大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)與對(duì)外開(kāi)放的探索與實(shí)踐*

溫小靜 王小懷 吳燕丹 黃曉璇 文瑩瑩

(韓山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 廣東 潮州 521041)

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是將抽象的物理知識(shí)通過(guò)具體的物理演示直觀、形象地呈現(xiàn)出來(lái)，引導(dǎo)實(shí)驗(yàn)者分析與觀察物理現(xiàn)象，激發(fā)實(shí)驗(yàn)者的學(xué)習(xí)興趣，有效地將理論知識(shí)傳達(dá)給實(shí)驗(yàn)者，充分體現(xiàn)了讓實(shí)驗(yàn)者自己動(dòng)手的創(chuàng)新思維模式．演示實(shí)驗(yàn)的主體既可以為教師也可為學(xué)生，既可在課堂內(nèi)進(jìn)行，也可在課外進(jìn)行，教學(xué)方式靈活多樣，內(nèi)容豐富多采[1]．為促進(jìn)我校物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與創(chuàng)新，拓展演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)與對(duì)外開(kāi)放的功能，全面提升以學(xué)生為核心的科學(xué)素養(yǎng)，我校購(gòu)置一批包括力熱光電的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)儀器，建立了物理演示實(shí)驗(yàn)走廊．

另外，還建立了天文科普館，里面包含由南京中科院生產(chǎn)的大型天文望遠(yuǎn)鏡-施密特格林折反射式望遠(yuǎn)鏡，及各種小型望遠(yuǎn)鏡，這些演示實(shí)驗(yàn)均已用到教學(xué)與對(duì)外開(kāi)放．

1 演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探索

1.1 演示實(shí)驗(yàn)走廊的授課

我校物理演示實(shí)驗(yàn)走廊占地面積140 m2，里面包含近70多種演示儀器，這些儀器包含了力、熱、光、電、磁各部分知識(shí)點(diǎn)，且大多易于操作、現(xiàn)象明顯．要上好一門物理演示實(shí)驗(yàn)課，首先得有課前準(zhǔn)備，包括教師與學(xué)生，教師在擁有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)的同時(shí)還得自己動(dòng)手調(diào)試好各項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn)儀器.比如說(shuō)，龍卷風(fēng)模擬的霧化部分是否有足夠的水，激光琴的孔位有沒(méi)有對(duì)齊等等．愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò)興趣是最好的老師，所以說(shuō)教師還得制定課前預(yù)習(xí)PPT,讓學(xué)生提前預(yù)習(xí)物理演示實(shí)驗(yàn)的理論知識(shí)，讓他們對(duì)即將學(xué)習(xí)的課程感興趣．由兩位教師負(fù)責(zé)，學(xué)生分為4組，一組學(xué)生大概8到10位不等，讓他們輪流做演示實(shí)驗(yàn)．一次演示實(shí)驗(yàn)課3課時(shí)，其中兩個(gè)課時(shí)讓學(xué)生自己輪流演示實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．最后一個(gè)課時(shí)由教師講解、演示，滿足學(xué)生求知的好奇心及系統(tǒng)的給學(xué)生們講解理論知識(shí)．課后讓學(xué)生選擇自己感興趣的演示實(shí)驗(yàn)自己動(dòng)手做教具，比如萬(wàn)花筒、肥皂膜裝置，小型龍卷風(fēng)模擬等．

從演示實(shí)驗(yàn)的課堂效果可以看出，此種課堂氛圍活躍，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與參與率大幅度提高．學(xué)生通過(guò)自己的探索及教師的演示與講解，對(duì)理論內(nèi)容有了更深層次的理解與深刻的記憶．

1.2 天文科普館的授課

天文館共4層，其中天文科普館在第3，4層，占地面積300多m2．在天文館上課時(shí)，一般在天文館的第3，4層，首先在第3層利用多媒體講解一些天文理論知識(shí)及平時(shí)的一些拍攝圖片，比如太陽(yáng)黑子、月亮、土星、獵戶座等等．在天氣允許的情況下帶學(xué)生到第4層的天文圓頂利用施密特-格林折反射式望遠(yuǎn)鏡觀看星空，一般情況下在晚上最容易觀察到的是月亮，在白天最容易觀察到的是太陽(yáng)與太陽(yáng)黑子．其實(shí)學(xué)生最感興趣的是晚上去天文館觀察月亮如圖1所示，每節(jié)課去看到的月亮都不同，有月初、滿月、月虧等．

圖1

2 演示實(shí)驗(yàn)的管理與開(kāi)放講解方式

服務(wù)社會(huì)是大學(xué)教學(xué)與科研向外延伸而形成的高校四大職能之一，大學(xué)要盡力發(fā)揮知識(shí)與資源優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)社會(huì)的發(fā)展目標(biāo)．實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開(kāi)放是大學(xué)直接服務(wù)于社會(huì)[2]．我校演示實(shí)驗(yàn)儀器在教學(xué)使用的基礎(chǔ)上，在進(jìn)一步提高它的利用率，定期向周邊中小學(xué)、青少年少年宮、大學(xué)生、天文愛(ài)好者組織、社會(huì)人士等開(kāi)放，提高全民天文科普教育．以下簡(jiǎn)單介紹我校演示實(shí)驗(yàn)室的管理與開(kāi)放方式．

我校物理演示實(shí)驗(yàn)走廊與天文科普館由專人教師負(fù)責(zé)，主要負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、日常設(shè)備管理、報(bào)修等工作．定期對(duì)本校大學(xué)生及周邊中小學(xué)生、社會(huì)人士開(kāi)放后，教師就擔(dān)負(fù)起對(duì)外界人員實(shí)驗(yàn)室管理登記和在學(xué)生中選撥、培訓(xùn)參觀接待人員等．培訓(xùn)的接待參觀人員需要從事服務(wù)工作、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容講解、簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)講解等．由學(xué)生與教師共同組成的管理團(tuán)組，定期值班，檢查儀器狀況，保證每次演示活動(dòng)都能順利進(jìn)行．所有的實(shí)驗(yàn)儀器都分類存放，且有自己的編號(hào)、名稱、存放地點(diǎn)、產(chǎn)地及生產(chǎn)年號(hào)等．根據(jù)這些內(nèi)容建立了數(shù)據(jù)庫(kù)，便于查詢儀器設(shè)備的增減、損壞、丟失與更新，更方便于演示實(shí)驗(yàn)儀器的借出與歸還登記[3]．

天文科普館的參觀人數(shù)單批次可達(dá)400多人，在參觀時(shí)學(xué)生分組，安全地依次進(jìn)行．在學(xué)校周邊區(qū)域有著良好的聲譽(yù)，也是學(xué)校參觀科普的一大亮點(diǎn)．從開(kāi)放對(duì)象可以看出，不同的參觀者就得用不同的講解方式，比如，對(duì)于中小學(xué)生，這個(gè)群體對(duì)物理認(rèn)識(shí)處于一種懵懂的狀態(tài)，通過(guò)觀看物理實(shí)驗(yàn)的演示，講解者以提問(wèn)的方式進(jìn)行互動(dòng)，引導(dǎo)其觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)對(duì)物理學(xué)習(xí)上的興趣與感性認(rèn)識(shí)．對(duì)于大學(xué)生，大學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)有一定基礎(chǔ)的了解，在對(duì)聲、光、熱、電、力等理論方面做系統(tǒng)地了解后，以教師為輔，學(xué)生為主，鼓勵(lì)大學(xué)生自己動(dòng)手演示物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)主觀能動(dòng)性，積極探索，大膽創(chuàng)新，透徹理解演示實(shí)驗(yàn)的原理，提出不同見(jiàn)解，適當(dāng)嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器材和操作方法，利于師生交流．對(duì)于社會(huì)群體，組織參觀學(xué)習(xí)活動(dòng)，普及物理知識(shí)，科普大眾等．觀察物理演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合生活現(xiàn)象，引導(dǎo)其關(guān)注生活中的物理信息提高社會(huì)各界對(duì)物理學(xué)發(fā)展前景的關(guān)注，促進(jìn)社會(huì)文化發(fā)展．圖2為物理演示實(shí)驗(yàn)室與天文科普館對(duì)外開(kāi)放剪影．

圖2 物理演示實(shí)驗(yàn)室與天文科普館對(duì)外開(kāi)放剪影

3 演示實(shí)驗(yàn)室改進(jìn)的建議策略

3.1 加強(qiáng)演示實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)中重要地位的認(rèn)識(shí)

演示實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理學(xué)中必不可少的輔助課程，演示實(shí)驗(yàn)可將枯燥的、難理解的物理知識(shí)直觀有趣的用演示儀器展示出來(lái)．學(xué)生可通過(guò)自己動(dòng)手制作自己感興趣的物理演示實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的效果是否明顯直接關(guān)系到學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解程度與信任度[4]．演示實(shí)驗(yàn)增大了學(xué)生對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力．然而有些教師認(rèn)為物理演示實(shí)驗(yàn)可有可無(wú)，采用滿堂灌方式教學(xué)，不夠重視[4,5]．

3.2 加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)課程資源的建設(shè)

加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)的建設(shè)，在其中應(yīng)該建立大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課程，我校這項(xiàng)的建設(shè)還在初步階段．建議教師與學(xué)生拍攝演示實(shí)驗(yàn)動(dòng)畫(huà)和自己設(shè)計(jì)制作的演示作品，并配有圖文解說(shuō)及相關(guān)內(nèi)容的討論區(qū)域，形成了一整套完整的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源．其中也包含生活中常見(jiàn)的物理常識(shí)、天文科普知識(shí)、不定期地放置用大型天文望遠(yuǎn)鏡拍攝的太陽(yáng)黑子、月亮在一個(gè)周期中完整的月相及星座等內(nèi)容．通過(guò)編輯做成視頻文件，方便學(xué)生從網(wǎng)絡(luò)課程資源平臺(tái)上直接觀看[6]．

3.3 保證演示實(shí)驗(yàn)資源使用質(zhì)量

在物理演示實(shí)驗(yàn)走廊上課的過(guò)程中，重點(diǎn)遵循科學(xué)性、趣味性、有效性、可重復(fù)性與互動(dòng)性原則．在這幾項(xiàng)中,我們的演示實(shí)驗(yàn)儀器的可重復(fù)性不高，大多都有易損性，一次實(shí)驗(yàn)做久了就會(huì)出現(xiàn)各種小問(wèn)題．例如雅各布天梯，它是由一對(duì)上寬下窄、頂部呈羊角形的電極，在20～50 kV高壓下，兩電極最近處的空氣被擊穿，形成大量的正負(fù)等離子體，即產(chǎn)生電弧放電．但是，每次在擊穿兩電極最近處的空氣時(shí)，與電極相接的最近處的塑料硬板會(huì)被擊穿而碳化，下次使用時(shí)就得刮掉被碳化的部分．久而久之，塑料硬板就沒(méi)法用了．建議儀器的質(zhì)量問(wèn)題得有保障，才有長(zhǎng)久、安全的物理演示實(shí)驗(yàn)．

4 結(jié)語(yǔ)

我校大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)走廊與天文科普館的教學(xué)與對(duì)外開(kāi)放方式已經(jīng)取得良好的發(fā)展趨勢(shì)，相信學(xué)生通過(guò)物理演示實(shí)驗(yàn)的操作練習(xí)，能在知識(shí)的理解程度、探究、創(chuàng)新方面得到提高，中小學(xué)生及社會(huì)人士通過(guò)參觀實(shí)驗(yàn)室、我們的講解及簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作大大的提高他們對(duì)物理學(xué)知識(shí)的興趣及科普知識(shí)面．但我校大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)走廊與天文科普館目前仍處于發(fā)展階段，在規(guī)模與理念上還需要借鑒其他這方面做的好的高校．在現(xiàn)有的條件下，教學(xué)與對(duì)外開(kāi)放的各項(xiàng)流程、儀器的質(zhì)量問(wèn)題等都將繼續(xù)完善．