淺談“理論教學和演示實驗”相結合的教學方式在大學物理教學中應用

白忠臣+郝禮才+廖莎

【摘要】大學物理是一門很重要的課程，是理工類本科開設的重要的公共基礎課程，因此學好大學物對提升學生對物理知識的應用能力，鍛煉良好的物理思維具有重要的意義。為了讓學生更好的理解和掌握物理技能和方法，本文以楊氏雙孔干涉為出發點，在理論教學的基礎上，再加之實驗演示，針對如何提升學生的物理思維，開展了“理論教學和演示實驗”相結合的研究工作。

【關鍵詞】大學物理 理論教學 演示實驗 物理思維

【中圖分類號】G642.1 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）21-0172-02

引言

物理學是一門很重要的基礎學科，其中大學物理又是物理學的一門重要的課程，同時大學物理也是一門實驗課程。大學物理中的光學部分，比如光的幾何三大定律，光的衍射和干涉等規律都是在實驗的基礎上總結出來的。為了讓學生更加充分的理解這些知識，僅僅依靠傳統的理論教學是遠遠不夠的，還需要在此基礎上，再加之演示實驗。因此演示實驗在大學物理等實驗課程的教學中，有著非常重要的作用。

與傳統的以理論教學為主的教學方式相比，把“理論教學和演示實驗”相結合的教學方式更加容易激發學生學習物理的興趣和積極性，更加容易打開學生的物理思維，更加容易的培養學生的實踐動手能力和創新能力。但是，對比歐洲發達國家各大學的物理演示實驗教學的發展狀況，我國的課堂演示實驗的整體發展仍處于初級階段[1]。和發達國家的差距主要集中在演示內容的多樣化，演示課程的專業化和演示手段的多樣化等方面，除了部分的重點大學外，國內大多數的一般院校在大學物理教學模式基本上是理論教學[2]。大多數學生的反映是：課程枯燥無味，沒有興趣，無法理解和應用所學的知識。針對這一現象，本文提出“理論教學和演示實驗”相結合的教學方式，即在理論教學的基礎上，再加之演示實驗，打開學生學習大學物理的思維模式，讓學生能夠靈活運用所學的知識。

一、傳統的教學方式

傳統的教學方式就是理論教學，即在課堂上，老師通過黑板板書和多媒體課件，介紹基本理論，然后推導公式，最后得出理論結果。通過理論教學可以使學生系統地學習和掌握學科的概念體系，培養學生的理性思維能力，所以通過理論教學來彰顯學術性，鼓勵通過理論創新[3]。

以楊氏雙孔干涉為例，往往是老師在黑板上介紹光的干涉的基本理論，即當頻率相同、振動方向相同、有恒定相位差的兩列光波，在空間范圍內疊加時，某些地方振動加強，某些地方振動減弱，光強形成了穩定的強弱分布的現象叫做光的干涉；然后推導公式，當頻率相同、振動方向相同、有恒定相位差的兩列光波可以表示為：，，在空間某點P點相遇后的場強經推導后為：，其中相位差，公式中的為光程差；得出理論結果為：當相位差時，即光程差為半波長的偶數倍時，干涉加強，出現亮條紋；當相位差時，即光程差為半波長的奇數倍時，干涉減弱，出現暗條紋，因此干涉的結果是：某些地方振動加強，某些地方振動減弱，光強形成了穩定的強弱分布的現象。

二、“理論教學和演示實驗”相結合的教學方式

1.演示實驗

一般認為，演示實驗是指在課堂上教師為配合課堂教學而對學生所做的表演性、示范性實驗。而物理演示實驗就是把要研究的物理現象展示在學生眼前，引導學生觀察思考，配合講授或穿插學生討論等方式完成課堂教學任務[4]。演示實驗是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。演示實驗對學生起著潛移默化的直接示范作用，可以指導學生分析物理現象，獲得生動直觀的感性認識，從而更好地理解和掌握物理概念和規律。

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。以楊氏雙孔干涉為例，在實驗室里找到光源、單孔屏、雙空屏和觀察屏后（如圖1），分析每個所用光學器件的作用。光源的作用是提供光；單孔屏的作用是把光源發出的光變成點光源，因此單孔的孔徑要小；雙空屏的作用是把來自單孔屏的空變成兩束相關光；觀察屏的作用是觀察干涉圖樣。然后按照實驗要求，搭建光路，并根據觀察屏上的干涉圖樣調試光路。最后，觀察到觀察屏上的干涉結果是等間隔的明暗相干的同心圓環；并且通過改變雙空屏和觀察屏的距離發現，條紋間距發生改變。

2.“理論教學和演示實驗”相結合

理論教學和演示實驗相結合，即在理論教學的基礎上，加之實驗演示。以楊氏雙孔干涉為例，首先理論教學給學生講解基本理論，介紹干涉的基本理論，然后推導公式，最后得理論結果；同時在實驗室演示楊氏雙孔干涉實驗。用理論知識去指導實驗，比如根據推導出的條紋間距（代表光的波長；D代表雙孔屏和觀察屏之間的距離；n代表干涉級數；d代表雙孔之間的距離），分析得到，條紋間距e隨著雙孔屏和觀察屏之間的距離D的增大而變大；同時在實驗上，固定雙孔屏不懂，移動觀察屏，增加雙孔屏和觀察屏之間的距離，觀察觀察屏上的條紋間距，用實驗結果去驗證理論公式的正確性。

一邊理論教學，一邊演示實驗，這種“理論教學和演示實驗”相結合的教學方式讓學生更加容易接受所講的知識，更加容易打開學生的思維；同時鼓勵學生積極參與演示實驗，邊演示邊提出疑問，讓學生主動去思考，與學生共同探索其中的物理規律。

3.教學實踐的幾點思考

（1）注意和學生之間的互動

演示實驗不僅是為了讓學生獲得較為直觀的感性認識，更重要的是打開學生的物理思維，培養學生的實踐動手能力和創新能力[5]。此時，學生不再像傳統教學模式的理論教學那樣，不再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。傳統的教學演示就是教師演示，學生看不參與，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。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，讓學生主動去思考，與學生共同探索其中的物理規律。

（2）多種演示實驗相結合的方式

有時往往受實驗器材、空間、時間的限制，無法讓學生觀察到實物演示實驗全過程，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[6]，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、Author-ware 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。

三、結語

本文以楊氏雙孔干涉為出發點，分析了“理論教學和演示實驗”相結合的教學方式在大學物理中的重要性。把理論教學與演示實驗結合起來的大學物理教學中，學生不僅是實驗的觀察者，更是參與者和討論者。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。

參考文獻：

[1] 何林李， 王艷偉， HELinli，等. 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[J]. 科教導刊， 2015（1）：69-70.

[2] 李世剛， 張文保. 物理演示實驗現狀綜述[J]. 科技信息， 2010（28）：458+461.

[3] 肖偉才. 理論教學與實踐教學一體化教學模式的探索與實踐[J]. 實驗室研究與探索， 2011， 30（4）：81-84.

[4] 張冬梅. 高中物理演示實驗的設計方法研究與實踐[D]. 山東師范大學， 2008.

[5] 袁海雁， 張士威. 淺談教師在物理實驗課程的開發與利用--自制教具激發學生實踐創新能力[J]. 文理導航·教育研究與實踐， 2015（3）.

[6] 周小紅， 吳平， 王莉，等. 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）：32-33.