研究型演示實驗教學的探討

劉輝蘭

（德州學院物理與電子信息學院，山東德州253023）

研究型演示實驗教學的探討

劉輝蘭

（德州學院物理與電子信息學院，山東德州253023）

研究型教學是對高校教學的本位回歸.大學生已經具備一定的知識儲備，不應該只是接受知識，而應該豐富其知識，培養(yǎng)其發(fā)現問題解決問題的綜合能力和創(chuàng)新性思維，所以高校教學應該是研究型的教學，而不應該是灌輸型的.文章分析了研究型演示實驗教學的意義和目標，并以角動量的綜合演示為例論述了在演示實驗教學中如何有效地進行研究型教學.

演示實驗；教學

黨的十八大明確提出“教育是民族振興和社會進步的基石，要堅持教育優(yōu)先發(fā)展”.高校是人才培養(yǎng)的搖籃，承擔著為建設人力資源強國，為增強我國國際競爭力和實現中華民族偉大復興而培養(yǎng)高素質專門人才和創(chuàng)新型人才的重要使命.為了更好的完成這一使命必須深化教學改革，實現高等教育的創(chuàng)新.高等教育的創(chuàng)新關鍵在教學方法和教學模式的創(chuàng)新，而研究型教學是一種有利于學生實踐能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的最為有效的方法.研究性教學是對高校教學的本位回歸.大學生已經具備一定的知識儲備，不應該只是接受知識，而應該豐富其知識，培養(yǎng)其發(fā)現問題解決問題的能力，所以高校教學應該是研究型的教學，而不應該是灌輸型的.

1 演示實驗教學中研究型教學的意義

物理學是一門實驗學科，實驗是物理學的基礎,是檢驗物理理論的標準，所以物理教學離不開實驗教學.而演示實驗是物理教學中重要的教學手段和有效的教學形式，在大學物理教學中具有獨特的、其他教學手段無法替代的作用.演示實驗可以明確直觀地表達物理學的思想和方法，揭示和展現抽象的物理過程,使學生透過現象體會理論,從形象理解抽象.而研究型的演示實驗教學能更好的發(fā)揮演示實驗的教學作用，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新性思維.

1.1 研究型教學有利于學生綜合能力的培養(yǎng)

傳統(tǒng)的演示實驗教學是教師的“灌輸式演示教學”和學生的“接受式學習”，存在諸多弊端.傳統(tǒng)的演示實驗教學的目的在于演示物理過程，強調操作演示的流程和實驗現象的觀察.因此，課堂上學生只知死記操作流程，按照老師要求木然的觀察實驗現象，缺乏探究的意識以及批判性質疑和創(chuàng)新，嚴重影響并制約了學生創(chuàng)新思維和實踐能力的培養(yǎng).而研究型演示實驗教學的目的在于培養(yǎng)學生的研究意識和探究能力，激發(fā)科研興趣，培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新性思維.研究型演示實驗教學把教師引導和學生實踐有機結合，注重培養(yǎng)學生發(fā)現問題和創(chuàng)造性地分析解決問題的能力；注重根據教學內容和學生的認知水平進行因材施教，強調發(fā)動學生主動參與教學過程，積極啟發(fā)學生主動進行思考，引導學生密切結合自己掌握的理論知識去積極探索未知世界，既授學生以“魚”，更授學生以“漁”.研究型教學作為一種教學模式或教學理念，在“教”和“學”的全過程都貫穿著研究型的特征.

1.2 研究型教學有利于學生的個性發(fā)展和創(chuàng)新精神培養(yǎng)

21世紀大學教育人才觀和質量觀的核心是培養(yǎng)和造就有創(chuàng)新精神的高素質人才.個性發(fā)展是全面發(fā)展的核心，也是創(chuàng)新精神的重要基礎.研究型演示實驗教學重視大學生個性、和興趣愛好的發(fā)展.在教學過程中，教師在尊重學生不同個性差異的基礎上，根據學生的個性特點，結合專業(yè)知識，進行個性化演示實驗教學，進一步發(fā)展學生的某些特長，塑造其獨立人格.通過這種因材施教的教育，學生培養(yǎng)了獨立分析問題和解決問題的能力，進一步提高了自己的科學批判精神和對知識的探索發(fā)現能力，并最終形成創(chuàng)新精神.

2 研究型演示實驗教學的主要目標

結合研究型教學的特征和演示實驗教學在物理教學中的作用和重要性，本人認為研究型演示實驗教學的主要目標為：一是改變傳統(tǒng)的“灌輸式教學”和學生的“接受式學習”，通過對實驗內容和實驗過程的研究培養(yǎng)學生的研究意識和探究能力，激發(fā)科研興趣.強調形成積極主動的學習態(tài)度，使獲得基礎知識與技能的過程同時成為學會學習和形成正確價值觀的過程.二是加強實驗內容與學生生活及現代社會科技發(fā)展的聯(lián)系，改變學生機械模仿、死學課本的現狀，倡導學生主動參與、樂于探索、勤于動手，培養(yǎng)學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力.

3 有效地進行研究型演示實驗教學

研究型演示實驗教學要重視問題式學習和主動式學習，做到整個教學過程是一個全員參與的過程，體現出主體性、合作性、研究性、開放性和創(chuàng)新性的特征.

3.1 對實驗內容進行研究

在實驗過程中不能盲目地進行研究型教學，教師應當首先對實驗內容進行研究、甄別、判斷、提升，然后引導學生通過實驗進行探究，得到結論，獲取知識.例如，角動量是描述物體轉動狀態(tài)的一個物理量，也是一個比較難理解的物理量，為了幫助學生理解該物理量，利用角動量多功能演示儀演示定軸轉動過程中影響角動量大小的因素，以及與角動量有關的規(guī)律，實驗儀器如圖1所示.對該實驗，作者是這樣設計的：首先提出讓學生通過實驗探究的問題：（1）飛機定軸轉動時，施加在飛機上的力什么情況下對軸的力矩為零？（2）角動量和力矩的關系？（3）飛機尾翼的作用？（4）角動量守恒的條件？（5）芭蕾舞演員旋轉動作中的物理理論？然后提醒學生實驗操作中應注意的問題，以免損壞儀器，最后引導學生自己動手演示實驗，通過實驗回答以上問題，并鼓勵學生發(fā)現、提出新的問題.

圖1 角動量多功能演示儀

3.2 實驗過程中充分發(fā)揮學生的主觀能動性

采用研究型教學方法必須研究教學本身的規(guī)律和特點以及學生的認知規(guī)律，把握好教學過程.仍然以上述實驗為例，本實驗的教學在于提供感性材料，形成概念，導出規(guī)律，這一類演示實驗的層次一定要分明，條理必須清楚.對于問題（1），根據力矩是改變轉動狀態(tài)的原因，引導學生沿不同方向對直升飛機施加力的作用，總結出在什么情況下施加的力不能改變直升飛機的轉動狀態(tài)，則在該種情況下力對軸沒有力矩（如圖a）；對于問題（2），在問題（1）的基礎上，當力可以改變直升飛機的轉動狀態(tài)時，說明力對軸有力矩，因為轉動狀態(tài)用角動量描述，轉動狀態(tài)變化意味著角動量變化，從而總結出力矩和角動量的關系，通過調節(jié)飛機尾翼的轉速進一步演示力矩和角動量的關系，總結出角動量定理；對于問題（3），實際中機身的旋轉隱藏著不安全因素，為了防止機身旋轉，根據問題（2）中得到的結論，調節(jié)飛機尾翼轉速，空氣對飛機尾翼的反作用力產生的力矩阻止機身旋轉，使其保持平衡；改變尾翼轉速，機身將會改變方向，通過實驗讓學生總結出直升飛機尾翼的作用；問題（4），在前面總結出的角動量定理的基礎上，讓學生回答角動量守恒的條件，然后分析通過調節(jié)旋鈕使螺旋槳由靜止到旋轉過程中角動量是否守恒，如果守恒將會出現什么現象，然后演示這一過程，判斷是否和分析一致；對于問題（5），引導學生分析芭蕾舞演員的旋轉過程（包括啟動、增大轉速、減小轉速，停止），提出問題：沒有外力矩，演員是如何改變轉速的？然后讓學生用雙輪組件實驗（如圖b），實驗前，提醒學生注意觀察在提起、放下輪子的過程中系統(tǒng)轉速的變化，分析引起轉速變化的原因以及影響角動量大小的因素，總結出芭蕾舞演員旋轉過程中蘊含的物理知識，進而回答問題（5）.

大學課程涉及面廣，知識點多，基本原理、定理、原則甚至有一些純粹的假說很難被學生接受，如果單純地被動學習，這些知識點一定會在學生的頭腦中無法形成完整的知識體系，最后導致拌糨糊.而以上演示實驗的研究型教學過程，讓學生能夠帶著某些問題去研究、學習，便會在頭腦中形成完整的知識體系，完成從點到線再到面的學習過程.

3.3 恰當總結、提升理論

實驗完成后，恰當的總結有利于知識理論的提升.首先，口頭回答老師在實驗前提出的問題，對提出問題還不能完全解決的，再進行個別指導.其次，對每個學生實驗中發(fā)現的問題和產生的疑問進行書面匯總，通過師生討論或實驗解決這些問題，從而提升理論.再次，對每個同學的新收獲進行共享.最后聯(lián)系生活實際，讓學生列舉生活中與角動量和力矩有關的現象，并用實驗中得到的結論分析解釋，從而培養(yǎng)學生解決實際問題的能力.

總之，研究型的演示實驗教學方法，不僅激發(fā)了學生的實驗興趣，而且真正做到了從實驗中來到實驗中去，即培養(yǎng)了學生觀察問題、解決問題的能力；同時也培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新思維能力.這種實驗教學方法便于學生對所學知識進行整體構架，做到了事半功倍.

〔1〕楊亞南.加強高校研究型教學的策略初探[J].武漢航海職業(yè)技術學院學報,2007(01).

〔2〕趙杰.大學基礎物理實驗[M].北京:北京航空航天大學出版社,2011.191-192.

〔3〕董澤芳.推進研究型教學提高本科教學質量[J].武漢生物工程學院學報,2009(01).

G642.423

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