大學(xué)物理演示實驗教學(xué)探討

劉什敏

【摘 要】大學(xué)物理演示實驗通過觀察直觀有趣的物理現(xiàn)象，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有助于學(xué)生對理論知識的理解和掌握，從而培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力和科技創(chuàng)新能力。本文主要結(jié)合自己的教學(xué)談?wù)勅绾谓M織物理演示實驗課程教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理演示實驗；教學(xué)探討；教學(xué)方法；教學(xué)手段

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2016）14-0072-02

物理演示實驗課程以對豐富多彩的物理實驗現(xiàn)象的觀察、思考、定性或半定量分析為主，不深究嚴格的物理理論，不要求對實驗結(jié)果做出準(zhǔn)確的定量分析，而是充分展示演示實驗的趣味性和在描述物理概念上的直觀性、易接受性，使理工科的學(xué)生能夠鞏固和加深對已學(xué)物理概念的理解，能對尚未學(xué)到的物理知識建立一個直觀的、定性的概念，以激發(fā)學(xué)生求知探索的欲望，提高實驗動手能力和科技創(chuàng)新能力；對于文科的學(xué)生，通過觀察神奇的物理演示現(xiàn)象，聆聽老師對相應(yīng)物理知識的介紹，能夠更容易地理解物理，了解自然科學(xué)，了解科技進步對人類文明的貢獻，全面提高綜合素質(zhì)。對物理專業(yè)的學(xué)生，可以采用物理課隨堂演示，以彌補理論授課的抽象性的不足，增添知識學(xué)習(xí)的趣味性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。物理演示實驗課程被公認為是一門提高學(xué)生綜合科學(xué)素質(zhì)的有效課程，目前很多大學(xué)都建立了演示實驗室。

一、實驗開發(fā)與教材建設(shè)

2011年，我校根據(jù)自身條件和需要開始建設(shè)物理演示實驗室，2013年演示儀器全部到位并驗收完畢，開始對外開放。目前已開發(fā)出演示實驗項目70項；為滿足教學(xué)需要，根據(jù)實驗室現(xiàn)有的儀器編寫《物理演示實驗》講義一部。本講義由導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)介紹，力學(xué)和熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)演示實驗組成，其中導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)介紹項目1個，力學(xué)和熱學(xué)實驗項目20個，電磁學(xué)實驗項目22個，光學(xué)實驗項目27個，共計70個演示實驗項目。每個實驗項目分別按實驗?zāi)康摹嶒炘?、實驗操作、注意事項幾個部分進行介紹。在論述上盡量避免繁雜的物理公式，力求深入淺出，多使用實物照片及其結(jié)構(gòu)簡圖對物理演示實驗項目進行說明，使學(xué)生看得懂，會操作，以達到物理演示通識教育的目的。實驗內(nèi)容重視與物理理論課程中的知識點緊密結(jié)合，有針對性地對知識點安排了一定的演示實驗，大部分實驗項目的實驗原理屬于中學(xué)物理知識，只有少數(shù)項目的實驗原理是大學(xué)物理的內(nèi)容，可以很好地幫助學(xué)生進一步鞏固已學(xué)知識，接受新知識，并了解物理知識在生活中的應(yīng)用。

二、教學(xué)方法與教學(xué)手段

1. 教學(xué)方法

采用啟發(fā)式和現(xiàn)象分析模式相結(jié)合的教學(xué)方式，通過演示豐富多彩的實驗現(xiàn)象，讓學(xué)生盡量詳盡地描述實驗現(xiàn)象；老師通過合理設(shè)置疑問，引導(dǎo)學(xué)生討論實驗原理，將物理理論知識與實驗現(xiàn)象相結(jié)合，使學(xué)生成為實驗中的主角，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的求知探索欲望；發(fā)揮老師的主導(dǎo)作用，讓學(xué)生成為演示實驗教學(xué)中的主角，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性，采用多樣化的演示形式。

（1）導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)演示。導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)包括“力和熱”“振動和波”“電磁學(xué)”“光學(xué)”“近代與綜合”及“物理百科”六個類別。學(xué)生可以提前通過導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)觀看實驗，培養(yǎng)自學(xué)能力，了解物理知識。該導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)中的演示實驗項目較少，本實驗室中的很多實驗項目在導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)中沒有，但也有些導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)實驗項目是實驗室沒有的。

（2）學(xué)生演示。對實驗原理簡單、易操作的簡單實驗，要求學(xué)生在預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，分組演示實驗現(xiàn)象，分析實驗原理，并與現(xiàn)實生活結(jié)合，探討其應(yīng)用。老師做補充，并有針對性地提出問題，為學(xué)生創(chuàng)造一個思考、探索的空間。

（3）教師演示。對于演示實驗危險系數(shù)較大和實驗原理比較復(fù)雜的實驗，如高壓放電、洛倫茲力演示儀等，則需要在老師的講解和監(jiān)督下完成。

由于演示實驗操作簡單，所以一節(jié)課演示的實驗項目較多，一般10～12個。教師在教學(xué)時，要改革授課內(nèi)容，按學(xué)科劃分演示實驗項目，注意內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)，并將實驗繁易結(jié)合。同時采取一定措施，讓學(xué)生提前做好實驗預(yù)習(xí)。實驗教學(xué)以學(xué)生為中心，老師起到引導(dǎo)作用。對物理專業(yè)學(xué)生，主要由學(xué)生演示并講解實驗項目，老師做必要的補充，對操作復(fù)雜或危險系數(shù)大的實驗項目仍由老師演示，或在老師的監(jiān)督下演示。對非物理專業(yè)學(xué)生，主要由老師講解，在講解引導(dǎo)學(xué)生利用學(xué)過的物理知識解釋實驗現(xiàn)象，并聯(lián)系實際，了解這一現(xiàn)象在生活中的具體應(yīng)用，講解盡量深入淺出，語言通俗易懂。應(yīng)注意對文、理科學(xué)生，物理專業(yè)與非物理專業(yè)學(xué)生的要求程度不同，開設(shè)的實驗項目不同，講解的側(cè)重點、深度不同，理科學(xué)生要求盡可能在原有實驗基礎(chǔ)上有創(chuàng)新性或探索性的想法。

2. 教學(xué)手段

根據(jù)教學(xué)需要，采取以下輔助教學(xué)手段：

（1）合理開發(fā)和利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段進行教學(xué)?？梢岳脤?dǎo)學(xué)系統(tǒng)讓學(xué)生直觀觀看實驗項目，此外開發(fā)出電子課件供多媒體教學(xué)使用，采用多媒體授課與實物演示相結(jié)合的教學(xué)手段。

（2）自制圖片講解實驗原理。對光學(xué)中成像原理可采用自制光路圖進行講解。

（3）自制與實驗儀器原理相同的簡易儀器講解其原理。對一些不能拆卸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易看到的儀器，可以采用制作與之結(jié)構(gòu)相同的簡易儀器演示其現(xiàn)象與原理，使學(xué)生更容易接受，如望遠鏡、窺視無窮演示儀、透光銅鏡等。

三、考核方法

1. 平時成績占10%：主要考查學(xué)生回答問題及分組演示情況。遲到一次扣2分，曠課1次扣5分，另計。

2. 實驗報告成績占40%：學(xué)生選擇自己感興趣的實驗，有重點地完成一定數(shù)量的演示實驗報告。實驗報告的內(nèi)容應(yīng)包括實驗原理、實驗現(xiàn)象、回答實驗問題、實驗心得及實驗創(chuàng)新（這一點要求主要是針對理工科學(xué)生）等。

3. 期末考查占50%：期末完成結(jié)業(yè)論文一篇或制作演示小儀器，設(shè)計制作演示實驗儀器給分較高，鼓勵學(xué)生動手制作儀器。

考核方式重視學(xué)生的課堂表現(xiàn)，將之計入平時成績；重視學(xué)生動手設(shè)計和制作能力，將之計入期末成績。

四、教學(xué)效果

目前演示實驗室已經(jīng)對本系應(yīng)用物理專業(yè)大一新生開放，對外系開設(shè)了物理演示實驗公共任意選修課，并且對參加實驗培訓(xùn)的中學(xué)教師和成人高等教育學(xué)員及周邊中小學(xué)開放。從教學(xué)實踐情況來看，主要有以下成效：

1. 有效提升了學(xué)生對抽象理論的理解，增強了理論教學(xué)效果。有的學(xué)生看完一些演示實驗現(xiàn)象后，才對以前課堂上學(xué)過的原理真正深刻理解。

2. 提高了學(xué)生的思維能力。有的學(xué)生做完演示實驗后，提出了很多有創(chuàng)意、有探索性的想法，有效培養(yǎng)了學(xué)生思維能力，體現(xiàn)了素質(zhì)教育的成效。

3. 對文科專業(yè)學(xué)生，能夠?qū)⒂腥さ膶嶒灛F(xiàn)象與所學(xué)的物理知識相結(jié)合，了解物理知識在生活中的應(yīng)用，從而達到科技知識普及的目的。

4. 中學(xué)教師和成人教育學(xué)員表示演示實驗項目很有趣，對于今后的教學(xué)工作很有幫助。

5. 自演示實驗室建成后，不斷有周邊中小學(xué)學(xué)生前來參觀，孩子們對演示實驗很感興趣。

五、存在的問題

1. 教學(xué)條件

我校物理演示實驗室位于惠遠樓地下室，現(xiàn)只有一間，面積160平方米，儀器擺放不能按學(xué)科區(qū)分，另外由于面積限制影響到上課人數(shù)，每次課程只能采取分組實驗，一般每組15～20人。我校演示實驗室有待進一步擴大規(guī)模，改進實驗室條件。

2. 演示實驗儀器數(shù)量

目前我校演示實驗室是新疆最大的演示實驗室，儀器70套/臺，但與內(nèi)地很多大學(xué)相比，實驗儀器數(shù)量較少，南京大學(xué)力熱、電磁學(xué)與光學(xué)演示實驗室有上百套儀器，與之相比，我校演示實驗室還需要進一步遴選、優(yōu)化演示實驗項目，引進實驗儀器。

本課程是一門新課程，任課老師還需要進一步總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，不斷改進教學(xué)方法，提高教學(xué)效果。相信不久的將來，演示實驗室在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、提高教學(xué)效果方面必將起到積極的推動作用。

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（編輯：王春蘭）