大學物理演示實驗動感創新平臺的構建

郝杰

【摘 要】高職院校構建大學物理演示實驗教學動感創新性平臺，需要以創新教育為核心，合理配置教學內容，完善大學物理演示實驗，建立保障體系措施，促進課堂教學、實驗教學及科研一體化。

【關鍵詞】大學物理教學；演示實驗；動感創新平臺

物理演示實驗是通過對具體物理現象的展示，將抽象的理論形象化，引導學生分析和觀察實驗現象，增加感性認識，是提高學習興趣和創新思維能力的教學路徑。

近年來 ，一些高職院校開始“3+2”、“4+0”本科專業培養，各院校對物理實驗室的經費投入明顯加大，實驗室儀器設備的數量與質量得到了一定的改善，這為提升大學物理教學質量、開展科研工作提供了重要保障。但同時由于歷史原因，高職院類大學物理重視不夠，物理實驗處于停開或半開狀態，物理實驗室各方面的投入更是嚴重匱乏，特別是演示實驗，演示實驗的原理一般較為簡單，故很多教師和學生對這些簡單的演示實驗重視不夠，對演示實驗的創新價值及實踐價值認識不到位，演示實驗沒有起到應有的作用。我們借助 2013年南京科技職業學院科研北斗創新平臺“物理實踐技術創新研究中心”，以及“大學物理演示實驗動感創新平臺的構建”課題，力圖建立一種演示實驗動感創新平臺，并試圖將其推廣到高職院校大學物理教學實踐。

1 平臺構建的思路和運行模式

1.1 平臺構建的思路

在平臺的探索實踐中，逐步形成了“通過演示實驗使課堂與實驗教學無縫對接，以物理演示實驗室和創新制作實驗室為基地，提出培訓、創作、交流相結合的模式，融入創新教育理念，對學生進行系統 、規范 、創新的演示實驗教學，給學生一個發揮潛能和創造力的空間”的建設理念，加快演示實驗項目的改進與創新。

以“測量粘滯系數實驗”為例，在大學物理實驗中，多管落球法是常用來測量液體粘滯系數的實驗。這種測量方法理論較簡單，測量思路也很清楚，但過程很繁雜，稍微的松懈就會對結果造成很大影響，導致最終數據完全失去線性關系。筆者在教學實踐中，引導學生一起分析實驗過程中的問題：（1）難以控制鋼球釋放的位置和速度。實驗要求小鋼球沿中心軸線下落，但實驗中小鋼球由人工釋放，無法準確實現將小球從管子中心軸線位置放入；（2） 落入液體中的鋼球堆在管子底部，鋼球難以取出；（3） 鋼球下落時間測量誤差較大。時間的測量是整個實驗的關鍵。用秒表計時，要求實驗者手眼一致，但實驗中實驗者反應很難達到完全準確，可能提前或延遲；且計時時，眼睛不一定完全平視液面；（4）實驗受溫度變化影響較大。蓖麻油溫度隨實驗環境溫度變化而發生變化，當實驗環境不是恒溫態時，對于多管法，不同管徑的管子中待測液體溫度不同，即便是單管法，同一根管子管內不同位置液體溫度也不同，失去測量意義。根據這些存在問題，對傳統的粘滯系數測定儀作了改進，裝置設計的基本思路）：（1） 用有定位作用的量筒蓋和軟磁鐵釋放鋼球，保證鋼球能沿量筒中心軸線無初速度下落；（2）將平直或凹陷的量筒內底面做成斜面；（3）用激光光電計時器計時；（4）粘滯系數管用雙層中空玻璃做成。通過分析問題，尋找解決問題突破口，到最終設計創新方案，這一系列過程加深了學生對本實驗的理解體會，通過“光電法測量小球下落時間”、“用氣墊導軌測液體的粘滯系數”、“組合式粘滯系數測量儀” 系列演示實驗，鍛煉學生將知識融會貫通，將電學、力學、光學與本實驗結合起來。

1.2 演示實驗創新制作實驗室的運行

對于演示實驗創新制作實驗室，我們準備各種元器件、工具原材料以及實驗室在物理實驗課上不能成套利用的實驗儀器，吸引同學走進實驗室，開展科技創新活動。學生集思廣益、討論研究、自主設計，教師再加以適當的引導，使學生感到制作一件作品并沒有想象中那么困難。

以學生創新作品“馬呂斯定律演示儀”為例，光學馬呂斯定律教學中，缺少直觀、驗證性演示實驗，不利于教師教學和學生的學習與掌握。“馬呂斯定律演示儀”所要解決的技術問題是提供一種光學馬呂斯定律教學實驗演示裝置，利用光電影像和光電數字技術，并借助計算機應用技術直觀演證馬呂斯定律，從而幫助學生掌握和應用該定律。學生基于光電效應實驗原理，在光源與光電管之間添加一對起偏、檢偏片，通過旋轉檢偏片，改變檢偏片的偏振化方向與起偏片的偏振化方向之間夾角，用數字微電流測量儀的示數變化反映透過檢偏器的光強變化，同時采用光電影像技術經計算機處理，在計算機顯示屏上展現像、數、圖，直觀、形象地驗證光學馬呂斯定律。作品在設計制作過程中，學生遇到了很多困難：如何將馬呂斯定律與光電效應聯系起來并有機結合，兩塊偏振片如合固定安放，攝像頭的如何取景，數學模型如何建立，如何展示演示結果。為此學生查閱了大量資料，經過反復討論實驗，最后研制成功。“馬呂斯定律演示儀”借助光電效應，滿足了實驗、理論一體化教學需求，在開發過程中激發學生創新欲，訓練學生創新能力，適宜在實驗室中推廣使用。

2 平臺構建的體系措施

2.1 發揮專業特色，實現教學、實驗與科研一體化

為營造良好的探索、創造氛圍與環境，應充分利用教師的科研項目和成果資源，讓其轉化成教學資源，使教學與科研緊密相結合，并體現學校自身的學科、專業、師資特色，使大學物理演示實驗教學成為物理課堂、實驗與科研整體中不可分割的一部分。

演示實驗的開發應用過程，不僅是對學生實踐能力、創新能力培養的過程，同時也是提升教師團隊整體科研能力的過程。近五年，南京科技職業學院科研北斗創新平臺“物理實踐技術創新研究中心”教師團隊已申報專利20余項，如“一種液體黏度測量儀的光電測試裝置”、“一種用于液體黏度測量的光電接受轉換部件”、”旋光實驗演示裝置”等，已取得授權的發明專利5項、實用新型專利10余項，并將專利結果實施到教學實踐中，實現教學、實驗與科研一體化。

2.2 平臺全面開放

（1）全面開放演示實驗室，學生參觀過程中主要由實驗員（可聘請學生）講解，在講解中注重與學生的討論，鼓勵學生說出自己的想法和問題，錯誤無責，創新有獎，突出對學生創新能力和科學素質的培養。學生根據自己的興趣與特長自主選題，完成一項創意性演示儀器的設計制作，并投入到物理教學實踐，學生從中得到創造精神和實踐能力的全面的鍛煉與提高。

（2）將教師的專利成果、科研項目與學生分享、討論、研究，吸收有創新能力的學生與教師、實驗技術人員一起共同完成演示實驗項目。

3 結束語

大學物理演示實驗動感創新平臺運行高效，提高了學生創造能力和實踐能力，提升了大學物理課程教學效果，實現課堂教學、實驗教學及科研一體化。如何適應當下物理教學發展的要求，提高演示實驗的教學效果，深化大學物理演示實驗教學改革，值得我們不斷研究探索。

【參考文獻】

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[3]郭濤，楊悅.物理演示實驗室的建設與管理.產業與科技論壇，2013年第12卷第1期：169-170.endprint