大學(xué)物理中“理論教學(xué)與演示實驗結(jié)合”新模式的探索與實踐

何林李　王艷偉

摘 要 課堂演示實驗在大學(xué)物理教學(xué)中有著非常重要的作用。該文把傳統(tǒng)的演示實驗范疇擴展到實物、多媒體、仿真演示實驗這三種模式，并提出多種演示實驗?zāi)Ｊ介g相配合的有效方法。

關(guān)鍵詞 理論教學(xué) 演示實驗 多媒體 仿真

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.01.036

0 引言

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，①其概念、規(guī)律都是在實驗的基礎(chǔ)上總結(jié)概括出來的。物理教學(xué)的目的在于讓學(xué)生相信科學(xué)并激發(fā)其對科學(xué)的興趣、真正理解和把握物理規(guī)律、培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力和創(chuàng)造思維能力。如何培養(yǎng)學(xué)生的這些能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣與積極性呢？最有效的辦法是把理論教學(xué)與物理實驗結(jié)合起來，而課堂演示實驗則最能反映這一結(jié)合，是物理教學(xué)中不可缺少的教學(xué)手段。②課堂演示實驗是指教師利用課堂時間為學(xué)生演示操作，并通過教師的啟發(fā)引導(dǎo)，幫助學(xué)生對實驗進行觀察、思考和分析，以達到一定教學(xué)目的教學(xué)方式。③

對比國內(nèi)外大學(xué)物理演示實驗教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀，我國課堂演示實驗的整體發(fā)展來看仍處于初級階段。除了少數(shù)幾所重點大學(xué)以外，國內(nèi)大多數(shù)的一般院校在大學(xué)物理教學(xué)模式基本上是通過板書和多媒體課件，由教師介紹理論、推導(dǎo)理論、得出理論結(jié)果。學(xué)生方面普遍反映：大學(xué)物理課抽象、枯燥、難理解，對物理課的學(xué)習(xí)興趣不大。以溫州大學(xué)為例，學(xué)校也在實驗室開設(shè)了相應(yīng)的大學(xué)物理實驗，但這類實驗大都是驗證性的實驗，缺少啟發(fā)性。學(xué)生一般要做的是先讀懂實驗原理，再按照實驗步驟進行操作，最后記錄數(shù)據(jù)、驗證結(jié)論就可以了，致使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。因此，大學(xué)物理實驗仍不同于課堂演示實驗，不能代替演示實驗在物理教學(xué)中的重要地位，我們有必要從學(xué)校及學(xué)生的自身情況出發(fā)，對課堂教學(xué)進行改革與探索，形成一套自己的、完整的理論與實驗結(jié)合的教學(xué)新模式。

1 課堂演示實驗的新模式

首先，我們拓展了傳統(tǒng)演示實驗的范疇，將演示實驗分為以下三種模式：實物演示實驗、多媒體視頻演示實驗和仿真動畫演示實驗。

（1）實物演示實驗。即讓學(xué)生實實在在接觸到實驗儀器裝置并同步觀察到實驗現(xiàn)象。實物演示實驗所用儀器和設(shè)備要盡量簡單、輕便；演示現(xiàn)象須直觀、明晰；演示過程時間要短且可見度高，以培養(yǎng)學(xué)生的觀察與分析問題的能力。

（2）多媒體演示實驗（視頻）。即事先對實驗操作過程進行攝像，邊演示邊通過多媒體視頻展示。主要是針對那些實驗儀器設(shè)備過小，現(xiàn)象不易觀察，或儀器過大，不易搬到課堂的情況，可以借助多媒體展示實物演示所無法呈現(xiàn)的物理過程，從而突破時間以及空間的束縛，同樣將物理過程生動形象地展現(xiàn)于學(xué)生眼前。

（3）仿真演示實驗（模擬動畫）。即通過計算機技術(shù)和一定的硬件設(shè)備生成一個虛擬的實驗環(huán)境，逼真的模擬出實驗操作的整個過程，可實現(xiàn)更靈活的操作。虛擬的仿真演示實驗在各方面都有著一般實物實驗難以達到的效果，是實物演示實驗的現(xiàn)代化補充。

其次，由于受課時數(shù)的限制，不是所有的大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容都配合課堂演示實驗。我們需要針對性地選擇重點章節(jié)，實施理論與實驗結(jié)合的教學(xué)模式。例如，針對電子專業(yè)的學(xué)生，課堂演示實驗應(yīng)側(cè)重于電磁學(xué)部分的內(nèi)容，讓學(xué)生感到與自己專業(yè)的密切聯(lián)系，更加提高了學(xué)習(xí)興趣。

同時為緊密結(jié)合大學(xué)物理理論教學(xué)的內(nèi)容，需要分階段性地開設(shè)各種模式的課堂演示實驗，包括實物、視頻和動畫演示。將傳統(tǒng)的實物演示與現(xiàn)代化的視頻及仿真動畫演示實驗有效地結(jié)合起來。如具體安排：在講授某一部分理論知識之前，教師先這部分知識涉及的實驗進行實物演示或多媒體視頻播放，并給學(xué)生提出一些思考題。當(dāng)學(xué)生學(xué)了這部分理論知識后，要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識回答以上思考題，并加以應(yīng)用推廣。然后教師在課堂上再播放相關(guān)的仿真動畫實驗，并引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進行總結(jié)與概括。因此，通過實物演示或視頻演示—理論課—仿真動畫演示這一過程，學(xué)生探索性地完成了這部分理論知識的學(xué)習(xí)及其應(yīng)用。

例：光的衍射。

光的衍射現(xiàn)象在現(xiàn)實生活中是十分普遍的，當(dāng)我們透過兩個手指之間的縫隙注視電燈燈絲時，使縫與燈絲平行，可以看到燈絲兩旁有明暗相間并帶有彩色的平行條紋。在理論課講述光的衍射原理之前，教師先在實驗室將這部分知識所涉及的經(jīng)典實驗拍攝成視頻并于課堂中播放，如圖1所示。學(xué)生看到：當(dāng)單色平行光照在狹縫上，逐漸減小狹縫的寬度，光斑邊緣就變得模糊，逐漸在屏上出現(xiàn)明暗相間的條紋，并且狹縫寬度越小，條紋間距就越大。觀看實驗后，老師提出相關(guān)思考題：什么是光的衍射現(xiàn)象？其產(chǎn)生條件是什么？用什么原理來解釋？列舉現(xiàn)實生活中光的衍射現(xiàn)象？理論課上教師詳細介紹了惠更斯-菲涅爾原理，以及菲涅爾半波帶法等理論知識，學(xué)生自然可以回答剛才教師提出的思考題，并推導(dǎo)第k級明條紋的寬度公式：△ = ，其中為縫寬。學(xué)生還列舉實際生活中光的衍射現(xiàn)象，如陽光下五彩繽紛的肥皂泡，雨后馬路邊水面上的彩色條紋，高溫處理后的金屬的表面呈現(xiàn)美麗的藍色等等。接著，教師再播放仿真動畫實驗，如圖2所示，讓學(xué)生觀察條紋位置及寬度與光波波長、縫寬之間的定性關(guān)系，以加深對該公式（△ = ）的理解。

圖1 光的衍射現(xiàn)象—實物演示實驗

圖2 光的衍射現(xiàn)象—仿真動畫演示實驗

2 教學(xué)實踐中的幾點思考

2.1 邊演示、邊探討

課堂演示實驗不僅僅是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和獲得直觀的感性認識，更重要的是啟發(fā)學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生的認識能力。我們必須從思想上重視演示實驗的重要性。學(xué)生不再是觀察者、被動地接受教師所講的實驗原理和方法，記住實驗步驟與實驗結(jié)果。在進行演示實驗時，應(yīng)采用與學(xué)生討論分析的方法，邊演示邊提出疑問，與學(xué)生共同探索其中的物理規(guī)律，并對實驗現(xiàn)象進行應(yīng)用推廣，引導(dǎo)學(xué)生思考實際生活中還有哪些類似的實驗現(xiàn)象。

2.2 教與學(xué)的互動，發(fā)揮學(xué)生的主體作用

傳統(tǒng)的演示實驗就是教師演示，學(xué)生只看不參與，學(xué)生有種“看熱鬧”的心態(tài)。真正有效的課堂演示實驗，應(yīng)是教師示范與學(xué)生參與相結(jié)合。鼓勵學(xué)生積極參與演示實驗，通過教師的指導(dǎo)，可以培養(yǎng)他們的實際操作能力。同時，學(xué)生通過親自動手，也可以加深對實驗的進一步認識與學(xué)習(xí)興趣。

2.3 多種演示實驗?zāi)Ｊ较嗯浜?/p>

有時往往受實驗器材、空間、時間的限制，無法讓學(xué)生都觀察到實物演示實驗全國過程，為了不影響教學(xué)效果，我們可以事先在實驗室錄制實驗過程，制作成多媒體視頻演示實驗，④同樣可以讓學(xué)生觀察每個細節(jié)，有助于物理知識的掌握；而對有些無法直接觀察、不能事先錄制的實驗，可以應(yīng)用flash、auto-cad、authorware等計算機軟件進行模擬，制作成仿真動畫實驗， 從而使本來單一的演示實驗變得多樣化，對教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量的提高也能起到積極的促進作用。

3 結(jié)束語

課堂演示實驗是指教師利用課堂時間為學(xué)生演示操作，并通過教師的啟發(fā)引導(dǎo)，幫助學(xué)生對實驗進行觀察、思考和分析，以達到一定教學(xué)目的教學(xué)方式。在教學(xué)實踐探索中，我們打破了傳統(tǒng)的演示實驗范疇，充分利用多媒體技術(shù)，引入了多種有效的、相互配合的演示實驗新模式：實物演示實驗，多媒體演示實驗，仿真動畫演示實驗。把理論教學(xué)與物理實驗結(jié)合起來的大學(xué)物理課堂演示實驗教學(xué)中，學(xué)生不僅是實驗的觀察者，更是參與者和討論者。課堂演示實驗在大學(xué)物理教學(xué)中起著積極的促進作用，也可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、創(chuàng)新精神和實踐操作能力。

注釋

① 類維平.物理實驗教學(xué)技能[M].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)出版社，2004：59-66.

② 毛巍威，包剛.大學(xué)物理演示實驗立體化教學(xué)體系的建設(shè)[J].大學(xué)物理實驗，2009.22（4）：106-108.

③ 左春英，溫靜，關(guān)曉燕，王樂新，陳麗梅.大學(xué)物理理論與現(xiàn)象相結(jié)合的教學(xué)最佳模式的探索[J].大學(xué)物理實驗，2010.23（4）：97-99.

④ 周小紅，吳平，王莉，張曉，王慧.對大學(xué)物理理論課與演示實驗及其視頻相配合的新模式的探索[J].物理與工程，2009.19（4）：32-34.