大學物理演示實驗教學探討

劉什敏

【摘 要】大學物理演示實驗通過觀察直觀有趣的物理現象，能有效激發學生的學習興趣，有助于學生對理論知識的理解和掌握，從而培養學生的實驗動手能力和科技創新能力。本文主要結合自己的教學談談如何組織物理演示實驗課程教學，提高教學質量。

【關鍵詞】大學物理演示實驗；教學探討；教學方法；教學手段

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2016）14-0072-02

物理演示實驗課程以對豐富多彩的物理實驗現象的觀察、思考、定性或半定量分析為主，不深究嚴格的物理理論，不要求對實驗結果做出準確的定量分析，而是充分展示演示實驗的趣味性和在描述物理概念上的直觀性、易接受性，使理工科的學生能夠鞏固和加深對已學物理概念的理解，能對尚未學到的物理知識建立一個直觀的、定性的概念，以激發學生求知探索的欲望，提高實驗動手能力和科技創新能力；對于文科的學生，通過觀察神奇的物理演示現象，聆聽老師對相應物理知識的介紹，能夠更容易地理解物理，了解自然科學，了解科技進步對人類文明的貢獻，全面提高綜合素質。對物理專業的學生，可以采用物理課隨堂演示，以彌補理論授課的抽象性的不足，增添知識學習的趣味性，激發學生的學習興趣，從而培養學生的創新能力。物理演示實驗課程被公認為是一門提高學生綜合科學素質的有效課程，目前很多大學都建立了演示實驗室。

一、實驗開發與教材建設

2011年，我校根據自身條件和需要開始建設物理演示實驗室，2013年演示儀器全部到位并驗收完畢，開始對外開放。目前已開發出演示實驗項目70項；為滿足教學需要，根據實驗室現有的儀器編寫《物理演示實驗》講義一部。本講義由導學系統介紹，力學和熱學、電磁學和光學演示實驗組成，其中導學系統介紹項目1個，力學和熱學實驗項目20個，電磁學實驗項目22個，光學實驗項目27個，共計70個演示實驗項目。每個實驗項目分別按實驗目的、實驗原理、實驗操作、注意事項幾個部分進行介紹。在論述上盡量避免繁雜的物理公式，力求深入淺出，多使用實物照片及其結構簡圖對物理演示實驗項目進行說明，使學生看得懂，會操作，以達到物理演示通識教育的目的。實驗內容重視與物理理論課程中的知識點緊密結合，有針對性地對知識點安排了一定的演示實驗，大部分實驗項目的實驗原理屬于中學物理知識，只有少數項目的實驗原理是大學物理的內容，可以很好地幫助學生進一步鞏固已學知識，接受新知識，并了解物理知識在生活中的應用。

二、教學方法與教學手段

1. 教學方法

采用啟發式和現象分析模式相結合的教學方式，通過演示豐富多彩的實驗現象，讓學生盡量詳盡地描述實驗現象；老師通過合理設置疑問，引導學生討論實驗原理，將物理理論知識與實驗現象相結合，使學生成為實驗中的主角，充分調動學生的積極性，激發學生的求知探索欲望；發揮老師的主導作用，讓學生成為演示實驗教學中的主角，充分調動學生的主觀能動性，采用多樣化的演示形式。

（1）導學系統演示。導學系統包括“力和熱”“振動和波”“電磁學”“光學”“近代與綜合”及“物理百科”六個類別。學生可以提前通過導學系統觀看實驗，培養自學能力，了解物理知識。該導學系統中的演示實驗項目較少，本實驗室中的很多實驗項目在導學系統中沒有，但也有些導學系統實驗項目是實驗室沒有的。

（2）學生演示。對實驗原理簡單、易操作的簡單實驗，要求學生在預習的基礎上，分組演示實驗現象，分析實驗原理，并與現實生活結合，探討其應用。老師做補充，并有針對性地提出問題，為學生創造一個思考、探索的空間。

（3）教師演示。對于演示實驗危險系數較大和實驗原理比較復雜的實驗，如高壓放電、洛倫茲力演示儀等，則需要在老師的講解和監督下完成。

由于演示實驗操作簡單，所以一節課演示的實驗項目較多，一般10～12個。教師在教學時，要改革授課內容，按學科劃分演示實驗項目，注意內容之間的關聯，并將實驗繁易結合。同時采取一定措施，讓學生提前做好實驗預習。實驗教學以學生為中心，老師起到引導作用。對物理專業學生，主要由學生演示并講解實驗項目，老師做必要的補充，對操作復雜或危險系數大的實驗項目仍由老師演示，或在老師的監督下演示。對非物理專業學生，主要由老師講解，在講解引導學生利用學過的物理知識解釋實驗現象，并聯系實際，了解這一現象在生活中的具體應用，講解盡量深入淺出，語言通俗易懂。應注意對文、理科學生，物理專業與非物理專業學生的要求程度不同，開設的實驗項目不同，講解的側重點、深度不同，理科學生要求盡可能在原有實驗基礎上有創新性或探索性的想法。

2. 教學手段

根據教學需要，采取以下輔助教學手段：

（1）合理開發和利用現代信息技術手段進行教學。可以利用導學系統讓學生直觀觀看實驗項目，此外開發出電子課件供多媒體教學使用，采用多媒體授課與實物演示相結合的教學手段。

（2）自制圖片講解實驗原理。對光學中成像原理可采用自制光路圖進行講解。

（3）自制與實驗儀器原理相同的簡易儀器講解其原理。對一些不能拆卸、內部結構不易看到的儀器，可以采用制作與之結構相同的簡易儀器演示其現象與原理，使學生更容易接受，如望遠鏡、窺視無窮演示儀、透光銅鏡等。

三、考核方法

1. 平時成績占10%：主要考查學生回答問題及分組演示情況。遲到一次扣2分，曠課1次扣5分，另計。

2. 實驗報告成績占40%：學生選擇自己感興趣的實驗，有重點地完成一定數量的演示實驗報告。實驗報告的內容應包括實驗原理、實驗現象、回答實驗問題、實驗心得及實驗創新（這一點要求主要是針對理工科學生）等。

3. 期末考查占50%：期末完成結業論文一篇或制作演示小儀器，設計制作演示實驗儀器給分較高，鼓勵學生動手制作儀器。

考核方式重視學生的課堂表現，將之計入平時成績；重視學生動手設計和制作能力，將之計入期末成績。

四、教學效果

目前演示實驗室已經對本系應用物理專業大一新生開放，對外系開設了物理演示實驗公共任意選修課，并且對參加實驗培訓的中學教師和成人高等教育學員及周邊中小學開放。從教學實踐情況來看，主要有以下成效：

1. 有效提升了學生對抽象理論的理解，增強了理論教學效果。有的學生看完一些演示實驗現象后，才對以前課堂上學過的原理真正深刻理解。

2. 提高了學生的思維能力。有的學生做完演示實驗后，提出了很多有創意、有探索性的想法，有效培養了學生思維能力，體現了素質教育的成效。

3. 對文科專業學生，能夠將有趣的實驗現象與所學的物理知識相結合，了解物理知識在生活中的應用，從而達到科技知識普及的目的。

4. 中學教師和成人教育學員表示演示實驗項目很有趣，對于今后的教學工作很有幫助。

5. 自演示實驗室建成后，不斷有周邊中小學學生前來參觀，孩子們對演示實驗很感興趣。

五、存在的問題

1. 教學條件

我校物理演示實驗室位于惠遠樓地下室，現只有一間，面積160平方米，儀器擺放不能按學科區分，另外由于面積限制影響到上課人數，每次課程只能采取分組實驗，一般每組15～20人。我校演示實驗室有待進一步擴大規模，改進實驗室條件。

2. 演示實驗儀器數量

目前我校演示實驗室是新疆最大的演示實驗室，儀器70套/臺，但與內地很多大學相比，實驗儀器數量較少，南京大學力熱、電磁學與光學演示實驗室有上百套儀器，與之相比，我校演示實驗室還需要進一步遴選、優化演示實驗項目，引進實驗儀器。

本課程是一門新課程，任課老師還需要進一步總結教學經驗，不斷改進教學方法，提高教學效果。相信不久的將來，演示實驗室在培養學生創新能力、提高教學效果方面必將起到積極的推動作用。

參考文獻：

[1] 馮端.物理概念與實驗演示[J].物理，1993，（11）：641-645.

[2] 梁竹健.努力提高物理演示實驗教學水平[J].大學物理，1999，（6）：39-41.

[3] 梁法庫，路峻嶺，汪榮寶.演示實驗在大學物理教學中的積極作用[J].物理與工程，2002，12（2）：28-30.

[4] 王英連.大學物理演示實驗教學的分析與思考[J].科技信息，2010，（2）：387.

[5] 張琴，金康，屈光輝.公選課“趣味物理演示實驗”教學方式探討[J].高等理科教育，2010，（2）：65-68.

（編輯：王春蘭）