關于科學實驗節目豐富大學物理演示實驗資源的實踐研究*

【摘" 要】 文章針對中央臺大型科學實驗節目《加油！向未來》中的科學實驗視頻，提出了將其遴選與編輯為大學物理演示實驗資源的設想。通過選取典型的科學實驗視頻，討論將物理問題嵌入其中的方法，極大地豐富了大學物理演示實驗的教學資源。課前預習與課堂應用的實際效果表明，這些經過精心遴選的科學實驗視頻能夠有效激發學生的探究興趣，促使學生更快地融入討論情境，進而提升了學生運用物理知識解釋日常物理現象的能力。

【關鍵詞】 《加油！向未來》；科學實驗視頻；演示實驗；實驗資源

一、研究背景

在大眾化教育的浪潮中，越來越多的物理教育工作者深刻認識到，利用現代教育技術來提升學生學習大學物理的積極性至關重要，并為此開展了一系列深入研究。物理教學與實驗緊密相連，因此，運用現代教育技術來優化大學物理的演示與分組實驗非常重要。然而，部分演示與分組實驗因費用高昂、危險性大及可視性不佳，難以在普通大學的實驗室中順利開展，這凸顯了制作高質量實驗視頻資源的必要性。

近年來，中央臺憑借其資金、團隊和制作技術的優勢打造實驗視頻，成功降低了實驗風險，提升了實驗的可視性，并推出了備受矚目的大型科學實驗節目《加油！向未來》。該節目以綜藝為形式，以科學為內核，其中不乏與大學物理緊密相關的節目或片段，如“中國穿甲彈（動能定理應用）”“隨“蛟龍號”下潛的牙膏（展示液體的不可壓縮性）”以及“殲-10與張培萌賽跑（探討變加速運動）”等。在著名主持人的精彩引領下，《加油！向未來》自播出以來，不僅取得了顯著的社會效應，還向大眾普及了科學知識，激發了人們對科學的濃厚興趣。

展望未來，隨著人工智能等新科技的不斷進步，《加油！向未來》等科學實驗節目將繼續發揮其引領作用，為我國科學普及事業貢獻更多力量。同時，這些節目的推出也圓了大學物理教師因條件限制無法親自完成某些實驗的夢想。如果深入分析該節目中的資源，精心篩選出與大學物理教學內容密切相關的物理實驗，并將其應用于課堂和分組實驗中，無疑將極大地激發學生的學習興趣。這種做法不僅能使大學物理課堂與科技、生活緊密相連，使課堂教學形式更加豐富多彩，還能給學生留下更為深刻的印象，幫助他們更好地理解相關物理知識點。在中學教育領域，已有一些教師嘗試借助《加油！向未來》中的資源來改進物理教學，并取得了顯著成效。然而，目前大學物理教學領域中，甚少有教師采用類似方式來優化大學物理教學。

因此，本研究以現代教育教學理論為指導，針對獨立學院學生的中學物理基礎和心理特點，深入研究中央臺大型科學實驗節目《加油！向未來》等影視資源中與大學物理密切相關的節目或片段，旨在科學地將這些資源應用于大學物理的課前預習、課堂教學和課后探究中，并在相關視頻中嵌入基于這些大型實驗的大學物理習題和思考題。通過這種方式，學生將帶著問題去“研究”相關電視節目或片段，而非僅僅作為旁觀者。此舉不僅豐富了大學物理演示實驗資源，還激發了學生學習和探究大學物理的興趣，培養了他們自主學習和終身學習的習慣，實現了課內課外、線上和線下學習的相互促進。

二、獨立學院學生的物理基礎與心理特點分析

獨立學院學生的數學和物理入學平均成績，相較于大多數公辦本科院校的學生，確實存在一定的差距。這種差距導致部分學生因未能進入自己心儀的大學而產生自卑心理，進而在大學學習過程中缺乏自信。此外，獨立學院的部分學生在中學階段對物理和數學的學習往往缺乏足夠的興趣，他們對待物理概念和規律的學習態度較為敷衍，淺嘗輒止，缺乏主動探索物理現象和規律的好奇心和內在驅動力。

因此，當這些學生面對數學和邏輯思維能力要求更高的大學物理學習時，他們很容易感到困難和挫敗，這無疑會進一步削弱他們學習大學物理的興趣和動力。針對獨立學院學生的物理基礎和心理特點，大學物理的教學資源建設應當積極尋求創新。具體而言，可以借助科學實驗節目來豐富演示實驗資源。這些節目中的優秀主持藝術和競爭性的互動體驗設計，能夠極大地提高大學物理教學的趣味性、互動性和競爭性。通過給予學生更強烈的視覺和聽覺刺激，可以有效地激發他們的學習興趣和動力，從而提高大學物理的教學質量。

三、實驗視頻遴選、編輯及問題嵌入的原則與方法

（一）視頻遴選與編輯的原則

深入分析《加油！向未來》吸引年輕人的因素，不難發現，除了主持藝術外，節目中那些出人意料的實驗結果也是一大亮點。例如，黃瓜排斥磁鐵的實驗，其結果超出了常人的思維范疇，且實驗設計精巧，可視性強。同時，一些震撼的實驗場面，如“短跑運動員與殲-10”的賽跑，也能有效激發學生的參與意識。基于這些特點，教師在篩選視頻時，應優先選擇與大學物理教學內容聯系密切、趣味性強、在實驗室難以完成且蘊含豐富物理知識的節目或片段。

以“甜咸大戰”為例，該節目不僅包含了尖端放電、靜電屏蔽、物質的導電性、高壓的獲得等物理知識，而且知識密集度高、場面震撼、危險性大，普通實驗室難以實現，因此成為首選。再如“中國穿甲彈”，不僅蘊含著動能定理等知識，還通過高速攝影與慢放技術，清晰展示了“穿甲”過程，可視性強。另外，“90秒大戰釹鐵硼”的實驗結果同樣出人意料，且涉及退磁測量問題，有助于培養學生的工程意識，這類視頻也應被選入。

（二）物理問題嵌入的方法

盡管《加油！向未來》等節目中已有專家的解釋，但由于受眾廣泛，難以完全貼合大學和中學物理教學場景。因此，教師可以結合大學物理教學內容和節目情景，編制相關問題和試題，并借助學習通等平臺制作視頻實驗資源包。這樣，學生在觀看視頻時，就能帶著問題去思考，而非僅僅看熱鬧。

目前，在剪切的視頻中主要嵌入了兩類問題和習題。第一類是定性思考題，要求學生說明實驗所蘊含的物理知識及其原理。以“90秒大戰釹鐵硼”為例，要求學生說明鐵磁質的磁化機制以及存在居里溫度的原因。第二類是定量計算題，要求學生從網上自主搜索相關實驗數據進行分析。例如，在觀看“殲-10與張培萌賽跑”后，學生需搜索“殲-10”和張培萌的數據進行定量分段分析；而觀看“中國穿甲彈”后，學生則可以根據中國穿甲彈的發射數據，計算穿甲彈能穿過的鋼板塊數。以此，教師可以在制作的短視頻中巧妙地嵌入相應的問題和習題。

四、典型實驗視頻的遴選、編輯與問題嵌入案例

（一）中國穿甲彈視頻案例

該視頻在室外實景場地精心拍攝，借助高速攝影技術，通過慢放鏡頭生動展現了中國穿甲彈穿透10層鋼板的震撼瞬間，充分彰顯了動能武器的強大威力。在被學生深深震撼之后，應適時嵌入兩道習題以加深理解：

問題1：如穿甲彈速度為v0時剛好穿過10塊鋼板，求剛穿過第一塊鋼板時的速度v1？解答此題需要學生對穿透過程進行合理簡化，假設鋼板的阻力與穿甲彈的速度無關。在此基礎上，通過對動能減少量等于克服鋼板阻力所做的功進行計算（設一塊鋼板厚度為d），可以求出穿過第一塊鋼板時的速度v1。

問題2：如果阻力隨速度線性減小，那么穿過第一塊鋼板時的速度會變大還是變小？對這個問題的分析可以進一步提升學生運用積分方法解決物理問題的能力。

（二）落塔實驗視頻案例

落塔實驗視頻展示了羽毛與鐵球在真空環境下的下落情況：在一個高高的亞克力管內抽成真空，里面用電磁鐵夾著鐵球和羽毛，研究兩者在被釋放時哪個下落得更快。雖然中學生們都聽說過比薩斜塔實驗，也似乎理解了伽利略的解釋，但要真正做好這個實驗并不容易，因為一般實驗室并沒有這樣的實驗裝置。通過觀看《加油！向未來》中的“落塔實驗”視頻，可以從實驗設計的角度嵌入以下問題，幫助學生深入理解這一實驗的精妙之處：

問題1：為什么選擇亞克力而不是玻璃來制作落塔？亞克力管透明度高，便于從外部觀察內部物體的運動情況。同時，為了準確區分物體可能的先后落地現象，亞克力管必須具備足夠的高度和強度。否則，落塔可能會因大氣壓力而損壞，且難以仔細觀察實驗結果。而亞克力的強度比玻璃大10倍左右，完全能夠滿足實驗要求。

問題2：在釋放物體時，如果一個物體發生轉動，它們還會同時落地嗎？在實驗中，物體的釋放方法至關重要。由于兩個物體都不是嚴格意義上的“質點”，釋放時可能會導致物體下落過程中伴隨轉動。這就需要學生思考轉動對下落速度的影響。因為轉動會產生動能，從而減少下落的平動動能和下落速度，可能導致物體先后落地。這說明即使是簡單的演示實驗，也需要精心設計才能確保實驗成功。

五、實驗視頻資源對學生能力提升的作用分析

借助科學實驗節目，可以極大地豐富演示實驗資源。在課堂中播放這些經過精心剪輯，并嵌入了相關問題的短視頻，不僅能夠提升學生的邏輯思維能力，還能讓他們有身臨其境的感覺。以伽利略的“落塔實驗”為例，雖然所有學生都知道他用邏輯推翻了“重物落得更快”的物理教條，也聽說過傳說中的“斜塔實驗”，但真正見過“落塔實驗”的學生卻寥寥無幾，有些學生期待能在教室里進行實驗驗證。而通過觀看剪輯并加入問題的視頻，學生們不僅能目睹真正的“自由落體”運動，感受鐵球和羽毛同時落地的震撼，還能深刻體會到設計這一實驗的不易。

此外，一些經過編輯的視頻還能提升學生解決復雜問題的能力。以“甜咸大戰”為例，該視頻涉及特斯拉線圈、靜電屏蔽、尖端放電和材料導電性等多方面的知識，綜合性極強。要理解這些內容，學生需要知道特斯拉線圈如何產生高壓、如何實現靜電屏蔽、尖端放電的原理、金屬導體的結構以及電器為何需要接地等知識。通過觀看和分析這樣的視頻，學生的綜合性問題解決能力將得到提升，課程教學的研究性也會得到加強。

將《加油！向未來》等科學實驗節目的影視資源片段融入物理教學，是一種基于項目和案例的教學方法。這種方法可以激發學生的學習興趣。在課前，學生可以通過課程網站等平臺觀賞和分析相關節目或片段。節目的競爭性和趣味性會激發學生的探究愿望。他們會查閱教材中的相關內容，初步了解大型實驗背后的物理原理，并通過課程網站和授課群的討論區提出自己的疑惑和問題，從而達到課前高質量預習的目的。任課教師則可以針對學生提出的疑惑和問題，精選節目中的片段，與學生一起深入剖析大型實驗中包含的與教學內容高度契合的物理理論和規律。由于部分學生可能已經進行了高質量的預習，甚至通過網絡和教材對教學內容進行了深度研究，因此在課堂上，可能會出現少數幾位幾乎可以與任課教師匹敵的實驗研究“專家”，這無疑會提高課堂討論的研究性。

以視頻“90秒大戰釹鐵硼磁鐵”為例，要看懂這段視頻，學生需要了解退磁的原理。這就要求他們在課前了解強磁性材料、磁化機制和退磁方法，并研究釹鐵硼的分子結構對磁性的影響。只有這樣，他們才能理解哪種方法可以實現退磁的目的，從而提升研究能力。

六、結語

依據既定的遴選與編輯原則，教研組對精選視頻進行了細致的剪輯與編輯，并融入了相關的物理問題及習題。此舉旨在增強學生的邏輯思維能力，提升他們解決復雜及綜合問題的能力，同時豐富課堂教學的研究性。這些優化后的視頻已在南通大學杏林學院的物理教學中，進行了初步嘗試，效果顯著。然而，目前僅制作并剪輯了少量視頻，未來仍有大量視頻資源有待挖掘與運用。同時，針對已嵌入問題的視頻，教研組仍需不斷精進，以追求更佳的教學效果。

為便于教師與學生使用，計劃借助學習通、課堂派等現有教學平臺，制作更為實用的課件。在具體實施上，可以在課前精心挑選并剪輯相關內容，隨后通過微信群或課程網站提前發送給學生，供其自主預習。這樣，在課堂討論時，學生能更深入地探究問題，從而進一步提升課堂教學的研究性，最終實現高效課堂的愿景。

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