大學物理中“理論教學與演示實驗結合”新模式的探索與實踐

何林李　王艷偉

摘 要 課堂演示實驗在大學物理教學中有著非常重要的作用。該文把傳統的演示實驗范疇擴展到實物、多媒體、仿真演示實驗這三種模式，并提出多種演示實驗模式間相配合的有效方法。

關鍵詞 理論教學 演示實驗 多媒體 仿真

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.01.036

0 引言

物理學是一門以實驗為基礎的學科，①其概念、規律都是在實驗的基礎上總結概括出來的。物理教學的目的在于讓學生相信科學并激發其對科學的興趣、真正理解和把握物理規律、培養學生的實踐動手能力和創造思維能力。如何培養學生的這些能力，激發學生學習物理的興趣與積極性呢？最有效的辦法是把理論教學與物理實驗結合起來，而課堂演示實驗則最能反映這一結合，是物理教學中不可缺少的教學手段。②課堂演示實驗是指教師利用課堂時間為學生演示操作，并通過教師的啟發引導，幫助學生對實驗進行觀察、思考和分析，以達到一定教學目的教學方式。③

對比國內外大學物理演示實驗教學的發展現狀，我國課堂演示實驗的整體發展來看仍處于初級階段。除了少數幾所重點大學以外，國內大多數的一般院校在大學物理教學模式基本上是通過板書和多媒體課件，由教師介紹理論、推導理論、得出理論結果。學生方面普遍反映：大學物理課抽象、枯燥、難理解，對物理課的學習興趣不大。以溫州大學為例，學校也在實驗室開設了相應的大學物理實驗，但這類實驗大都是驗證性的實驗，缺少啟發性。學生一般要做的是先讀懂實驗原理，再按照實驗步驟進行操作，最后記錄數據、驗證結論就可以了，致使學生學習興趣不高。因此，大學物理實驗仍不同于課堂演示實驗，不能代替演示實驗在物理教學中的重要地位，我們有必要從學校及學生的自身情況出發，對課堂教學進行改革與探索，形成一套自己的、完整的理論與實驗結合的教學新模式。

1 課堂演示實驗的新模式

首先，我們拓展了傳統演示實驗的范疇，將演示實驗分為以下三種模式：實物演示實驗、多媒體視頻演示實驗和仿真動畫演示實驗。

（1）實物演示實驗。即讓學生實實在在接觸到實驗儀器裝置并同步觀察到實驗現象。實物演示實驗所用儀器和設備要盡量簡單、輕便；演示現象須直觀、明晰；演示過程時間要短且可見度高，以培養學生的觀察與分析問題的能力。

（2）多媒體演示實驗（視頻）。即事先對實驗操作過程進行攝像，邊演示邊通過多媒體視頻展示。主要是針對那些實驗儀器設備過小，現象不易觀察，或儀器過大，不易搬到課堂的情況，可以借助多媒體展示實物演示所無法呈現的物理過程，從而突破時間以及空間的束縛，同樣將物理過程生動形象地展現于學生眼前。

（3）仿真演示實驗（模擬動畫）。即通過計算機技術和一定的硬件設備生成一個虛擬的實驗環境，逼真的模擬出實驗操作的整個過程，可實現更靈活的操作。虛擬的仿真演示實驗在各方面都有著一般實物實驗難以達到的效果，是實物演示實驗的現代化補充。

其次，由于受課時數的限制，不是所有的大學物理教學內容都配合課堂演示實驗。我們需要針對性地選擇重點章節，實施理論與實驗結合的教學模式。例如，針對電子專業的學生，課堂演示實驗應側重于電磁學部分的內容，讓學生感到與自己專業的密切聯系，更加提高了學習興趣。

同時為緊密結合大學物理理論教學的內容，需要分階段性地開設各種模式的課堂演示實驗，包括實物、視頻和動畫演示。將傳統的實物演示與現代化的視頻及仿真動畫演示實驗有效地結合起來。如具體安排：在講授某一部分理論知識之前，教師先這部分知識涉及的實驗進行實物演示或多媒體視頻播放，并給學生提出一些思考題。當學生學了這部分理論知識后，要求學生根據所學的理論知識回答以上思考題，并加以應用推廣。然后教師在課堂上再播放相關的仿真動畫實驗，并引導學生對所學知識進行總結與概括。因此，通過實物演示或視頻演示—理論課—仿真動畫演示這一過程，學生探索性地完成了這部分理論知識的學習及其應用。

例：光的衍射。

光的衍射現象在現實生活中是十分普遍的，當我們透過兩個手指之間的縫隙注視電燈燈絲時，使縫與燈絲平行，可以看到燈絲兩旁有明暗相間并帶有彩色的平行條紋。在理論課講述光的衍射原理之前，教師先在實驗室將這部分知識所涉及的經典實驗拍攝成視頻并于課堂中播放，如圖1所示。學生看到：當單色平行光照在狹縫上，逐漸減小狹縫的寬度，光斑邊緣就變得模糊，逐漸在屏上出現明暗相間的條紋，并且狹縫寬度越小，條紋間距就越大。觀看實驗后，老師提出相關思考題：什么是光的衍射現象？其產生條件是什么？用什么原理來解釋？列舉現實生活中光的衍射現象？理論課上教師詳細介紹了惠更斯-菲涅爾原理，以及菲涅爾半波帶法等理論知識，學生自然可以回答剛才教師提出的思考題，并推導第k級明條紋的寬度公式：△ = ，其中為縫寬。學生還列舉實際生活中光的衍射現象，如陽光下五彩繽紛的肥皂泡，雨后馬路邊水面上的彩色條紋，高溫處理后的金屬的表面呈現美麗的藍色等等。接著，教師再播放仿真動畫實驗，如圖2所示，讓學生觀察條紋位置及寬度與光波波長、縫寬之間的定性關系，以加深對該公式（△ = ）的理解。

圖1 光的衍射現象—實物演示實驗

圖2 光的衍射現象—仿真動畫演示實驗

2 教學實踐中的幾點思考

2.1 邊演示、邊探討

課堂演示實驗不僅僅是為了提高學生的學習興趣和獲得直觀的感性認識，更重要的是啟發學生思維，發展學生的認識能力。我們必須從思想上重視演示實驗的重要性。學生不再是觀察者、被動地接受教師所講的實驗原理和方法，記住實驗步驟與實驗結果。在進行演示實驗時，應采用與學生討論分析的方法，邊演示邊提出疑問，與學生共同探索其中的物理規律，并對實驗現象進行應用推廣，引導學生思考實際生活中還有哪些類似的實驗現象。

2.2 教與學的互動，發揮學生的主體作用

傳統的演示實驗就是教師演示，學生只看不參與，學生有種“看熱鬧”的心態。真正有效的課堂演示實驗，應是教師示范與學生參與相結合。鼓勵學生積極參與演示實驗，通過教師的指導，可以培養他們的實際操作能力。同時，學生通過親自動手，也可以加深對實驗的進一步認識與學習興趣。

2.3 多種演示實驗模式相配合

有時往往受實驗器材、空間、時間的限制，無法讓學生都觀察到實物演示實驗全國過程，為了不影響教學效果，我們可以事先在實驗室錄制實驗過程，制作成多媒體視頻演示實驗，④同樣可以讓學生觀察每個細節，有助于物理知識的掌握；而對有些無法直接觀察、不能事先錄制的實驗，可以應用flash、auto-cad、authorware等計算機軟件進行模擬，制作成仿真動畫實驗， 從而使本來單一的演示實驗變得多樣化，對教學效果和教學質量的提高也能起到積極的促進作用。

3 結束語

課堂演示實驗是指教師利用課堂時間為學生演示操作，并通過教師的啟發引導，幫助學生對實驗進行觀察、思考和分析，以達到一定教學目的教學方式。在教學實踐探索中，我們打破了傳統的演示實驗范疇，充分利用多媒體技術，引入了多種有效的、相互配合的演示實驗新模式：實物演示實驗，多媒體演示實驗，仿真動畫演示實驗。把理論教學與物理實驗結合起來的大學物理課堂演示實驗教學中，學生不僅是實驗的觀察者，更是參與者和討論者。課堂演示實驗在大學物理教學中起著積極的促進作用，也可以培養學生理論聯系實際、創新精神和實踐操作能力。

注釋

① 類維平.物理實驗教學技能[M].哈爾濱：東北林業大學出版社，2004：59-66.

② 毛巍威，包剛.大學物理演示實驗立體化教學體系的建設[J].大學物理實驗，2009.22（4）：106-108.

③ 左春英，溫靜，關曉燕，王樂新，陳麗梅.大學物理理論與現象相結合的教學最佳模式的探索[J].大學物理實驗，2010.23（4）：97-99.

④ 周小紅，吳平，王莉，張曉，王慧.對大學物理理論課與演示實驗及其視頻相配合的新模式的探索[J].物理與工程，2009.19（4）：32-34.