淺談演示實驗在大學(xué)物理教學(xué)中的作用

王金玉　趙言誠　孫秋華　麻文軍　趙文輝　王鋒

摘要：大學(xué)物理是理工科院校一門重要的基礎(chǔ)課，而大學(xué)物理演示實驗作為輔助大學(xué)物理教學(xué)的重要手段之一，具有不可替代的重要地位。如何優(yōu)化大學(xué)物理演示實驗教學(xué)內(nèi)容，以及如何與大學(xué)物理教學(xué)有機(jī)結(jié)合成為目前大學(xué)物理教學(xué)改革的一個熱點問題。關(guān)鍵詞：大學(xué)物理；演示實驗；主觀能動性；觀察能力中圖分類號：O4-33

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-9324（2018）20-0208-02 一、引言物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，是觀察、實驗和科學(xué)思維相結(jié)合的產(chǎn)物。這就要求物理學(xué)要以實驗為依據(jù)，一切理論最終要經(jīng)受實驗的觀測或?qū)嶒炇聦嵉臋z驗?？v觀物理學(xué)的發(fā)展歷史，都是通過對自然現(xiàn)象的實際觀察和科學(xué)實驗研究，來實現(xiàn)物理學(xué)概念、定理、定律的形成和發(fā)展。所以，物理演示實驗直觀、生動地展現(xiàn)物理過程和物理規(guī)律，是輔助大學(xué)物理理論教學(xué)的重要手段。只有通過大學(xué)物理理論教學(xué)與物理演示實驗的有機(jī)結(jié)合，才能使學(xué)生加深對理論教學(xué)內(nèi)容的理解、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、誘導(dǎo)問題思考，通過對演示實驗現(xiàn)象的觀察分析，學(xué)習(xí)物理實驗知識，從理論和實踐的結(jié)合上加深對大學(xué)物理抽象理論的理解，進(jìn)一步提高學(xué)生綜合素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》指出“我們要創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，注重學(xué)思結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的興趣愛好，營造獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境”。物理學(xué)家楊振寧教授曾經(jīng)指出：“要增加中國的社會生產(chǎn)力，需要的是很多會動手的人……我接觸到很多第一流的物理學(xué)家，他們很會動腦筋，很會做實驗，卻不善于應(yīng)付各種考試?！边@段話也道出了我們?nèi)瞬排囵B(yǎng)體制與西方國家的區(qū)別所在，我們培養(yǎng)的學(xué)生很善于應(yīng)付各種考試，但是碰到與實際應(yīng)用結(jié)合緊密的實例或涉及到動手操作的實驗問題，我們的學(xué)生往往顯現(xiàn)出束手無策的狀態(tài)。隨著高等學(xué)校的擴(kuò)招、大學(xué)物理課程學(xué)時的逐漸被壓縮，導(dǎo)致大部分高校的物理演示實驗處于一種可有可無、可多可少的狀態(tài)。但是近年來隨著國家對教育投資的進(jìn)一步加大，大部分高等學(xué)校也逐漸認(rèn)識到了物理演示實驗的重要性，相繼建立起了專門的物理演示實驗室，對演示實驗的儀器開發(fā)、教學(xué)內(nèi)容的研究也逐步開展起來，并逐漸與大學(xué)物理課堂教學(xué)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，取得了良好的教學(xué)效果。所以，針對每所高校的實際情況，如何在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上開發(fā)大學(xué)物理演示實驗的教學(xué)、更好的輔助大學(xué)物理課堂教學(xué)已成為了當(dāng)前的一個熱點問題。二、演示實驗輔助大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀教育部在最新頒布的《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》中明確指出：“大學(xué)物理課程的主要內(nèi)容都應(yīng)有演示實驗（實物演示和多媒體仿真演示），其中實物演示實驗的數(shù)目不應(yīng)少于40個”。由此可見，演示實驗對大學(xué)物理理論教學(xué)具有十分重要的作用和意義。目前，國內(nèi)高校中只有極少數(shù)建成了專門的多功能大學(xué)物理教學(xué)演示教室，實現(xiàn)了類似于國外許多大學(xué)那樣，一邊講授物理理論知識，一邊演示相關(guān)的輔助實驗，達(dá)到了理論與實驗的有機(jī)結(jié)合。借助物理實驗的直觀演示，有助于學(xué)生理解和掌握相關(guān)的理論知識，增加他們的感性認(rèn)識，從而調(diào)動他們學(xué)習(xí)的主觀能動性，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。但是，大多數(shù)高等學(xué)校還不具備這種硬件條件，實現(xiàn)不了物理演示實驗輔助大學(xué)物理理論教學(xué)，具體原因有以下兩方面。第一，對基礎(chǔ)課教學(xué)的地位認(rèn)識不夠。在上到國家教育部門、下到每個學(xué)校的各種教學(xué)指導(dǎo)性文件中，無一例外都會提到公共基礎(chǔ)課程的重要性。但到了具體實際操作過程中，往往是每個學(xué)校的特色專業(yè)、重點學(xué)科得到了大力的發(fā)展和建設(shè)，而基礎(chǔ)學(xué)科，特別是公共基礎(chǔ)課程的建設(shè)卻被忽視，其中一個很重要的原因，就是在各種專業(yè)、學(xué)科、學(xué)位等評審和評估中沒有所對應(yīng)的指標(biāo)項。對于大學(xué)物理課程來說，只要涉及到削減學(xué)時（或?qū)W分），必然是首當(dāng)其沖，在已經(jīng)很少的理論課授課學(xué)時中，物理演示實驗所占比重必將更少，乃至沒有。第二，硬件建設(shè)不夠，理論教學(xué)與演示實驗脫節(jié)。一方面，在現(xiàn)有的開設(shè)演示實驗課程的部分高校中，演示實驗儀器、設(shè)備老化嚴(yán)重，究其原因，就是學(xué)校在儀器購置和建設(shè)方面的投入不夠，從而制約了演示實驗課程的發(fā)展。另一方面，有些院校雖然能夠開設(shè)演示實驗課程，但往往是在特定的實驗室進(jìn)行集中演示，而有些演示實驗的內(nèi)容是理論課沒有講授到的，只是為了“演示”而演示，造成了與大學(xué)物理教學(xué)的嚴(yán)重脫節(jié)。其結(jié)果必將使學(xué)生對演示實驗的內(nèi)容認(rèn)識不清、實驗細(xì)節(jié)關(guān)注不夠，達(dá)不到輔助大學(xué)物理教學(xué)的目的。三、演示實驗輔助大學(xué)物理教學(xué)的思考與改革1.演示實驗融入大學(xué)物理課堂。物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，大學(xué)物理課程教學(xué)是離不開物理實驗教學(xué)的，而演示實驗作為輔助理論課教學(xué)的重要手段，既能幫助學(xué)生理解和掌握課堂所學(xué)理論知識，又能提高他們觀察問題、分析問題、解決問題的能力。通過課堂演示實驗的引入，可以使抽象的理論知識形象化、呆板的物理過程動態(tài)化、寂靜的課堂氣氛活躍化，特別是讓學(xué)生親自動手來演示實驗，能夠大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的積極性。學(xué)生邊聽課邊現(xiàn)場實踐，在演示實驗的基礎(chǔ)上將物理概念、規(guī)律總結(jié)出來，做到真正理解和把握物理規(guī)律，提高了他們的創(chuàng)造性思維能力和實踐動手能力?；谡n堂引入的演示實驗，我們也引入了啟發(fā)式教學(xué)模式，通過課堂演示的實驗，學(xué)生能夠聯(lián)想到一系列相關(guān)實驗，以達(dá)到舉一反三的效果。物理演示實驗融入課堂，能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)知識點的進(jìn)一步拓展，并將其與生活實際應(yīng)用實例相聯(lián)系，啟發(fā)他們思考相關(guān)的物理現(xiàn)象，從而調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的主觀能動性。通過物理學(xué)的學(xué)習(xí)，使他們學(xué)會思考一切，領(lǐng)略物理世界之美，解析萬物之理。2.依托大學(xué)物理課程，探究演示實驗物理含義。一般來說，物理演示實驗課分為兩類：驗證性實驗和探究性實驗。驗證性實驗是對一些已知物理學(xué)定律的直觀展示，而探究性實驗是對更廣泛的物理原理和物理內(nèi)涵進(jìn)行探索與求知。通過物理演示實驗課程的學(xué)習(xí)，相對于驗證性實驗，探究性實驗更能使學(xué)生鍛煉和提高物理思維能力、實踐動手能力和科技創(chuàng)新能力，也更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究與探索能力，為學(xué)生向更深層次的專業(yè)學(xué)習(xí)和研究打下堅實基礎(chǔ)。目前，我們?nèi)旯灿?學(xué)時的物理實驗集中演示，每學(xué)期我們安排應(yīng)屆本科生走進(jìn)演示實驗室，觀看相關(guān)大學(xué)物理課程理論知識的實驗演示。在物理實驗演示過程中，教師會精心地為每個演示實驗設(shè)計探究性思考問題，并鼓勵學(xué)生參與動手實踐，引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料等開展多方面的實驗科學(xué)探究工作，從而使學(xué)生在實際操作能力、科學(xué)創(chuàng)新能力等方面得到鍛煉和提升。3.構(gòu)建大學(xué)生“理學(xué)之光”科技創(chuàng)新中心。在物理演示實驗教學(xué)改革中，我們成立了大學(xué)生“理學(xué)之光”科技創(chuàng)新中心，在利用物理演示實驗室原有的實驗儀器或舊儀器、舊設(shè)備的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校每年舉辦的“五四杯”科技創(chuàng)新大賽、物理演示儀器設(shè)計大賽等賽事，面向全校本可生開展科技創(chuàng)新設(shè)計、制作活動。采用鼓勵學(xué)生自由組合、自主選題，在有教師指導(dǎo)下自由申報創(chuàng)新項目，開展相關(guān)課題研究工作。學(xué)生可以自行安排時間到實驗室進(jìn)行創(chuàng)新制作，并有實驗室教師給予針對性的指導(dǎo)。好的獲獎作品予以陳列展示，甚至將其應(yīng)用于大學(xué)物理實驗教學(xué)中，最大限度發(fā)揮創(chuàng)新中心為學(xué)生提供充分發(fā)揮潛力和創(chuàng)造力的平臺的作用，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)習(xí)理論課程的積極性，培養(yǎng)科學(xué)研究能力和協(xié)同合作精神。另一方面，通過學(xué)生積極參加科技創(chuàng)新活動，進(jìn)一步推動和促進(jìn)創(chuàng)新中心的建設(shè)和發(fā)展。四、結(jié)束語綜上所述，通過開放大學(xué)物理演示實驗室，物理演示實驗融入課堂等方式，實現(xiàn)了物理演示實驗課程輔助大學(xué)物理理論教學(xué)的目的。通過演示實驗教學(xué)手段的引入，大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)大學(xué)物理課程的主觀能動性，培養(yǎng)了學(xué)生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，創(chuàng)新思維與協(xié)同合作能力，對通識教育體系下培養(yǎng)創(chuàng)新型“拔尖”人才具有一定的借鑒作用，也為大學(xué)物理課程教學(xué)改革的深化貢獻(xiàn)我們的一點微薄之力。參考文獻(xiàn)：[1]盧榮德，程福臻，孫臘珍.大學(xué)物理演示實驗動感創(chuàng)新教學(xué)平臺的探索與實踐[J].物理通報，2011，（1）：42-45.[2]蔣雅琴.大學(xué)物理演示實驗室開放教學(xué)初探[J].物理與工程，2011，（21）：23-26.