大學物理演示實驗教學模式的改革與實踐

摘 要 本文闡述了大學物理演示實驗教學中，加強課堂演示實驗、建設物理探索演示廳和開設物理探索演示實驗課等方面的改革與實踐，通過建立課堂演示與課外實踐相結合、演示性實驗與探索性實驗相結合的實驗教學模式，激發學生的學習興趣、拓寬學生的視野，培養學生的科學素質和創新能力。

關鍵詞 演示實驗 物理演示實驗教學 物理探索演示廳

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

0 引言

大學物理是一門培養和提高學生科學思維方法、科學研究能力和創新意識的重要基礎課程，演示實驗是大學物理教學中最具活力的內容，隨著教學改革的深入，演示實驗越來越被人們重視，理論和實踐并重、相輔相成、有機融合是大學物理教學的新模式。①為更好地配合大學物理教學，我們在加強課堂演示實驗、建設物理探索演示廳和開設物理探索演示實驗課等方面進行了探索與實踐，建立課堂演示與課外實踐相結合、演示性實驗與探索性實驗相結合的演示實驗教學模式，從而充分發揮大學物理演示實驗應有的作用。

1 大學物理演示實驗教學模式的改革與實踐

1.1 強化課堂演示實驗，將實物演示與多媒體演示有機結合

增設多項演示實驗項目，豐富課堂演示教學內容，演示實驗緊密配合講課的重點和難點。例如，在力學部分，中學沒有學習角動量的概念，我們利用“茹可夫斯基椅”、“直升飛機模型”、“進動儀”等多個裝置來演示角動量守恒、進動現象；在振動與波部分，駐波的特點、反射點形成波節、波腹往往難于理解，利用駐波演示器、弦線駐波等進行演示，使學生直觀地觀察到這些現象，從而輕松地突破難點。實物演示能夠給學生真實的感受，同時進行講解，學生印象深刻，教學效果很好。

對于一些不適合實物演示的特殊物理過程和現象，可利用多媒體動畫和計算機模擬來進行演示，生動形象地展現物理過程，如：可以模擬微觀粒子的無規則運動，小球的運動軌跡、熱機的工作過程等。講授駐波時，先用弦線駐波演示儀進行演示，使學生對駐波的波腹與波節有直觀認識，而學生對駐波形成的過程很難理解，可以用計算機模擬演示。在講解光的干涉和衍射時，可以利用動畫演示光波干涉和衍射的形成過程。在大學物理教學中將實物演示與多媒體演示有機結合，一方面能夠克服演示儀器數量不足、現象不明顯、可觀察范圍小的局限性，另一方面可互為補充，使學生能夠深刻理解物理規律，激發學生的學習興趣，加深對理論知識的理解。

1.2 建設物理探索演示廳，創建課外學習探索的環境

為使大學物理演示實驗在時間和空間上得到進一步延展，為大學生創造良好的課外學習物理的環境，我校于2007年建成物理探索演示廳，該廳整體為橢圓形復式結構，使用面積約600m2，廳內凈高11.5m。目前擁有設備100余臺件，設備總值70多萬元。演示實驗覆蓋了力學、熱學、光學、電磁學、近代物理以及物理原理在高新技術中的應用等內容。物理探索演示廳中既注重物理圖像和物理概念的定性展示，又突出物理原理，集展示性、探索性和趣味性于一體，每項實驗都力求以簡單的形式來揭示復雜的科學原理。課外學生進入物理探索演示廳學習、參觀，使學生能夠接受更多課堂所接觸不到的物理現象和趣味性的物理實驗，從而激發學生的學習興趣和創新精神。物理探索演示廳已對全校本科生長期開放，也為其他院校學生、全市中小學生及社會團體定期或預約開放，為學生提供一個開放的學習環境，可以很好地配合大學物理理論教學，突破課堂演示實驗的局限。經過多年建設，物理探索演示廳2010年被評為“黑龍江省科普基地”，2012年已被評為“全國科普教育基地”。

1.3 開設物理演示實驗課，豐富物理教學體系

為彌補大學物理課堂演示的教師操作為主、學生參與少、課內學時有限等不足，我校利用物理探索演示廳為學生開設演示實驗選修課程，將課堂演示實驗與課外實踐性實驗結合，豐富了大學物理教學體系。學生可以通過親自動手操作演示實驗，不僅能對所學知識加深理解，而且能夠提高實際操作能力、實驗設計能力和觀察探索能力，比僅僅觀察教師演示印象更深、收獲更大。②我校利用建成的物理探索演示廳，面向理工科學生開設“物理探索演示實驗”全校選修課（16學時），5年有2400余名學生選修了這門課程。在 “文科物理”課程（文科專業）和“人文物理”課程（全校選修）中均開設8學時的演示實驗。

物理演示實驗課采用分組實驗的方式進行，將學生分為10～15人左右的小組。在指導教師集中講解相關理論知識、明確實驗要點及操作注意事項后，由學生自行動手操作，觀察物理現象、做出解釋并對一些實驗儀器提出改進意見。我們將演示實驗項目按力學、熱學、電磁學、振動和波、光學和近代物理等知識結構劃分為6個系列實驗。力學實驗包括角動量守恒定律、機械能守恒定律、進動、液體的表面張力、風阻、舉力等。熱學實驗包括概率分布、麥克斯韋速率分布、熱機與制冷機原理等。電磁學實驗包括尖端放電、靜電現象、平行板電場分布、高壓放電及渦流效應、平行線圈間的磁場分布、電磁感應等。振動與波動實驗包括共振、弦線駐波、簡諧振動合成等。光學實驗包括視錯覺、光的反射、干涉、衍射和偏振、光通信現象等。近代物理實驗包括低溫超導體的邁斯納效應、新能源、激光無線通信、全息照相的特點等。

1.4 建立演示性與探索性實驗相結合的實驗教學模式

在原有的演示性實驗項目的基礎上，開設一些探索性的實驗項目，建立學生充分參與、體現個性化學習的演示性實驗與探索性實驗相結合的教學模式。探索性實驗主要以教師引導為主，采用靈活的輔導方式，要求學生細致觀察實驗現象，定性或定量測量實驗結果，課后查找資料，探究實驗原理，做出相應的軟件設計或改進的儀器，并寫出研究報告或論文。③如：可以利用熱機實驗進行熱機及致冷機的P-V曲線的研究；利用空氣動力儀驗證流體力學的伯努利方程，研究各種結構的流體力學性質等。許多學生對探索性實驗充滿好奇，能夠對一些項目進行深入的研究和探討，取得了較好的效果，如：劉鵬利用傅科擺實驗裝置詳細研究了傅科擺運動規律，對傅科擺運動軌跡進行數值模擬，并撰寫了研究報告；何江濤利用€%a調制實驗儀完成《€%a調制的原理及實驗》1項，自行采用雙光束干涉的方式自制了€%a片。

2 結束語

理論教學與實踐教學并重是我們一貫堅持的教學理念，在大學物理教學中配合物理演示實驗，將實物演示與多媒體演示有機結合，建成物理探索演示廳，突破課堂演示實驗的局限，開設物理演示實驗課，進一步豐富物理教學體系，建立課堂演示與課外實踐相結合、演示性實驗與探索性實驗相結合的大學物理演示實驗教學模式。演示實驗現象直觀、操作簡單，受到學生普遍歡迎，通過實驗，加深了學生對物理知識的理解和記憶，也激發了他們和學習熱情，拓寬學生的視野，有效地提高學生的科學素質和創新能力的培養。

注釋

① 梁法庫，路峻嶺，汪榮寶.演示實驗在大學物理教學中的積極作用[J].物理與工程，2002.12（2）：28-30.

② 劉潤茹，韓也.大學物理演示實驗課的新探索[J].長春大學學報，2004.14（4）：94-95.

③ 鄧柏昌，屈曄，劉偉峰，黃林峰.科學研究和大學物理演示實驗融合的探討[J].實驗技術與管理，2012.29（7）：167-169.