大學物理演示實驗教學現(xiàn)狀調(diào)查分析①

(武警后勤學院，天津 300309)

物理學是基于實驗的科學，物理教學不僅要使學生掌握、理解物理規(guī)律，還要通過實驗、應用科學方法，來體會探索、求解、驗證的過程，培養(yǎng)學生敢于提出問題、積極解決問題的能力、嚴密的邏輯思維能力和敢于創(chuàng)新的實踐能力。大學物理演示實驗教學非常重要，深受學生喜愛，演示實驗為師生提供了近距離交流的機會，拉近了學生與物理的距離；演示實驗能夠突出實踐對理論的檢驗過程，從現(xiàn)象入手，化抽象為具體，幫助學生理解物理定理、定律；通過引導學生觀察和思考，配合適當?shù)闹v解，使學生能夠在理解物理概念、掌握物理規(guī)律的基礎上，進行自主探究學習，培養(yǎng)他們的想象力、創(chuàng)造力和發(fā)散性思維。

1 部分高校演示實驗室簡介

近年來，國內(nèi)部分高校對物理演示實驗都十分重視，投入了大量的資金，用于演示實驗室和走廊演示實驗的建設和改造。

(1)南開大學物理演示實驗室面積為200多平方米，陳列了100多個大學物理實驗項目，經(jīng)過多年發(fā)展，自制了一批有特色的實驗儀器，承擔了供全校學生選修的物理演示實驗課程、大學物理集中演示實驗，以及基礎物理課程的隨堂演示實驗，同時還是大學生的創(chuàng)新實踐基地。作為天津市科普基地，南開大學物理科普教育基地不僅滿足了大學物理教學的需求，還兼顧了面向中小學生以及市民的科普需求，成為“服務本科課程，面向大眾開放”的特色實驗室。

(2)天津科技大學演示實驗室的建設已具備一定規(guī)模，設置了光、電、力、熱演示實驗項目，承擔了較多的演示實驗課，并采用獨有的教學模式，將大學物理演示實驗融入大學物理實驗課程，分兩個階段開設演示實驗，第一階段安排面向大一新生的物理演示實驗，以提升學生的物理學習興趣，第二階段在學生完成大學物理實驗課程之后，展示有一定難度的演示實驗，幫助學生找到自己的興趣方向，培養(yǎng)他們勇于探索和創(chuàng)新的科學精神。

(3)天津師范大學物理與材料科學學院的“科學體驗館”作為天津市科普基地，總面積達270平方米，以“童趣—開悟—探究(實踐)”為設計思路，設置三個層次的科普培訓項目，主要承擔全市大、中、小學等的科普講座和科普活動。

(4)天津工業(yè)大學建有“趣味與演示實驗室”，主要采用三種形式進行教學，一是課堂演示，教師根據(jù)講課內(nèi)容提前做好準備，把儀器帶到課堂，邊講邊做；二是把幾個內(nèi)容相近的實驗事先安排好，組織學生分批觀摩；三是定時開放演示實驗室，組織學生自己動手調(diào)試、操作，鼓勵學生參與演示儀器的制作和開發(fā)利用。

(5)天津大學演示實驗室開設了供全校選修的物理演示實驗課程，實驗室設有3D電影等趣味性強的演示實驗項目。

(6)北京交通大學物理演示與探索實驗室是首批國家級物理實驗教學示范中心，實驗室可用于科普開放的實驗近300項，內(nèi)容涉及力、熱、聲、光、電磁、近代物理等，通過不斷探索，不僅能滿足大學物理實驗教學的要求，還探索出了一套較為完善的科普活動模式。

(7)清華大學物理演示實驗室使用面積約為200多平方米，主要是為大學物理課堂教學服務，分為課堂演示實驗室和物理演示大廳兩部分。歷經(jīng)多年的建設，現(xiàn)有演示實驗200個、演示實驗視頻幾百個，在課堂上把實驗的精華部分展示給學生，收到了較好的效果。演示實驗大廳是屬于提高層次的部分，向大學生展示由本校教師研制的有趣味、有深度的物理演示實驗。

(8)北京大學物理演示實驗室使用面積約470平方米，始建于1950年，現(xiàn)為北京市重點實驗室。實驗室有各種演示儀器150多套，每學年面向全校1000多名學生開設近150多個演示實驗，內(nèi)容涉及力、熱、電磁、光、近代物理等。該實驗室從2012年開始參加北大科普基地項目，開展各項科學普及工作，產(chǎn)生了良好的社會影響。

(9)復旦大學物理演示實驗室陳列了一百多套儀器，并錄制了大量的演示實驗視頻，涵蓋物理學各分支內(nèi)容。還開設了36學時的物理演示實驗拓展課程，供本科生選修，以培養(yǎng)學生能力為目的，鼓勵學生大膽創(chuàng)新，學生可以自由選題、安排研究進度，課程具有高度的開放性。

(10)湖南大學大學物理演示實驗室面積達300多平方米，有力熱、電、光、磁四個實驗室，開出的實驗約有200多項。作為湖南省科普教育基地，該實驗室不僅承擔大學物理教學任務，也為社會的科普教育工作做出了貢獻。

綜上所述，國內(nèi)重點高校十分重視演示實驗，如清華、北大等高校建有專門的物理演示實驗室，也具有一定的規(guī)模，可演示上百項演示實驗，能提供多種模式的實驗教學。但有許多高校因為場地、資金、重視程度、師資力量等原因，并沒有建立專門的物理演示實驗室，甚至有的高校直接省略了演示實驗的教學。各高校演示實驗室的規(guī)模和數(shù)量有顯著差異，可見對演示實驗的重要性認識不一致，重視程度各不相同。

2 演示實驗內(nèi)容

物理演示實驗是大學物理教學的一個非常重要的輔助，需跟大學物理內(nèi)容相匹配。表1列舉了筆者考察的幾所院校開設的演示實驗的內(nèi)容和數(shù)量。從數(shù)量上看，近代物理的演示實驗數(shù)目在這幾個高校中所占比例相對較少，經(jīng)典物理部分占了很大比例。

表1

3 演示實驗教學模式

各高校根據(jù)實際情況，物理演示實驗教學采用了以下模式。

(1) 課堂演示

當在課堂上講到某些知識點時，以演示實驗的方式進行輔助，主要以教師演示為主，學生進行觀察。課堂演示可以很好地把實驗現(xiàn)象和物理知識結(jié)合起來，具有形象直觀的特點，可幫助學生理解抽象的物理概念和規(guī)律，從而激發(fā)其學習興趣，有效提升課堂效率。但在實際應用中也存在一些問題，如一些演示實驗儀器難搬動，要求教師花較多的精力去準備，但又不計工作量，教師的積極性不高。為此，很多高校采用了實驗視頻、動畫等多媒體技術(shù)在課堂展示演示實驗，如復旦大學錄制了很多演示實驗視頻，中南大學制作了具有仿真功能的實驗動畫，天津中德應用技術(shù)大學自主研制了演示實驗器具，并拍成視頻在課堂上展示。

(2) 集中演示

在大學物理的一些章節(jié)教學結(jié)束后，根據(jù)教學需要和學生學習需求，一般以班級為單位，集中安排課時進行實驗演示，一般時長為1到2個學時。集中演示是課堂演示的延伸與補充，能有效激發(fā)學生學習和探究的興趣，課堂氛圍往往更加活躍，師生互動也會更頻繁，學生能近距離進行實驗觀察。目前集中演示的方式一般是自主參觀實驗室，觀看實驗視頻、實驗資料等，學生最初上課時有積極性，時間一長就容易變成走馬觀花，所以演示實驗室需要配備有經(jīng)驗的教師，引導學生提問、認真講解、適時演示實驗。目前來說很多高校由于專職實驗人員有限，導致演示實驗的開展最后變成“參觀”或者“表演”，無法滿足學生自主探究的需求。北京交通大學理學院積極探索人員機制改革，充分調(diào)動資源，組建學生管理團隊、研究生助教團隊，形成了在傳統(tǒng)教學模式的基礎上，讓學生參與其中、以學生為主體的較開放的教學模式，頗有成效。

(3) 開設選修課

由學生自主選修，課程模式比較自由，學生可根據(jù)自己的興趣愛好或者學習需求選修一些難度較高、綜合性強的實驗，該類課程面向全校學生或者修過大學物理課程的學生，教學過程包括預約實驗、教師講解指導、師生交流探討、參加考核、綜合評定成績。學生通過教師講解演示、自主觀察現(xiàn)象、提出問題、動手操作、查閱資料、選擇課題、研究課題、匯報、撰寫報告等，以培養(yǎng)學生的科學探索精神。四川大學物理科學與技術(shù)學院在必修課的基礎上，開放了16個探索性、設計性強的選修實驗，供學生自主選做、探究。北京交通大學允許學生預約申請進入演示實驗室，選做演示實驗，對于有較好想法、能提出較好演示方案的學生，學院還可提供經(jīng)費和實驗條件支持他們進行研究。復旦大學開設了36學時的物理演示實驗拓展課，課程內(nèi)容具有高度的開放性和發(fā)散性。

(4) 全開放式教學

這種教學模式對學生沒有考核要求，學生自愿在預約時間進入演示實驗室參觀或?qū)嶒?，他們都是真正感興趣、想探索物理世界的學生，學生和教師可以進行更深入的交流。全開放性的教學模式對學校的軟硬件設施要求都較高，要求有專門的實驗教師、實驗室管理團隊進行日常維護，只有少部分有實力的學校，如建設了省級科普基地的院校能夠采用這種模式。

各校實驗展示的形式多樣，除了傳統(tǒng)的實物演示，動畫、視頻和專題網(wǎng)站等，基于多媒體和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的演示實驗展示形式也為越來越多的高校所使用。

4 結(jié)語

當前，在物理演示實驗建設方面，重點高校的實力要明顯高于非重點高校，東部地區(qū)的高校要明顯領(lǐng)先于中西部地區(qū)。教育行政部門和高校普遍認識到演示實驗的重要性和對教學的促進作用，大力建設物理演示實驗室，南開大學、天津科技大學、天津師范大學等都在積極開展演示實驗室的充實建設工作，并逐步進入正常運行，在具體的教學模式上各學校也能結(jié)合自身特點采取不同的方式，希望有志之士都積極參與到物理演示實驗教學的研究中來，努力提高大學物理教學質(zhì)量。