文科大學物理演示實驗的開設與探討

周菊林 梅孝安 李蓓 周華林 湖南理工學院 物電學院，湖南 岳陽 414000

文科大學物理演示實驗的開設與探討

周菊林 梅孝安 李蓓 周華林 湖南理工學院 物電學院，湖南 岳陽 414000

針對當代高科技的迅猛發展和時代的要求，許多大學都陸續開設了文科大學物理演示實驗，本文總結了文科大學物理演示實驗課的特點，分析了開設文科生大學物理演示實驗的必要性，并對文科生的大學物理演示實驗的開課現狀進行了探討和分析。

文科學生；演示實驗；大學物理；物理實驗；

students majored in liberal arts； demontrative experiments；college physics；physics experiment；

1.什么是大學物理演示實驗

大學物理演示實驗是物理實驗教學的一個重要環節，它包含經典物理、近代物理和物理學在科學技術上應用的初步知識，包括力學、分子物理與熱學、電磁學、振動與波動、光學、近代物理與綜合等一百多個大學物理實驗項目，實驗項目大多與實際生活、自然現象有關，還有許多項目是利用物理學基本原理結合創造性思維設計制作出來的，集知識性和趣味性于一體，既有古老的經典演示實驗, 又有融合多種現代科學技術的演示探索實驗，能適應不同專業的學生對物理實驗的不同要求，部分演示實驗還能充分發揮計算機模擬真實物理環境的能力，實現實驗數據的實時監控、收集和處理，具有科學前沿性和濃厚的工程特色。所開設的內容都是經過精心組織設計的，課程結構緊湊，內容生動，深入淺出，小到身邊的自然現象，大到現代高新技術，都能在本課程中得到體現。如海市蜃樓、避雷針、超聲霧化、靜電除塵、3D影視等。

2.開設文科大學物理演示實驗課的必要性

在物理教學中，演示實驗有著其他輔助教學手段不可替代的作用。通過演示實驗，有利于幫助學生直觀、形象地理解物理現象的變化規律，形成正確的物理概念，清晰地揭示物理規律，啟發學生思維，激發學生學習科學的興趣和求知欲望。物理學的思想、觀點和方法給人以智慧和啟迪，是科學素質教育中不可缺少的重要組成部分。對文科學生開設物理實驗,拓展物理學的科學普及功能，讓文科學生學習一些與現代生活密切相關的物理學基本知識，感受物理學中科學的思維方法,了解物理學與社會發展的密切關系，有利于文科學生文理互補和兼通，有效地提高文科學生的科學素養[1]。在物理演示實驗教學中文科學生受益匪淺:

2.1 有利于培養學生的科學思維方法,物理學中體現的科學思維和科學方法不僅適用于物理學本身，同樣適用于自然科學和社會學科的各個領域，而且對解決日常工作生活中的各類問題都有著普遍的適用性。物理實驗教學有利于學生養成按科學方法思考問題、解決問題的習慣，有效地促進文科學生科學素質的提高和創新能力的發展。

2.2 有利于培養學生辯證唯物主義的世界觀, 學習理解物理現象中的對立統一及互相轉化、量變與質變、局部與整體、現象與本質、特殊與一般、主要矛盾與次要矛盾、矛盾的主要方面與次要方面等辯證關系，使學生形象而真實地感受唯物辯證法的運用，熏陶和促進學生自覺使用唯物辯證法的思想方法，去觀察、理解和處理所遇到的各種問題。

2.3 有利于培養學生科學精神與品德,在學習物理學成果的同時，倡導科學精神、弘揚科學品德，對學生今后的行為規范、價值取向、綜合素質和人格的培養起著潛移默化的作用。

2.4 有利于學生形成科學的自然觀和審美觀，物理學強調人與自然的和諧相處，具有明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統一等美學特征，有利于培養文科學生的科學的審美觀，通過對自然科學的探索和研究，去更好地了解自然、利用自然和保護自然，有利于幫助學生樹立科學的自然觀，糾正以往強單純強調征服自然、改造自然的偏向，增強熱愛自然、保護自然、造福人類的意識，培養學生對社會發展和人類與環境高度關注的社會責任感，促進社會的可持續發展。

3.如何開展文科大學物理演示實驗課

由于授課對象是高校文科學生，其教學目標也不同于理工科物理演示實驗課，因此，在教學理念、教學內容、教學方法、教學手段上，都應與理工科的物理演示實驗有所不同，才能充分提高文科學生的科學文化素養和科學探究精神[2]。結合文科學生的特點，我們在文科學生物理演示實驗的課程教學中，做了以下幾點改革：

3.1 在教學內容上，結合相關的物理演示項目補充基礎物理知識

利用文科物理課程，有針對性地向文科學生介紹補充一些物理基礎理論知識,不苛求全面、系統，但應具有一定的涵蓋面和完整性，力求用通俗、簡潔的語言描述物理現象和規律，避免復雜的物理推導和數學計算。通過身邊生活中的物理現象來導入物理基礎知識,使學生感悟和認識物理學的重要性，并懂得一些基本的物理原理[3]。

在介紹物理基礎知識的同時，介紹一些相關的演示實驗項目，如汽車的結構和控制、3D立體影像、光導纖維的工作原理及應用、電磁波的發射與接收、空調制冷、超導與磁懸浮等，使文科學生對當代科技的應用和發展有了基本的了解。如:在模擬電冰箱演示實驗中，學生可以觀察到壓縮機工作時蒸發器和冷凝器的壓力大小，還可以輕輕觸摸壓縮機、蒸發器和冷凝器，感受蒸發器和冷凝器的溫度差異，通過學習可以了解到冰箱、空調器的工作原理，從而對熱力學第二定律有著進一步的理解，還可以了解到制冷劑這種物質的特性，了解到環保型制冷劑R134a是一種在高壓下容易液化又能在低溫下汽化的一種工質，標準沸點為-26℃，極易汽化，當它在低溫下沸騰汽化時就會大量地吸收周圍的熱量，這樣就可以達到制冷的目的。

在超導磁懸浮的動態演示實驗中，該裝置是一個盛放高臨界溫度超導體的簡易列車模型，當將一個永磁鐵移近超導體表面時，磁通線進入表面超導體內，在超導體內形成很大的磁通密度梯度，感應出高臨界電流，從而對永磁鐵產生排斥，排斥力隨著相對距離的減小而增大，它可以克服超導體的重量，使其懸浮在永磁鐵上方的一定高度上。當超導體遠離永磁鐵移動，在超導體內產生負的磁通密度，感應出反向的臨界電流，對永磁鐵產生吸力，也可以克服超導體的重量，使其倒掛在永磁鐵下方的某個位置上，并可在旋轉磁場加速裝置作用下，沿軌道以懸浮或倒掛懸浮狀態無摩擦地連續運轉。

通過學習光導纖維，學生就能明白為什么光線能在光纖中曲折前進，仿佛光線被包層緊緊地封閉在芯線內，就好像自來水只能在水管里流動一樣。初步了解光纖通信技術，為什么一對細如蛛絲的光導纖維能同時通一百億路電話！而一對金屬電話線至多只能同時傳送一千多路電話。鋪設1000公里的同軸電纜大約需要500噸銅，而改用光纖通信只需幾公斤石英就可以了。另外，利用光導纖維制成的內窺鏡可以幫助醫生檢查胃、食道、十二指腸等的疾病。光導纖維把胃里的圖像傳出來，醫生就可以窺見胃里的情形，然后根據情況進行診斷和治療。通過這些實例分析使文科生對現代高科技有進一步的了解。

3.2 在教學理念上強化人文教育

在文科物理教學中，以文科學生易于接受的物理基礎知識為載體和出發點，充分發揮物理學的科學教育功能和思想文化教育功能，突出物理思想和科學方法教育，注重展示物理學的文化內涵和人文精神，通過物理思想和人文精神的有機融合,培養學生科學思維能力、創新意識、勇于探求真理的創新精神和求真務實的科學態度，形成科學的世界觀，提高文科學生的科學素質，消除科學文化與人文文化之間的隔閡,以適應知識經濟時代對大學生知識結構和創新能力的要求。

將學習物理的過程升華為欣賞物理的過程，以物理學的美吸引學生, 以物理學的密切關系，關注物理學在解決能源、環境等社會問題中的積極作用，增強文科學生的科技意識、節能意識、環保意識和社會責任感。指導文科學生用理性的思維去分析問題和解決問題，提高文科學生的科學文化素養[4]。如物理學的發展史、重大物理學的發明發現等對人類生活的巨大推動作用。

3.3 在教學方法上，注重理論教學與實際操作相結合

物理演示實驗具有較強的趣味性和知識性，有利于增強文科學生對物理現象的感性認識, 幫助他們直觀、形象地理解物理現象和規律，啟發學生思維，激發他們學習科學的興趣和求知欲望。在課堂教學中，按力熱電光近代物理等先重點講授一部分理論知識,然后充分利用演示實驗來展開教學。

在教學當中應鼓勵學生注重實際操作,積極參與動手實踐、探求科學奧秘，在教師指導下親自動手做一些實驗。教師精心為每個實驗設計探究性思考題，努力改變學生的學習方式和思維習慣，引導學生展開實驗的科學探究，讓他們經歷科學探究過程，學習科學探究方法，培養科學探究精神，從中樹立創新意識，促進學生知識和能力的協調發展。如讓學生親自做魚洗實驗，凈手摩擦洗耳，當手的運動速度達到一定值時，洗盆中才會出現水花四濺的現象，通過搓洗學生就會理解只有當手的摩擦力引起的振動頻率和洗壁的固有頻率相等或接近時產生共振，由于洗底的限制，入射波和反射波相遇疊加形成駐波，從而出現水花四濺的現象[5]。

3.4 教學手段上，案例教學與多媒體教學相結合

將文科類課程的案例教學方法引入文科物理演示實驗教學，通過大量生動案例來展現物理，引導學生主動參與案例分析與討論，使物理演示實驗課程變得親切、有趣，富有吸引力和說服力。

將案例教學與多媒體教學相結合，充分發揮多媒體教學的優勢,將抽象的物理概念、常見的物理現象、生動的物理案例，通過圖片、動畫、視頻錄像、科教片插播等方式，形象直觀地展現出來, 增強課程的表現力和感染力，幫助學生更好地理解物理知識，激發學生學習科學的興趣。

我們結合文科物理教學，收集和編制了幾十個多媒體教學案例，向學生提供有利于素質教育的課堂教學案例。如納米技術及應用，靜電的防治及應用，激光原理與技術，現代能源技術，電磁波與現代通訊，傳感器與檢測技術，超導與磁懸浮等，使文科學生對當代科技的應用和發展有基本的了解。案例教學與多媒體教學的完美結合，大大提高了文科物理課程的生動性和吸引力。

4.當代大學開設文科大學物理演示實驗的現狀分析

面向文科學生開設《物理演示實驗》也是時代的要求，現在有些大學已開設了文科學生物理演示實驗課，如復旦大學開設的《文科物理（理論與實驗）》課已發展成國家精品課程，還建立了文科物理實驗室（自學物理實驗室），對選課學生自由開放，這在全國尚屬首例。濟南大學則以16課時（1學分）面向文科學生開設了首創的《文科物理實驗》短課時通選課，東南大學也開設了文科物理實驗， 河北大學工商學院為使文科學生盡早修夠素質學分，特開設《文科大學物理演示實驗》課程，在湖南大學、湖南師范大學也都向文科學生開設了大學物理演示實驗。

我校的文科物理演示實驗設定為人文素質課為校選修課，36課時，兩個班共一百名學生，采用網上選課的方式，我們針對文科學生的知識特點，在教學內容、教學理念、教學方法和教學手段上都做了相應的改革，并從以下幾個方面，指導文科學生開展大學物理演示實驗的研究性學習，并作為學生平時成績考核的基本內容。

4.1 認識一位物理學家

要求每位學生通過查閱文獻，至少了解一位自己特別崇拜的物理學家的生平事跡。許多物理學家在科學研究過程中體現出百折不撓的科學精神，一絲不茍的科學態度，求真務實的工作作風。在學習物理學成果的同時，弘揚物理學家的人格品質，對學生素質和人格的培養也起著潛移默化的作用。

4.2 了解一項發明由來

通過查找資料或專利，了解一項物理學相關發明的形成過程、基本原理、設計思路和應用價值，通過研究性學習，進行創新思維、創新方法的熏陶，培養學生的創新意識和創新素質。

4.3 查找一個應用案例

查找物理學在日常生活和所學專業中的應用實例，要求寫出詳細的調研報告或制作成課件，并挑選部分學生上講臺演講。培養學生信息收集、檢索、研究、整合能力和語言表達能力，激發學習物理的興趣，同時也為教師開展研究性教學提供豐富的素材。

4.4 撰寫一篇心得體會

從任何角度，撰寫一篇學習物理演示實驗的心得體會，如探究物理問題的方法或思路、學習物理演示實驗的收獲、物理學與哲學的關系、物理學發展與人類社會發展的關系等，培養學生對社會發展的高度責任感。

5.結語

通過針對文科生大學物理演示實驗課的特點并適當進行實驗教學改革，使文科學生不僅懂得了身邊生活中的物理現象，還可以了解多種現代科學技術的實際應用，彌補了文科學生物理知識的不足，有效地提高文科學生的科學素養[6]。如何更好地開展文科學生的大學物理演示實驗也在不斷探索與研究中，我們將不斷改革創新，充分挖掘學校的教學資源，利用物理演示實驗提高文科學生的科學素質和創新能力，共同促進社會的可持續發展。

[1]董軍.淺議物理演示實驗在物理教學中的作用[J].黑龍江科技信息,2010，01：27～28

[2]方興安，胡建華.文科大學物理實驗開設的實踐與思考[J].物理實驗,2004,07:31～32

[3]何雄輝.文科物理實驗教學的探討和研究[J].湘潭師范院校學報<自然科學版>,2007，02：43～44

[4]鐘曉燕，劉文軍.大學物理演示實驗教學改革的實踐和探索[J].中國科技信息,2010，04：238～239

[5]張智.大學物理演示實驗[M].長沙：湖南大學出版社，2008：28～29.

[6]耿愛叢，趙慈，黃英群.淺談大學物理演示實驗的作用及改進措施[J].中國電力教育，2008，06：97～98.

ow to develop college physics demontrative experiments to students majored in liberal arts

Zhou Julin，Mei xiaoan，Li Bei，Zhou Hualin
（School of Physics and Electronic，Hunan Institute of Science and Technol，oYgyueyang hunan414000，China）

It is analysised the characteristics of college physics demontrative experiments to students majored in liberal arts and the benefits of electing college physics demontrative experiments are appointed out,the status quo of college physics demontrative experiments to students majored in liberal arts in our school is also stated。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.156

湖南省教育廳教改資助項目(2009257),湖南理工學院院級資助項目(2010KT16)

周菊林(1968-),女,湖南汨羅人,碩士,湖南理工學院物電學院高級工程師,主要從事大學物理實驗教學,研究方向:光學與熱學.的真陶冶學生，以物理學家的事跡感化學生。引導學生關注物理學與人類社會發展

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.142