將演示性實(shí)驗(yàn)引入大學(xué)物理課程的教學(xué)方法探究
——以西藏大學(xué)為例

周 毅，周艷霞

（西藏大學(xué)a.理學(xué)院；b.工學(xué)院，拉薩850000）

0 引 言

物理學(xué)是一門(mén)需要很強(qiáng)的實(shí)踐性的學(xué)科［1-2］，我校物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的本科生源，現(xiàn)實(shí)條件是理工科基礎(chǔ)薄弱，對(duì)于抽象的物理概念很難理解。很多同學(xué)，一旦遇到學(xué)習(xí)困難，長(zhǎng)期積累之后，就會(huì)慢慢對(duì)物理失去學(xué)習(xí)興趣，知難而退。演示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，通過(guò)一系列聲、光、電、刺激等直接感受，將抽象的物理概念直觀化，提升學(xué)生興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的需求和動(dòng)力［3-4］。本課題組在前期調(diào)研期間，赴中山大學(xué)、武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等高校參觀調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)一流的大學(xué)均建有或大或小的演示物理實(shí)驗(yàn)室，演示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備更是包含力、熱、光、電、原子物理等各學(xué)科分類(lèi)，在日常教學(xué)、科學(xué)知識(shí)普及，甚至科研工作上都起到了相當(dāng)關(guān)鍵的作用。

1 引入演示物理實(shí)驗(yàn)的重要性

1.1 本科物理相關(guān)課程教學(xué)的要求

我校理學(xué)院、工學(xué)院、信息科學(xué)技術(shù)等學(xué)院的大部分本科生目前都開(kāi)設(shè)物理相關(guān)課程，但本科生源物理基礎(chǔ)普遍較差，對(duì)于抽象的物理概念很難理解。教育部2006年頒布的《非物理類(lèi)理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》［5］明確指出：大學(xué)物理教學(xué)中，物理演示實(shí)驗(yàn)的數(shù)量不能少于40個(gè)，并且要逐年增加。建立演示物理實(shí)驗(yàn)室，將物理演示實(shí)驗(yàn)引入相關(guān)課程的課堂教學(xué)，將抽象的物理概念直觀化，可提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動(dòng)力。

1.2 相關(guān)專(zhuān)業(yè)教學(xué)的要求

為了西藏自治區(qū)理工科基礎(chǔ)教育水平的提高，根據(jù)西藏自治區(qū)教育廳的要求，理學(xué)院物理系在原有“物理教育”專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)上從2017年起新增“物理實(shí)驗(yàn)”專(zhuān)業(yè)方向，旨在為自治區(qū)培養(yǎng)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教師。理學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心為這兩個(gè)專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了較為完備的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、近代物理等方面的實(shí)驗(yàn)課程，但基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室儀器數(shù)量尚不足以支撐物理系招生擴(kuò)大的規(guī)模，亟需增加臺(tái)套數(shù)及更新部分儀器。相比基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，物理演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的優(yōu)勢(shì)在于直觀性（定性或半定量）、數(shù)量多且與生活密切相關(guān)［6-9］。演示物理實(shí)驗(yàn)室的建立及“物理演示實(shí)驗(yàn)”課程的開(kāi)設(shè)，將與基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)課程互為補(bǔ)充，必將大大提高“物理教育”和“物理實(shí)驗(yàn)”兩個(gè)專(zhuān)業(yè)學(xué)生理論結(jié)合實(shí)際的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力［10-11］。

1.3 發(fā)揮大學(xué)社會(huì)服務(wù)功能的需要

目前大多數(shù)國(guó)內(nèi)一流高校均建有對(duì)社會(huì)開(kāi)放的演示物理實(shí)驗(yàn)室，部分省會(huì)城市還建有科技館，而這在西藏大學(xué)乃至全自治區(qū)還屬空白。演示物理實(shí)驗(yàn)室的建立與對(duì)外開(kāi)放，將可部分承擔(dān)拉薩地區(qū)乃至自治區(qū)的物理科普工作。力爭(zhēng)把演示物理實(shí)驗(yàn)室打造成繼“藏文典藏室”“唐卡展廳”之后，西藏大學(xué)的另外一張對(duì)外宣傳的名片。同時(shí)，演示物理實(shí)驗(yàn)室的建立和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室的改造，對(duì)自治區(qū)中學(xué)物理教師的培訓(xùn)工作、自治區(qū)中學(xué)物理競(jìng)賽的開(kāi)展與集訓(xùn)隊(duì)培訓(xùn)工作等都有極大的促進(jìn)作用。

1.4 創(chuàng)建一流大學(xué)的需要

2016年，我校經(jīng)過(guò)了教育部本科教學(xué)評(píng)估，在對(duì)我校給予充分肯定的基礎(chǔ)上，也提出了一些整改要求。考察意見(jiàn)中明確提出“要加大新專(zhuān)業(yè)建設(shè)力度，特別關(guān)注新專(zhuān)業(yè)的人才培養(yǎng)方案、師資隊(duì)伍、圖書(shū)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)等問(wèn)題”。2017年物理系新開(kāi)招“物理實(shí)驗(yàn)”專(zhuān)業(yè)方向，演示物理實(shí)驗(yàn)室和基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃與布局，是我們對(duì)整改意見(jiàn)給出的積極響應(yīng)，也為迎接本科專(zhuān)業(yè)認(rèn)證工作奠定了基礎(chǔ)。

2 大學(xué)物理相關(guān)課程中引入演示物理實(shí)驗(yàn)實(shí)例

2.1 理學(xué)院物理專(zhuān)業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

我校對(duì)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生進(jìn)行了分級(jí)招錄。物理1班學(xué)生為區(qū)外生源，物理2班學(xué)生為區(qū)內(nèi)生源，區(qū)外生源以本科二批次招錄，高考平均分為476.6；區(qū)內(nèi)生源以普通本科批次招錄，高考平均分為272.4。從高考分?jǐn)?shù)上看，兩個(gè)班的基礎(chǔ)水平大概相差約200分左右。故在日常教學(xué)中，相同科目也對(duì)這兩個(gè)班級(jí)進(jìn)行了分級(jí)教學(xué)：兩個(gè)班所選用的教材、任課教師所教授的內(nèi)容、期末考試難度等方面都不一樣，物理1班在這些方面的深度、難度等都高于物理2班。即使進(jìn)行這樣的分級(jí)教學(xué)，在最后的期末考核中，物理2班的成績(jī)也不一定超過(guò)物理1班。經(jīng)過(guò)與班中同學(xué)日常交流得知：2班的同學(xué)本身基礎(chǔ)薄弱，理解抽象的物理學(xué)概念相對(duì)困難，久而久之，失去對(duì)物理學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，即使內(nèi)容少，深度淺，考核中也難以做出很好的回答。

2.2 光學(xué)、電磁學(xué)課程中引入演示物理實(shí)驗(yàn)

根據(jù)我校2014版本科培養(yǎng)方案要求，2016級(jí)物理1班、物理2班在2018～2019年度開(kāi)設(shè)光學(xué)、電磁學(xué)課程。為了提升物理2班同學(xué)學(xué)習(xí)物理的興趣，提高該班級(jí)的教學(xué)質(zhì)量，在兩個(gè)班的光學(xué)、電磁學(xué)教學(xué)中，物理1班同學(xué)進(jìn)行日常普通教學(xué)，物理2班教學(xué)中引入演示物理實(shí)驗(yàn)。

如在光學(xué)課程中，向物理2班學(xué)生講解o光和e光時(shí)，利用雙折射演示儀演示光通過(guò)各向異性的晶體時(shí)會(huì)發(fā)生的雙折射現(xiàn)象，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去思考理論知識(shí)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，讓學(xué)生觀察激光通過(guò)晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象：沿著光的傳播方向轉(zhuǎn)動(dòng)晶體，觀察e光繞著o光轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，以及通過(guò)偏振片來(lái)檢測(cè)o光e光的偏振態(tài)［12-13］。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中，隨著實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的探索欲。

在電磁學(xué)課程中，向物理2班學(xué)生講授電場(chǎng)章節(jié)時(shí)，利用靜電演示組合實(shí)驗(yàn)儀演示一系列靜電現(xiàn)象，包括點(diǎn)電荷電場(chǎng)、同種電荷相斥、平行板電場(chǎng)、靜電跳球、靜電擺球、彎曲金屬表面電荷的分布、靜電屏蔽、法拉第瓶、靜電除塵、電介質(zhì)極化等演示實(shí)驗(yàn)［14-15］。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，不會(huì)感到枯燥，許多曾經(jīng)坐在后排，上課猶如聽(tīng)天書(shū)的同學(xué)都希望能夠自己上臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)，在有趣的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)習(xí)曾經(jīng)認(rèn)為枯燥的知識(shí)。

2.3 引入演示物理實(shí)驗(yàn)后的教學(xué)效果

（1）平時(shí)的出勤率。課程教學(xué)中，學(xué)生的出勤率，不僅反映了學(xué)校的學(xué)風(fēng)，也反映了教師教學(xué)水平的高低。引入演示物理實(shí)驗(yàn)后，物理2班日常上課的出勤率，由之前的84.2%上升到了94.7%。學(xué)生們普遍感覺(jué)更加愿意來(lái)上專(zhuān)業(yè)課，甚至期待到課堂上來(lái)感受演示實(shí)驗(yàn)，享受這種新穎的獲得知識(shí)的過(guò)程。

（2）課堂教學(xué)效果。根據(jù)任課教師們?nèi)粘Ｉ险n的教學(xué)效果來(lái)看，引入演示物理實(shí)驗(yàn)后，從曾經(jīng)的獨(dú)自板書(shū)、PPT電化或視頻教學(xué)，到現(xiàn)在的演示實(shí)驗(yàn)配合教學(xué)，老師們普遍覺(jué)得多了一個(gè)教學(xué)“幫手”。課堂上再也不是只有老師枯燥的講解、底下沒(méi)人聽(tīng)講的狀態(tài)。學(xué)生們也愿意自己上來(lái)做演示，提高了課堂上師生之間的互動(dòng)和教學(xué)之間的互動(dòng)。

（3）考核成績(jī)。在物理2班的教學(xué)中引入演示物理實(shí)驗(yàn)后，在期末的光學(xué)、電磁學(xué)考核中，物理1班、物理2班使用同一難度試卷。經(jīng)過(guò)考核對(duì)比，如表1所示。

表1 引入演示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法考核對(duì)比

物理2班在出勤率、考核成績(jī)、學(xué)生評(píng)教等方面均超過(guò)了物理1班。這是在之前不敢相信的事情。2班學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，在以往的考試中往往沒(méi)有1班學(xué)生優(yōu)秀，但在2班引入演示物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法之后，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提高了老師的教學(xué)水平。學(xué)生在學(xué)期末的評(píng)教過(guò)程中，物理2班對(duì)演示物理實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)教分?jǐn)?shù)為96.8，超過(guò)了許多校級(jí)精品課程，說(shuō)明將此類(lèi)課程中的抽象變成了直觀，使學(xué)生對(duì)此課程從厭惡變成了喜愛(ài)從而提升了教學(xué)效果。

3 結(jié) 語(yǔ)

演示物理實(shí)驗(yàn)的趣味性、探索性以及科學(xué)性和生活化，必將在極大程度上，提高我校物理本科專(zhuān)業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。我校的物理專(zhuān)業(yè)本身也是物理教育師范方向，根據(jù)西藏的就業(yè)政策，學(xué)生們未來(lái)也很有可能走向我區(qū)各中小學(xué)教學(xué)崗位，培養(yǎng)他們對(duì)物理學(xué)理論知識(shí)與演示物理實(shí)驗(yàn)的結(jié)合，也是提高西藏各地區(qū)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的基礎(chǔ)。隨著教育部最新推動(dòng)的本科專(zhuān)業(yè)認(rèn)證，對(duì)于我校物理本科專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)和演示物理實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)也是基本條件之一，我們將演示物理實(shí)驗(yàn)引入大學(xué)物理教學(xué)，并計(jì)劃在后期建設(shè)高水平的演示物理實(shí)驗(yàn)室，也是為迎接教育部本科專(zhuān)業(yè)認(rèn)證工作奠定基礎(chǔ)。