大學物理演示實驗教學的探討與實踐

陳輝+張志強+李慶福

北京服裝學院

【摘 要】本文結合實際教學工作探討了大學物理演示實驗在大學物理教學中的作用，分析了適應我校情況的大學物理演示實驗在教學實踐中的方式。

【關鍵詞】大學物理；演示實驗；教學實踐

一、演示實驗在大學物理教學中的作用

物理學是一門實驗的科學，在物理學中，每個概念的建立、每個定律的發現都有其堅實的實驗基礎。因此教學中的演示實驗對促進學生理解物理概念、掌握物理規律有著十分重要的作用。演示實驗能使學生切身感受到支配物理現象的規律如何起作用，可以彌補理論教學上的不足[1]，通過演示實驗觀察現象來學習物理是一條有效的學習途徑。大學物理演示實驗的作用主要有以下幾點：

1. 增強知識學習的效果。

演示實驗可以使抽象、復雜、深奧的概念直觀化和形象化，從而使學生得到豐富的感性知識，加深對理論內容的理解和鞏固。

2.使學生養成良好的學習習慣。

演示實驗能培養學生在學習、分析和研究問題時實事求是的科學態度和刻苦頑強的工作作風。同時使學生能學到研究物理的各種實驗方法，為以后打下良好的實驗基礎，養成良好的學習習慣。

3.演示實驗能培養學生的創新思維的能力。

大學物理演示實驗是通過各種教學手段和實驗儀器，直觀再現物理現象給學生，使學生加深對物理概念的理解，從而達到培養學生的創新思維的能力。

二、大學物理演示實驗所面臨的實際問題

1.教師側重于知識傳授，忽視創新能力的培養

多年來我國的物理教學模式基本上由教師以粉筆在黑板上做理論推導，得出結論。這種方法下學生學習顯得很被動，積極性和學習熱情不高。這使得實驗性極強，且對提高學生分析、解決實際問題有極大幫助的大學物理課程，變成了實用性較差的、抽象的純理論假設課程。這在一定程度上導致學生一味追求理論成績，忽視了其他能力比如動手能力、實踐能力，尤其是科技創新能力的培養。

2.實驗儀器配置脫離教學實踐

演示實驗的根本作用是輔助大學物理的理論教學，實驗項目和實驗儀器必須緊扣物理教材，實驗必須有利用學生對物理規律和物理原理的理解，應當直觀或方便地演示出基本的物理現象。近年來，各高校相應地采購了一些物理儀器，充實了演示儀器的數量[2]，但有些儀器與大學物理結合得不緊密，使儀器使用率偏低。這使得演示實驗與理論教學相脫節。

3.教學過程中學生參與程度不夠

教師在演示實驗教學模式和安排上要求學生對物理原理、方法和過程的認識，很少專門給學生安排討論實踐和操作的過程。演示實驗有些是趣味性很強的實驗，如果能讓學生充分地參與實驗過程，使學生在獲得樂趣的同時還可以對理論知識掌握得更牢，使學生的積極性也會更高。

我校情況和大多數院校一樣，課堂演示實驗比較貧乏。因此，學生普遍反映大學物理課抽象，難理解，且與實際生活、工作無聯系，造成學生對物理課的學習熱情不高，教學質量較差。為了改善這種情況，我們將大學物理理論與演示實驗相結合來進行教學，取得了較好的教學效果。

三 、大學物理演示實驗的教學實踐方式

為了更好地完成教學過程，達到比較好的教學效果，我們在教學設計上做了很大的努力。根據演示實驗的特性，以及考慮到我們學校的實際情況，我們的教學設計過程以教師為主導，以學生為主體來實現。

1.教學內容。

結合我校大學物理課程的教學內容，我們將演示實驗按力學、熱學、電磁學、振動與波動、光學五個教學模塊等知識結構進行分組，根據教學內容來選擇合適的演示實驗。例如在力學中引入茹可夫斯基轉椅演示角動量守恒、剛體的平面平行運動實驗、力矩突變角動量守恒演示等實驗；電磁學中的電場線和等勢面、電介質的極化、通電線圈的磁現象等概念，可設計一些電磁演示實驗來讓學生形象的觀察和理解；光學的楊氏雙縫干涉、等厚干涉和等傾干涉，我們也可以通過演示實驗來讓學生更深刻的分析和理解各種干涉花樣的特點及干涉產生條件等。對一些學生難以理解的知識點，配合演示實驗進行講解，可將抽象的問題具體化，從而掌握所學內容讓學生分析解釋所看到的現象。通過對這些現象的合理解釋，學生會突破原有的思維定勢，從而靈活掌握所學知識。

2.教學模式。

為了使大學物理演示實驗教學形式豐富多彩，我們采用了物理課上隨堂演示、多媒體演示、物理演示實驗室演示、仿真實驗等多種教學形式。

（1）隨堂演示

隨堂演示就是把與大學物理理論課教學內容相關的演示儀器帶進教室，講到某內容時可由教師或者學生演示與之相關的實驗，幫助學生對該內容的理解和記憶。這樣的演示最直觀，效果也較好。但較大的演示儀器搬動起來不是很方便，這限制了課堂演示的實行。

（2）多媒體演示

隨著多媒體教學的普及，多媒體課件能動態地演示復雜的物理過程，一些與物理相關的多媒體資料也可用于物理實驗演示。可以把物理演示實驗的過程通過錄像錄下來，帶到教室演示，也可以將其他我校沒有的演示實驗視頻進行播放， 實現資源共享。

（3） 大學物理演示實驗室演示

對于體積較大、不易搬動的演示實驗，我們安排2-4學時讓學生進入大學物理演示實驗室進行實驗演示。在演示實驗室內，學生通過集中觀察演示儀器并親自操作加深其對物理所學內容的掌握，促進物理學的教學。同時在演示實驗室進行演示實驗教學，也可以使學生親身體驗和觀察那些因課內時間不足而沒有做的演示實驗[3]。有許多優秀的演示實驗所用的儀器和設備很簡單、價格低廉卻由于設計思想的巧妙而取得很好的教學效果，能給學生一個真實和直觀的感覺，如“龍卷風演示、自動窗簾、完全彈性碰撞”等。學生以班為單位去實驗室參加演示實驗，教師演示實驗項目，與學生共同討論、分析、解釋現象與結果。學生也可以靈活自主地選擇實驗時間和實驗項目，在實驗教師的指導下獨立完成實驗項目。這樣不僅能提高學生的學習興趣，而且也能培養學生的動手能力。

（4）仿真演示實驗室演示

仿真實驗可逼真的模擬出學生進行實驗操作的整個過程，通過對實驗問題、結論的預設，可以實時顯示測量結果，通過對實驗過程的容錯、糾錯的預設，可以實現更靈活的操作。我校物理實驗室的仿真實驗系統包括近60個仿真實驗內容，從誤差分析到力、熱、光、電學的常見基本實驗，再到核磁共振、塞曼效應、拉曼光譜、掃描隧道顯微鏡等等多個近現代物理實驗，涵蓋了物理學的各個層面。每項具體實驗的內容也非常豐富，實驗前學生可選擇查看圖文并茂的實驗原理、實驗步驟、注意事項，學生可以對照著儀器邊看邊學。預習完畢還有一些與實驗相關的練習題供學生自測能力。開始實驗時還配有語音指導和提示，可以利用鼠標按鍵對仿真儀器線路進行各種調節，需要仔細觀察的儀器部分還可以打開子窗口進行放大查看，有的儀器還可以觀察到內部結構。需要記錄儀器數據也非常方便，只需將測量，結果填入已有的電子表格內，高階實驗甚至可以自動讀數并進行記錄處理、生成圖線。與實際物理實驗相比，仿真實驗對實驗背景及原理的闡述更全面生動，對實驗儀器及實驗內容與步驟的介紹，更能讓學生容易熟悉，操作過程更為順利，學生可以利用課余時間采用預約的方式在物理實驗室來完成該實驗。

3.教學過程

教師在進行演示實驗課之前，自身應該有充分地準備。除了把相關的理論知識整理把握充分之外，還應該把演示的實驗仔細操作幾遍，盡量預先面對教學過程中出現的問題。為了使教學過程達到較好的效果，主要采取以下幾種方法：

（1）為達到理想的演示效果精心選擇實驗項目

演示實驗要想達到預期的目的效果，精心選擇實驗項目十分重要。在演示實驗教學中，有精心選擇一些實驗項目為重點演示講解的，還有一些是一般講解的。教師一定要時刻清楚自己所要表達的主題是什么，以一種什么樣的講解方式和演示方法非常重要。不能在有限的時間內范范介紹，弄得學生眼花繚亂，抓不住重點[4]。

（2）讓學生成為學習的主題，提高學生的參與意識。

興趣是最好的老師，在演示實驗中讓學生成為主體，充分利用學生對物理現象的好奇心、神秘感激發學生的學習興趣，是增強學生動手能力的關鍵環節。傳統的演示實驗都是教師操作、學生觀察，教師是主體，學生是被動的，不利于學生思維的發展。教師可以在做演示實驗前先讓學生各自預測一下演示的結果，在教師介紹完實驗后，教師講解之前還可以相互之間討論自己的看法[5]。如常見的單擺周期演示實驗，在教師介紹完實驗裝置后，首先讓學生分析預測一下單擺的周期與哪些因素有關，有什么樣的關系。讓學生寫下自己的預測及理由，接著做演示實驗，讓學生注意觀察并記錄現象。然后讓學生比較一下各自的預測與實驗觀察是否符合，有多大差距，并就此讓學生之間進行討論，找出思維上的差異和不足。最后在討論的基礎上教師進行引導、講解，得出有關結論。讓學生來做演示實驗，使他們有了表演和參與的機會，也有了發揮自己潛能的舞臺，學生的積極性被調動起來，教學的目的自然就達到了，而且事半功倍。

四、結束語

總之，大學物理演示實驗在物理課堂教學中具有獨特的地位與作用，演示實驗能有效地防止物理教學的數學化，還物理以本來面目。因此在大學物理教學中要注重演示實驗與理論教學的結合，要不斷探索演示實驗教學的新內容，不斷創新演示實驗教學的新模式。進一步發揮演示實驗的功能，采用多種教學形式，提高學生的思維能力、實際操作能力，并使大學物理演示實驗對大學物理教學起到積極有效的輔助作用。

參考文獻：

[1]范士民.大學物理實驗研究綜述 [J].科技信息，2010，9（1）：521

[2]韋華.物理演示實驗在有效性課堂教學中的應用[期刊論文]-新課程（教研版） 2010（07）

[3]林維秋.淺談物理教學中的演示實驗 [J].哈爾濱學院學報，2003（8）：86-88.

[4]姜洪喜；任常愚；任敦亮運用多媒體技術優化物理演示實驗教學[期刊論文]-大學物理實驗 2011（01）

[5]梁竹鍵.努力提高物理演示實驗教學水平[J].大學物理，1999，18（6）：41.

項目編號：NHFZ2016060/004/009。