大學物理演示實驗教學實踐探究

馮青++沈亦紅++段旭朝++史智平++許強

【摘 要】通過對比國內外大學物理演示實驗的基本概況，介紹我院在大學物理演示實驗教學過程中的隨堂演示法、集中教學法、基礎探究法以及作為科普基地服務社會的實踐與探究。可以看出，演示實驗在幫助理解理論知識、培養自主學習意識、提高創新能力和服務社會方面具有重要作用和意義。

【關鍵詞】演示實驗 實驗教學 創新 服務社會

【科研項目】本論文研究受到寶雞文理學院重點科研項目（NO.ZK2017065）與寶雞文理學院第十一批教學改革研究項目（NO.JGYB15046）的支持。

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）07-0042-02

【Abstract】In this paper， we introduce the basic information of domestic university physics demonstration experiment and compare that with foreign university. Furthermore， we focus on the presentation method， the centralize teaching-method， the inquiry method and serve the society as science base in our physics demonstration experiment teaching practice and exploration of my college. It can be seen that the demonstration experiment plays an important role and significance in helping to understand the theoretical knowledge， cultivating self-learning， improving innovation ability and serving the society.

【Key words】Demonstration experiment；Experiment teaching；Innovation；Serve the society

1、演示實驗的重要性

物理學是一門以實驗為基礎的學科。物理實驗在培養與提高學生實踐動手能力、思維判斷能力、表達書寫能力、數據分析能力及設計實驗能力等方面具有重要作用。大學物理演示實驗是物理實驗的重要組成部分。首先，演示實驗現象直觀明確，學生通過觀察，可以更好的理解物理現象與理論知識；其次，演示實驗操作簡單快捷，學生可以利用演示實驗進行自主學習與探究，豐富知識儲備，開闊眼界；第三，演示實驗儀器清楚簡潔，受到學生喜愛，有助于提高學生學習興趣；第四，演示實驗教學形式多樣，學生可以通過多種途徑進行參與和學習，有助于提高學習能動性和效率。演示實驗在學生加深對物理原理的理解、自主學習意識的培養、創新思維能力的培養、科學素養的提高等方面具有非常積極的作用。

2、國內外大學演示實驗比較

目前演示實驗越來越受到國內外各大高校的重視。表1給出了國內外部分高校演示實驗的儀器數量[1-3]。從表中可以看出，國外大學儀器數量遠遠超過國內大學。國內建立演示實驗室的學校很多，清華大學、吉林大學和哈爾濱工程大學數量較多，國外高校中馬里蘭大學、加州大學伯克利學院 、北加利弗尼亞大學實驗儀器數量名列前茅，種類豐富多樣。

演示實驗涉及領域廣泛，實驗儀器種類多樣，實驗儀器分類與管理非常重要。國內很多高校根據實驗原理分類管理演示實驗儀器。例如，按照“力與熱”“電與磁”、“光學”等分類方式進行管理。此種方法能夠有效管理實驗儀器，提高實驗儀器的利用率，然而儀器數量較大時不利于儀器取用，易造成混淆。國外很多大學采用“美國物理教學資源協會演示分類方案（PIRA DCS）”管理演示實驗儀器。在PIRA DCS中，演示實驗分為九大領域，每個領域中包含若干專題，每個專題中包含若干概念，每個概念有對應的演示實驗，每個演示實驗都有唯一指定編號，并將它歸類到最常用的領域中[4]。此種分類管理方法擺脫了實驗儀器數量的限制，能夠有效地管理數目巨大的演示實驗儀器，方便查找與取用。

國內外大學演示實驗教學方式方法上有很多共同之處。隨著改擴建演示實驗高校數目增加、實驗儀器數量增加、儀器設備質量提升、儀器形式種類增多、實驗儀器管理規范化、演示實驗教學改進與提高。可以看出，首先，對演示實驗都非常重視；其次，隨堂演示是普遍采用的教學方式。演示實驗有助于學生理解和掌握物理原理，提高對理論知識的感性認識；第三，演示實驗室對學生實行預約參觀。學生通過自主學習與實驗操作，提高學習興趣，擴展課外知識；第四，大部分學校設置了走廊、櫥窗演示實驗，方便學生隨時隨地瀏覽學習、靈活多樣進行觀看體驗。然而，國外大學在演示實驗教學與實驗室管理方面還有一些值得借鑒的地方。很多學校有專門的演示實驗預備室。預備室與教室相連，大大提高了演示實驗的課堂再現率；演示實驗室通常附設小型金、木工廠，配置車、鉗、刨、鉆床、鋸床等設施[4]，便于自制演示實驗儀器和修繕儀器。

3、演示實驗教學實踐探究

傳統演示實驗教學方式主要以教師講解與演示、學生觀看為主。這種教學方式有兩方面優勢，第一，教師選擇跟授課內容貼近或一致的演示實驗進行隨堂演示，有助于學生理解理論知識；第二，這種教學方式保護實驗儀器，降低儀器的損壞率。教師經過專業訓練和長年知識積累，能夠精準操作儀器，避免給儀器帶來過度消耗或損壞。傳統教學方式在帶來一定便利時，忽略了教學中最重要的參與主體---學生。結合傳統演示實驗教學方式，我院主要從以下幾方面開展演示實驗教學。

3.1緊扣教學主題，開展教學實踐

3.1.1隨堂演示法

《大學物理實驗》作為理工科專業學生的必修課與大學物理課程緊密配合。首先，演示實驗作為大學物理實驗課程的重要內容，對促進大學物理課程的教學有重要的作用。許多物理概念定律晦澀難懂，在傳統演示教學基礎上，增加學生親自操作實驗環節。演示實驗現象清晰，通過演示闡述概念定律，有助于學生更好理解物理規律。上課過程中，教師邊講解邊演示，課后留出一部分時間讓學生親自操作。例如，講解“動量守恒定律”時，分別利用“小球與車”和“超級碰撞球”演示儀，學生通過親自推動小車和金屬球，深刻理解了動量基本性質和動量守恒定律。

3.1.2集中教學法

結合不同專業需求，每學期每個院系開設不同內容演示實驗課程。學生學習理論知識后，進行實驗教學。在集中教學過程中，采取 “獨立操作”和“講做結合”兩種方法。

對于原理簡單，操作過程無危險的實驗，采用“獨立操作”方法教學。演示實驗課程安排在大學一、二年級，學生自我控制與自主學習意識不強，此時老師應起到安排、部署、監督作用。將學生分組，給每個學生指定必須掌握的實驗，要求完全理解實驗原理與操作，進行實驗講解。講解要點包括實驗目的、實驗原理、實驗現象及實驗應用與擴展。課程結束后，同學們普遍反映“不僅掌握了物理原理，了解了課外知識，增強了動手能力，同時鍛煉口才，而且聽同學們講解實驗非常有趣”。

對于原理復雜、學生操作有安全隱患的實驗采用 “講做結合”方法教學。 “怒發沖冠”實驗包含高壓靜電的產生、特點、分布特性與等勢體等物理知識與概念，操作過程需要學生參與實驗涉及高壓電，注意事項與操作規范非常重要。首先，講解實驗注意事項、儀器與原理，使學生初步理解形成怒發沖冠的原因、了解參與過程的規范操作；其次，選取自愿配合參與的學生進行實驗，并再次強調實驗過程中的注意問題與要點；最后，邊演示邊講解，使學生理解實驗原理與實驗現象。教學過程中學生參與熱情高，課堂氛圍活躍，實驗效果良好。

3.1.3特色教學法

“特色教學”法的思想是突出演示實驗特色，惠及學生。主要分為兩方面：第一，為全校學生開設公共選修課程；第二，為物理學專業師范生免費提供教學技能練習平臺。對于非理工科學生來說，接觸物理知識的機會較少，演示實驗室為同學們提供了一個開闊眼界，增長知識的平臺。每學期開設“大學物理演示實驗”公共選修課，帶學生進入演示實驗室學習參觀。不僅提高實驗室的使用率，而且為學生提供寶貴學習機會。作為師范類院校，學生教學技能培養非常重要，演示實驗室積極配合物理學師范生教育培養。學生在教學試講過程中積極配合提供實驗儀器及指導。演示實驗室設有導學系統，詳盡介紹所有實驗原理、現象、操作說明、注意事項等，同時實驗室中每套儀器有相應的操作說明板，為學生試講練習提供了良好的設備支持，學生選擇相關章節內容，結合實驗進行試講練習；實驗教師參與教學試講過程，與學生共同探討，提高演示實驗教學技巧，改進實驗儀器。

3.2創新實踐、服務社會

3.2.1基礎探究法

一般而言，學生知識儲備有限，獨立進行一項創新實踐課題難度很高。通過演示實驗課程學習，對儀器設計理念、實驗原理的理解，在此基礎上進行改進創新，難度降低，創新有了切入點，實踐積極性也大幅提高。受“導光水柱”演示實驗中水泵抽水與連通器運用的啟發，圖1是我院2013級物理學1班學生自制“水流類比平行板電容器充放電演示儀”。該裝置共有三個水箱，用導管和開關連接，底部水箱內有一個功率為15W的小水泵。利用水箱充放水過程模擬電容器充放電過程，用水流類比平行板電容器中的電子，水箱容積類比電容的電荷量，液面的重力勢差類比電勢差，得出電容器的電容是兩極板儲存電荷量與兩極板電勢差的比值 ，儀器將電子流動的微觀形式用水流展示出來，降低理解電容實質的難度。該作品在全國第八屆“翰博爾杯”大學生與研究生物理教學技能展示暨自制教具與設計實驗展評賽中榮獲自制教具二等獎。

3.2.2服務地方、回饋社會

作為當地唯一一所本科院校，我校在努力提高教育質量的同時大力倡導全院師生服務地方、回報社會。演示實驗室積極響應學院號召，結合自身特點，自成立以來，多次為周邊中小學生開展科普教育實踐活動。2015年11月為寶雞市寶雞中學高二學生開展物理實驗教學實踐活動，2016年4月為我院附屬中學學生開展科普活動，2016年12月為寶雞市高新第一小學學生和家長開展“從小愛科學、努力學本領”的主題科普活動等等。至今，百余名學生和家長進入演示實驗參觀學習。活動中學生通過參觀和體驗演示實驗，加深了對物理現象與規律的認識和理解，領悟到物理實驗在認識自然、學習物理等方面的重要價值，體驗到聲、光、電、磁等高科技技術手段在顯示物理現象與規律的奇妙。科普活動受到了校領導的大力肯定，學生和家長紛紛表示科普活動非常有趣，領略了自然世界的奇妙，開闊了視野，增長了見識。

4.總結

通過我院大學物理演示實驗教學的實踐與探究可以看出，演示實驗作為物理教學的重要組成部分，通過對實驗現象的觀察，使學生進一步掌握物理知識，加深對物理概念和定律的理解；能有效培養學生自主學習能力、科學實驗素質；能開拓學生思維、提高創新意識；同時可以利用高校的科技特色和自身優勢為青少年傳遞科學精神、普及科學理念，讓科技根植于心，服務回報社會。

參考文獻：

[1]韓璐.大學物理演示實驗教學效果調查及研究[D].吉林省，吉林大學，2015.

[2]蘭明乾.大學物理演示實驗教學研究[J].陜西師范大學學報（自然科學版），2007，35：190-192.

[3]汪文明，余蘭山，郭軍.中美大學物理演示實驗比較[J].高等函授學報（自然科學版），2007，19：9-11.

[4]汪文明.大學物理演示實驗教學研究[D].上海，華東師范大學，2006.