大學物理演示實驗教學模式研究與實踐

廖文虎

摘 要：大學物理演示實驗是一門趣味性很強的實驗課程，在物理實驗教學中占有非常重要的地位。本文在傳統大學物理演示實驗教學現狀及其存在的主要問題基礎上，著重介紹我校針對大學物理演示實驗教學模式所做的研究與實踐。

關鍵詞：實驗教學 演示實驗 教學模式

物理實驗通常分為力學實驗、熱學實驗、電磁學實驗、光學實驗、近代物理實驗、中學物理教學技能實驗、大學物理演示實驗等，不同的高校各有所側重。大學物理演示實驗是展現物理規律的有效手段，具有主題突出、效果直觀、形象生動、富有啟發性和趣味性等諸多優點，近10多年來受到越來越多的重視。通過演示實驗可以把很多有趣的物理現象清晰地展現在學生面前，引導學生對豐富多彩的物理現象進行觀察和探究，從而提高學習興趣，激發學生的探索熱情，培養學生的科研創新意識，加深學生對物理概念和規律的理解與掌握。[1]

一、傳統的大學物理演示實驗教學及其存在的問題

傳統的教學模式單一，學生的參與度不高，往往處在被動接受的狀態。就我們的了解，多年來由于客觀條件的限制或者思想觀念的偏差，絕大多數高校的大學物理甚至物理學專業并未將演示實驗放在重要的位置，人力、物力和財力投入不夠。由于受到時間、空間、環境、大型演示儀器搬運與安裝不便等諸多客觀條件的限制，造成學生接觸到的演示實驗個數少、內容不豐富、效果不明顯，不利于拓展教學內容、擴大知識面、激發學習興趣，難以使學生充分感受到物理學的魅力所在。[2]

二、大學物理演示教學模式研究與實踐

1.建立大學物理演示實驗室

我校2005年、2008年和2016年先后利用中央財政支持地方高校實驗室建設專項資金，投入200多萬元建設了大學物理演示實驗室，現有實驗室總面積近300平方米，可為學生提供力學、熱學、電磁學、光學、近代物理和趣味性拓展等方面的實驗。[3]

大學物理演示實驗項目和內容的設計全面清晰地反應大學物理的知識體系，兼顧物理基礎與科技前沿，融合傳統與現代科技，注重實驗的直觀性、知識性、趣味性和科普性。適應我校物理學、電子信息科學與技術、電子信息工程、通信工程、化學、化學工程與工藝、應用化學、食品科學與工程、生物學、計算機科學與技術、數學、信息與計算科學、臨床醫學等13個專業對大學物理實驗的不同要求，為學生搭建一個學習和探究物理世界的平臺。目前能開設向心力、彈性碰撞、圓錐爬坡、科里奧利力、質心運動、角動量守恒、進動演示、飛機升力、伯努利懸浮球、音叉、昆特管、水波干涉、聲波波形演示、超聲霧化、伽爾頓板、夫蘭克-赫茲演示、高壓電源、靜電擺球、靜電除塵、靜電跳球、低氣壓下輝光放電、庫侖扭秤、尖端放電、避雷針、靜電屏蔽、電介質極化、窺視無窮、人造火焰、海市蜃景、光學幻影、激光光纖干涉、光學儀器分辨率、反/透射白光全息、自然光偏振光模型、看得見的激光、夢幻時鐘、夢幻球、法拉第磁旋光、光纖和互感通訊、3D立體影像等100多個具有強烈趣味性和探索性的實驗。學校工科大樓正在建設，其中大學物理演示實驗室規劃用房超過500平方米，建成后演示實驗室的軟硬件條件將會進一步改善，學院將會進一步提高大學物理演示實驗室的開放程度。

2.大學物理演示實驗教學模式“四結合”

（1）預設問題與演示相結合

大學物理演示實驗指導老師帶領學生參觀演示實驗室，對實驗項目的操作過程及實驗現象做簡單介紹，結合學生所學專業教學實際選擇部分實驗項目展開重點介紹。采用探究式與引導式相結合的教學方式，教師操作、講解兩不誤，每個實驗項目至少預設一個能有效激發學生好奇心和求知欲的高質量問題，充分調動學生的學習興趣和探索熱情，一步一步地引導學生進行深入細致的觀察、預測、思考和探究。

（2）分組探索與個別指導相結合

教師提問、講解與演示結束后，學生已經對實驗項目的操作、實驗現象等有了一定的了解。此時教師應該讓學生成為實驗課堂的主角，根據學生的專業特點和興趣愛好，與學生一道選擇專業相關度高、經典又不失時代感的實驗項目，根據項目的難度，由學生自愿組合成3至8人不等的探究小組，展開探索。探索過程中，教師因勢利導，引導學生圍繞“預設問題”進行觀察和思考。

（3）報告撰寫與科研訓練相結合

教師向學生詳細介紹報告的撰寫要求，通過報告的撰寫進行一定程度的科研訓練，培養學生的科學素養。演示實驗報告第一個層面的內容包括：實驗題目、實驗儀器、實驗原理、操作過程、實驗現象與數據記錄、實驗結果分析與處理，第二個層面的內容包括：日常生活與生產實踐中類似的物理現象、實驗原理的推廣、實驗儀器的改進等，通過該部分內容對學生進行科研訓練和培養，必要的時候開放實驗室，給學生提供自由探索和深入研究的機會。教學實踐表明，部分優秀的同學通過該過程得到了很好的鍛煉，在核心期刊發表了相關的學術論文，自主設計和制作的演示實驗儀器成功申報了授權專利。

（4）實驗教學與科學普及相結合

大學物理演示實驗室還在很大程度上承擔了科學普及任務，近年來，先后接納湘西自治州民族中學和吉首市民族中學等學校近5000名中小學生來實驗室參觀。由于大學物理演示實驗室教師配備名額有限，科普活動期間，優秀的同學成為學校向中小學生倡導科學方法、傳播科學思想、弘揚科學精神的生力軍，有效地鍛煉了學生的綜合素質和能力。

結語

“現象是物理學的根源，興趣是最好的老師”。多年來的教學實踐證明，我校目前實行的大學物理演示實驗教學模式有效地解決了傳統演示實驗教學中存在的問題。新的教學模式能激發學生學習物理知識的熱情和興趣，調動學生學習物理的積極性，促進學生對物理現象進行深入細致的觀察與思考，加深學生對物理知識的理解，培養學生的科學素養。

參考文獻

[1]劉科，周曉林，潘學軍.研究型大學物理演示與探索實驗室建設[J].實驗科學與技術，2009，7（2）：144-145.

[2]李業風.大學物理演示實驗教學方法的探索[J].實驗科學與技術，2008，6（6）：104-105.

[3]黃晉.物理演示實驗教程[M].北京：科學出版社，2009：1-2.