大學物理課堂演示實驗應定位在科學性實驗*

張伶莉　王曉鷗　韓 權　靳辰飛　駱素華

(哈爾濱工業大學物理系　黑龍江 哈爾濱　150001)

*哈爾濱工業大學教學研究項目，編號：HIT201401；黑龍江省高等教育教學改革項目，編號：JG2014011178，JG2013010239；黑龍江省教育科學“十二五”規劃2012年度省重點課題，編號：JJB1212030

大學物理課堂演示實驗應定位在科學性實驗*

張伶莉王曉鷗韓 權靳辰飛駱素華

(哈爾濱工業大學物理系黑龍江 哈爾濱150001)

*哈爾濱工業大學教學研究項目，編號：HIT201401；黑龍江省高等教育教學改革項目，編號：JG2014011178，JG2013010239；黑龍江省教育科學“十二五”規劃2012年度省重點課題，編號：JJB1212030

摘 要：目前大學物理課堂教學中演示實驗通常用于演示物理現象，沒有充分發揮出演示實驗的作用．本文指出，演示實驗應定位在科學性實驗．為此，課堂演示實驗的設計要體現出物理的嚴密性、科學性，在驗證理論知識的同時，讓學生也學會科學的分析方法與實驗方法．學生應作為大學物理演示實驗的主體，參與到演示實驗的操作、數據采集、分析中；教師在課堂教學中主要是提出問題、啟發思路和引導爭論，充當實驗操作員與引導學生的角色．

關鍵詞：大學物理演示實驗科學性實驗

物理學是一門以實驗為基礎的自然學科．縱觀物理學的發展過程，每個物理概念的建立、每個物理規律的發現，都有其堅實的實驗基礎．而物理教學將物理現象作為研究對象，學生對物理概念的認識、理解和掌握，要依靠對物理現象的感知．一直以來，在物理理論的教學中借助于實驗來再現物理過程、驗證物理規律是必不可少的教學手段．這種輔助理論教學的實驗被稱之為演示實驗．演示實驗在大學物理教學中占有十分重要的地位．演示實驗以直觀生動的方式讓學生理解物理規律從而給學生留下深刻的印象，激發學生對物理的學習興趣[1,2]．

目前國內各高校大學物理教學模式已由教師以粉筆在黑板上作理論推導得出結論的單一模式轉變為課堂教學輔以課堂演示實驗、實驗教學錄像等多手段的教學模式[3,4]．在教師的上課效果和學生的反饋中，大學物理課堂演示實驗的效果非常良好，不僅給教師的講解帶來方便，又極大地激發了學生學習的積極性．

1國內大學物理課堂演示實驗教學現狀分析

近幾年的調研中發現，目前在國內各大高校大學物理教學中，演示實驗在課堂教學中起到的最大作用就是現象演示，通過有趣的現象調動課堂的氣氛，使得學生感覺課堂較有意思、不枯燥．但如果課堂演示實驗的作用僅限于此，還遠遠沒有發揮出它應有的作用．演示實驗可以分為現象演示實驗和半定量測量實驗[5]．而半定量測量實驗在培養學生的觀察能力、操作能力和理性思維的科學習慣等方面起著重要的作用．在大學物理的課堂演示實驗中應充分發揮這樣的作用，而不僅停留在現象演示．

目前很多教師在講臺上做演示實驗像演員上臺表演，臺下反復練習，找到最佳條件最佳狀態上臺，一出現象成功，否則覺得顏面盡失；學生在臺下像看演出，看到現象，感覺挺好玩，否則嘩然一片．學生對在演示實驗中為什么會出這樣的實驗現象，為什么與理論相符，有時為什么實驗現象與教材不同，都一知半解，或者根本沒有考慮過．教學過程教師做得過多，學生參與性太少，思考得太少．長期這樣表演的演示實驗勢必嚴重影響到他們的想象力和創新性的拓展．同時會給學生一個物理學習的最大誤區就是——只有出現教科書中說的現象的實驗才是成功的實驗，否則就是失敗的實驗，失敗的實驗是完全沒用的．大家不要忘了：多少次物理的重大進展不是在捕捉到新的實驗現象后理性分析中獲得的．現在很多對比中外學生的資料都提到中國的學生邏輯思維能力強，但一到科研中就沒有創新思想．根源就在于中國教師將所有的知識都詳盡的教給學生，就像將嚼過的飯喂給學生，學生自己根本沒有思考、沒有鉆研．

大學物理課程是理工科學生的必修基礎課，這門課不僅要傳授基本概念、基本理論，更重要的是要傳授給學生處理問題的理性思考方式，使學生能在紛繁復雜的現象中找到影響事物的關鍵因素，以及事物演變過程中蘊含的最基本的規律．而對課堂演示實驗的理性分析就是最佳的教學示范．演示實驗中既有滿足基本原理的條件、又有環境因素、人為因素等干擾，是非常好的演練物理分析對象．如能很好地引導學生科學的、嚴密的分析演示實驗，對學生的學習能力、科研分析能力都是很好的鍛煉，并會對大學物理教學的發展起到很大的促進作用．

2大學物理課堂演示應定位在科學性實驗

大學物理的課堂演示實驗教學中，演示實驗應定位在科學性實驗；學生應作為大學物理演示實驗的主體，參與到演示實驗的操作、數據采集、分析中；教師在課堂教學中主要是提出問題、啟發思路和引導爭論，充當實驗操作員與引導學生的角色，絕不“抱”著學生走．教師要注重在物理教學中培養學生細致的觀察能力、理性分析的能力、誤差分析能力．合理地安排演示實驗教學不僅可以授人以知識與技術,同時還可以培養學生動手能力和分析、解決實際問題的能力．大學物理教學中的演示實驗定位在科學實驗，課堂演示實驗的設計要體現出物理的嚴密性、科學性，在驗證理論知識的同時，讓學生也學會科學的分析方法與實驗方法．

2.1幾個物理演示實驗的設計

以下列出一些能體現物理嚴密科學性的大學物理演示實驗設計.

(1)振動一章中單擺部分．

傳統的介紹方法就是從單擺的動力學方程入手最終給出單擺的周期公式

傳統的介紹方法就是從單擺l越長周期越長的感性認識．科學性的單擺演示實驗設計如下．首先選擇一下大的臺式秒表，全教室大部分同學應該都可以看到，并在實驗之前向全班同學介紹秒表的精確位數．選擇較大的單擺裝置(例如老式掛鐘)，前提必須教室中同學可以看清楚它的每次擺動．實驗開始前要精確測量擺長的長度、擺球的質量．教師將擺球拉開偏離平衡位置從靜止釋放，同學開始幫老師計時，在幾個周期后記錄時間．讓學生參與到實驗的操作和記錄中．然后重復以上的實驗過程，多記錄幾組數據．但這個時候要讓學生明白這個過程不是徒勞的，它的作用就是降低實驗誤差．教師在操作中的嚴謹態度直接影響到學生以后學習的態度．最終實驗后給出單擺的周期．將實驗的周期值與理論公式計算值進行對比，讓學生自己分析它們出現差別的原因，并根據結果提出改進實驗裝置的方法(實際，無論如何改進實驗裝置理論值與實驗值的差別都是無法消去的，是由于重力加速度g帶來的．這會讓學生知道所有的實驗都要受到所處的環境的影響，沒有完全理想的實驗．這對學生以后科研的教育意義可能比一些公式都重要)．此實驗中同時可以改變擺長、改變擺球質量重復實驗，讓學生對比實驗結果，并給出相應的解釋．在整個實驗過程中學生充當實驗者，實驗數據的采集、實驗數據的處理、實驗數據的分析都要讓學生參與；而教師在整個實驗中就只是動手操作、引導學生．這樣學生不僅可以根據實驗更加利于理解理論分析的結果，同時也對學生進行了科學實驗的教育．在以后學生自己進行科學研究時，學生也能注重實驗的嚴密與數據分析．

(2)流體力學一章伯努利方程原理部分

傳統的介紹方法是將伯努利方程的結論給學生，然后進行反復的計算，學生感覺公式背得很熟，但實際問題不會分析．在此處，我們設計一個自制的演示實驗引導學生自制噴霧器，通過學生的參與更深刻地理解伯努利方程．噴霧器是根據伯努利原理制作的，在同一流管里流速大的位置壓強小，流速小的位置壓強大，因此流體會自高壓流向低壓．拿一小口瓶裝半瓶水，并在水中插入一個空筆芯，將一個空筆桿的小口對準空筆芯口，并固定好．用嘴對準筆桿用力吹氣即可看到水霧從噴口射出．當空氣從小孔迅速流出時，小孔附近的壓強小，容器里液面上方的空氣壓強大，液體就沿小孔下邊的吸管升上來，從細管的上口流出后，受氣流沖擊，噴成霧狀．這樣的演示實驗簡單易行，所需材料學生輕易可得，會讓他們感覺物理離他們的生活很近很近．

(3)光學一章中線偏振光部分

傳統的介紹方法是將各種偏振態的光的性質介紹，學生經常對偏振光的理解很模糊，并且覺得和生活離得很遠，用處不大．實際上線偏振光在我們生活中常用到，例如我們經常會用到的計算器顯示屏．科學性的線偏振光演示實驗設計如下．首先拿出一個計算器或者手機，讓學生知道它們的顯示屏顯示原理利用得的就是線偏振光．選取一個大的水平排列的液晶盒(顯示屏的核心部分)(液晶盒的制備很簡單，可以自制)，放在線偏振光下觀察(起偏器與檢偏器)，可以通過偏光顯微鏡的數據輸出到電腦上給同學們呈現．固定起偏器，精確旋轉檢偏器．學生自己會發現每轉過90°，輸出光就從最亮變到最暗，使學生明白線偏振光的特點，以及起偏器、檢偏器的作用．然后將輸出光信號通過光纖傳入電腦，讓學生記錄輸出光最亮的光強與最暗的光強的相應數據，根據結果討論馬呂斯定律．以上的演示實驗中涵蓋了有關線偏振光所有的知識點，經過這樣學生親臨的實驗討論，學生會對線偏振光的性質、用途、操作有個全面的認識．

2.2如何提高演示實驗的科學性

總的來說，科學性的演示實驗的基本原則，要求學生親身參與到演示實驗中，在實驗中不僅觀察，還要負責實驗的制作、實驗的操作、實驗數據的采集處理、以及理論的分析，要讓學生認真的對待演示實驗，而不僅是看熱鬧．當然如果課堂教學中演示實驗要達到這樣的要求，教師必須提前做如下工作．

(1)首先教師應該認識到演示實驗在大學物理教學中的重要性．將演示實驗的著眼點放在培養學生用實驗方法解決物理問題的能力上，而不是局限在知識的傳授和技能的訓練范圍內．

(2)緊密結合教學內容，提前設計好演示實驗．根據每學期大學物理教學內容,按照大學物理教學大綱的要求, 設計課堂演示實驗．設計的演示實驗要求與課堂教學內容緊密聯系，增加自制實驗的比例．因為大量簡單明了的自制演示實驗，能讓學生親自去感受和體驗，用最簡單的東西去展示最基本的原理和概念．只有教師和學生發揮廣泛的積極性，創造性地利用日常生活里的用具進行演示實驗的教學，演示實驗才有很強的生命力和活力．

(3)在大學物理教學的演示實驗中堅決杜絕只演示，不探討．演示實驗中要求教師不能僅注重現象，更應注重引導學生進行實驗分析．傳統的演示實驗就是教師演示，學生只看不參與，演示實驗在物理教學中沒有發揮應有的作用．然而演示實驗不僅僅是為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，激發學生的創新意識．在進行演示實驗時，應采用與學生討論分析的方法，邊演示邊討論，與學生共同探索物理規律，給學生以方法論及思維品質培養 ．

3結束語

大學物理課堂演示實驗不僅對大學物理教學起著積極的促進作用，提高理論教學的質量，同時也可以啟發學生思維，培養學生理論聯系實際、理性分析問題的能力，為學生將來從事科學研究打下良好的基礎．應該針對演示實驗的特點，教學過程中采取合適有效的教學方法，充分發揮出大學物理課堂演示實驗的作用．而大學物理教學改革的進行，教師首先要在主觀上改變對傳統大學物理演示實驗教學的認識，改變原有的教學觀念，勇于付諸于教學實踐才能取得突破性進展．

參 考 文 獻

1金桂，黃小益，姚敏，等. 在大學物理演示實驗教學改革中培養學生的創新思維能力. 物理通報, 2014(5):22～25

2范志強.大學物理演示實驗教學模式的探討與實踐. 實驗實踐教學，2012(1):105～106

3盧榮德，程福臻，孫臘珍，等. 大學物理演示實驗動感創新教學平臺的探索與實踐. 物理實驗教學， 2011 (1):42～45

4李明.對加強和改進大學物理教學中多媒體技術的探討. 大學物理，2005(24):48～50

5周風帆，王浩程.大學物理演示實驗的價值重構. 大學物理，2011(30):46～50

The University Physics Classroom Demonstration Experiment

Should be Positioned in Scientific Experiments

Zhang LingliWang XiaoouHan QuanJin ChenfeiLuo Suhua

(Department of Physics,Harbin Institute of Technology, Haerbin,Heilongjiang150001)

Abstract:At present, the demonstration experiment of college physics is often used to demonstrate the physical phenomenon, which doesn’t fully play the role of the demonstration experiment. Demonstration experiment should be positioned in scientific experiments. The classroom demonstration experiment design should reflect the strictness and scientific nature. The demonstration experiment not only verifies the theory knowledge, but also lets students learn the scientific analysis method and experimental method. As the main body of college physics demonstration experiment, students should participate in the demonstration experiment operation, data acquisition and analysis; Teachers in the classroom is mainly to question, inspire thinking and guide the debate, and acts as the experiment operator and guides the student.

Keywords:College physics;demonstration experiment;Scientific experiments

收稿日期：(2015-03-18)

作者簡介：張伶莉(1980-)，女，博士，副教授，從事大學物理教學研究和液晶光學器件研究.