于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)是教師的“灌輸式演示教學(xué)”和學(xué)生的“接受式學(xué)習(xí)”，存在諸多弊端.傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的在于演示物理過程，強(qiáng)調(diào)操作演示的流程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察.因此，課堂上學(xué)生只知死記操作流程，按照老師要求木然的觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，缺乏探究的意識以及批判性質(zhì)疑和創(chuàng)新，嚴(yán)重影響并制約了學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng).而研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的研究意識和探究能力，激發(fā)科研興趣，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新性思維.研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)把教師引導(dǎo)和學(xué)生實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和創(chuàng)造性地分析解決問題的能力；注重根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)行因材施教，強(qiáng)調(diào)發(fā)動學(xué)生主動參與教學(xué)過程，積極啟發(fā)學(xué)生主動進(jìn)行思考，引導(dǎo)學(xué)生密切結(jié)合自己掌握的理論知識去積極探索未知世界，既授學(xué)生以“魚”，更授學(xué)生以“漁”.研究型教學(xué)作為一種教學(xué)模式或教學(xué)理念，在“教”和“學(xué)”的全過程都貫穿著研究型的特征.

1.2 研究型教學(xué)有利于學(xué)生的個性發(fā)展和創(chuàng)新精神培養(yǎng)

21世紀(jì)大學(xué)教育人才觀和質(zhì)量觀的核心是培養(yǎng)和造就有創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才.個性發(fā)展是全面發(fā)展的核心，也是創(chuàng)新精神的重要基礎(chǔ).研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)重視大學(xué)生個性、和興趣愛好的發(fā)展.在教學(xué)過程中，教師在尊重學(xué)生不同個性差異的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生的個性特點(diǎn)，結(jié)合專業(yè)知識，進(jìn)行個性化演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的某些特長，塑造其獨(dú)立人格.通過這種因材施教的教育，學(xué)生培養(yǎng)了獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，進(jìn)一步提高了自己的科學(xué)批判精神和對知識的探索發(fā)現(xiàn)能力，并最終形成創(chuàng)新精神.

2 研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目標(biāo)

結(jié)合研究型教學(xué)的特征和演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)在物理教學(xué)中的作用和重要性，本人認(rèn)為研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目標(biāo)為：一是改變傳統(tǒng)的“灌輸式教學(xué)”和學(xué)生的“接受式學(xué)習(xí)”，通過對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)過程的研究培養(yǎng)學(xué)生的研究意識和探究能力，激發(fā)科研興趣.強(qiáng)調(diào)形成積極主動的學(xué)習(xí)態(tài)度，使獲得基礎(chǔ)知識與技能的過程同時成為學(xué)會學(xué)習(xí)和形成正確價值觀的過程.二是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)生生活及現(xiàn)代社會科技發(fā)展的聯(lián)系，改變學(xué)生機(jī)械模仿、死學(xué)課本的現(xiàn)狀，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探索、勤于動手，培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力.

3 有效地進(jìn)行研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)

研究型演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)要重視問題式學(xué)習(xí)和主動式學(xué)習(xí)，做到整個教學(xué)過程是一個全員參與的過程，體現(xiàn)出主體性、合作性、研究性、開放性和創(chuàng)新性的特征.

3.1 對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行研究

在實(shí)驗(yàn)過程中不能盲目地進(jìn)行研究型教學(xué)，教師應(yīng)當(dāng)首先對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行研究、甄別、判斷、提升，然后引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，得到結(jié)論，獲取知識.例如，角動量是描述物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)的一個物理量，也是一個比較難理解的物理量，為了幫助學(xué)生理解該物理量，利用角動量多功能演示儀演示定軸轉(zhuǎn)動過程中影響角動量大小的因素，以及與角動量有關(guān)的規(guī)律，實(shí)驗(yàn)儀器如圖1所示.對該實(shí)驗(yàn)，作者是這樣設(shè)計(jì)的：首先提出讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究的問題：（1）飛機(jī)定軸轉(zhuǎn)動時，施加在飛機(jī)上的力什么情況下對軸的力矩為零？（2）角動量和力矩的關(guān)系？（3）飛機(jī)尾翼的作用？（4）角動量守恒的條件？（5）芭蕾舞演員旋轉(zhuǎn)動作中的物理理論？然后提醒學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中應(yīng)注意的問題，以免損壞儀器，最后引導(dǎo)學(xué)生自己動手演示實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)回答以上問題，并鼓勵學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出新的問題.

圖1 角動量多功能演示儀

3.2 實(shí)驗(yàn)過程中充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性

采用研究型教學(xué)方法必須研究教學(xué)本身的規(guī)律和特點(diǎn)以及學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，把握好教學(xué)過程.仍然以上述實(shí)驗(yàn)為例，本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)在于提供感性材料，形成概念，導(dǎo)出規(guī)律，這一類演示實(shí)驗(yàn)的層次一定要分明，條理必須清楚.對于問題（1），根據(jù)力矩是改變轉(zhuǎn)動狀態(tài)的原因，引導(dǎo)學(xué)生沿不同方向?qū)χ鄙w機(jī)施加力的作用，總結(jié)出在什么情況下施加的力不能改變直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，則在該種情況下力對軸沒有力矩（如圖a）；對于問題（2），在問題（1）的基礎(chǔ)上，當(dāng)力可以改變直升飛機(jī)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)時，說明力對軸有力矩，因?yàn)檗D(zhuǎn)動狀態(tài)用角動量描述，轉(zhuǎn)動狀態(tài)變化意味著角動量變化，從而總結(jié)出力矩和角動量的關(guān)系，通過調(diào)節(jié)飛機(jī)尾翼的轉(zhuǎn)速進(jìn)一步演示力矩和角動量的關(guān)系，總結(jié)出角動量定理；對于問題（3），實(shí)際中機(jī)身的旋轉(zhuǎn)隱藏著不安全因素，為了防止機(jī)身旋轉(zhuǎn)，根據(jù)問題（2）中得到的結(jié)論，調(diào)節(jié)飛機(jī)尾翼轉(zhuǎn)速，空氣對飛機(jī)尾翼的反作用力產(chǎn)生的力矩阻止機(jī)身旋轉(zhuǎn)，使其保持平衡；改變尾翼轉(zhuǎn)速，機(jī)身將會改變方向，通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生總結(jié)出直升飛機(jī)尾翼的作用；問題（4），在前面總結(jié)出的角動量定理的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生回答角動量守恒的條件，然后分析通過調(diào)節(jié)旋鈕使螺旋槳由靜止到旋轉(zhuǎn)過程中角動量是否守恒，如果守恒將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，然后演示這一過程，判斷是否和分析一致；對于問題（5），引導(dǎo)學(xué)生分析芭蕾舞演員的旋轉(zhuǎn)過程（包括啟動、增大轉(zhuǎn)速、減小轉(zhuǎn)速，停止），提出問題：沒有外力矩，演員是如何改變轉(zhuǎn)速的？然后讓學(xué)生用雙輪組件實(shí)驗(yàn)（如圖b），實(shí)驗(yàn)前，提醒學(xué)生注意觀察在提起、放下輪子的過程中系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的變化，分析引起轉(zhuǎn)速變化的原因以及影響角動量大小的因素，總結(jié)出芭蕾舞演員旋轉(zhuǎn)過程中蘊(yùn)含的物理知識，進(jìn)而回答問題（5）.

大學(xué)課程涉及面廣，知識點(diǎn)多，基本原理、定理、原則甚至有一些純粹的假說很難被學(xué)生接受，如果單純地被動學(xué)習(xí)，這些知識點(diǎn)一定會在學(xué)生的頭腦中無法形成完整的知識體系，最后導(dǎo)致拌糨糊.而以上演示實(shí)驗(yàn)的研究型教學(xué)過程，讓學(xué)生能夠帶著某些問題去研究、學(xué)習(xí)，便會在頭腦中形成完整的知識體系，完成從點(diǎn)到線再到面的學(xué)習(xí)過程.

3.3 恰當(dāng)總結(jié)、提升理論

實(shí)驗(yàn)完成后，恰當(dāng)?shù)目偨Y(jié)有利于知識理論的提升.首先，口頭回答老師在實(shí)驗(yàn)前提出的問題，對提出問題還不能完全解決的，再進(jìn)行個別指導(dǎo).其次，對每個學(xué)生實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題和產(chǎn)生的疑問進(jìn)行書面匯總，通過師生討論或?qū)嶒?yàn)解決這些問題，從而提升理論.再次，對每個同學(xué)的新收獲進(jìn)行共享.最后聯(lián)系生活實(shí)際，讓學(xué)生列舉生活中與角動量和力矩有關(guān)的現(xiàn)象，并用實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論分析解釋，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力.

總之，研究型的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，不僅激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，而且真正做到了從實(shí)驗(yàn)中來到實(shí)驗(yàn)中去，即培養(yǎng)了學(xué)生觀察問題、解決問題的能力；同時也培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力.這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法便于學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行整體構(gòu)架，做到了事半功倍.

〔1〕楊亞南.加強(qiáng)高校研究型教學(xué)的策略初探[J].武漢航海職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2007(01).

〔2〕趙杰.大學(xué)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2011.191-192.

〔3〕董澤芳.推進(jìn)研究型教學(xué)提高本科教學(xué)質(zhì)量[J].武漢生物工程學(xué)院學(xué)報,2009(01).

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