大學物理演示實驗對創新型人才培養的積極作用

閻曉慶

(武警工程大學物理實驗中心 陜西 西安 710086)

大學物理演示實驗對創新型人才培養的積極作用

閻曉慶

(武警工程大學物理實驗中心 陜西 西安 710086)

大學物理演示實驗是理論與實踐聯系的紐帶，是使抽象理論形象化、具體化的有效手段，是大學物理實驗教學的重要組成部分，通過演示實驗的學習不僅能夠激發學生的學習興趣還可以培養學生的觀察能力、創新思維和動手能力．結合本校大學物理演示實驗的開展情況，從3個方面討論了演示實驗對創新型人才培養的積極作用．

大學物理演示實驗 創新思維 動手能力

隨著信息技術的迅速發展和國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)的要求：“我們要創新人才培養模式，注重學思結合，激發學生的好奇心，培養學生的興趣愛好，營造獨立思考、自由探索、勇于創新的良好環境”[1]，培養具備高素質高技能的創新型人才已經成為各大高校的新目標和新要求．大學物理實驗是建立在物理理論教學的基礎上通過實踐教學培養學生創新精神和動手能力的一門學科，而演示實驗的教學是物理實驗教學中不可或缺的環節，是任何教學手段所不能取代的，具有其獨特的教育功能[2]，通過演示實驗教學不僅能夠激發學生學習的興趣，還可以鍛煉學生的觀察能力，思考能力和動手能力，對培養創新型人才的教育目標起到了積極的推動作用[3]．

本文結合國內外高校演示實驗發展現狀和本校演示實驗開展情況，分析討論了大學物理演示實驗在培養創新型人才方面的重要作用．

1 國內外大學物理演示實驗發展現狀分析

1.1 國外演示實驗發展現狀

根據調查發現，國外多數知名高校都十分重視大學物理演示實驗在教學和培養學生創新能力方面的作用．他們的演示實驗設施完善，內容豐富[4]．教師通過演示實驗的講授可以很好地把學到的理論知識融入實際生活，這些豐富多彩的演示實驗不僅帶著學生暢游在物理世界奇妙的海洋，而且在學習的過程中很好地幫助學生觀察現象，發現方法，總結規律．既提高了學生學習大學物理的興趣，又達到了啟發思維，培養能力與素質的目的[5]．而且國外高校通過多種教學模式開展演示實驗，他們不僅在課堂教學中大量運用操作簡單、現象突出、觀賞性強的演示實驗輔助理論教學，而且還專門成立了開放性的演示實驗室在教學之余供學生自己探索操作，甚至很多高校還開設了演示實驗學習網站，例如美國加利弗尼亞州立大學伯克利分校的物理演示實驗網站、北加利弗尼亞州立大學的物理演示實驗網站以及馬里蘭大學的物理演示實驗網站，這些高校在網站上提供了諸多演示實驗的視頻資料、照片.操作步驟，注意事項，所需裝備和教學地點等都有詳細說明[6，7]，演示實驗的發展已經處于穩定的趨勢．

1.2 我國演示實驗所處地位分析

與國外高校完善先進的演示實驗教學的開展情況相比，國內只有少數重點高校重視物理演示實驗的建設發展，大部分高校的演示實驗資源都十分稀少，演示實驗在國內的地位發展整體處于初級階段[8]．這個局面的形成跟諸多因素有關：一方面，大學物理實驗普遍在學校領導和學生心目中的地位不高，被認為只是用來輔助物理理論教學的課程，只要能開設維持正常教學計劃的常規性物理實驗科目即可，認為演示實驗沒有開設的必要性．這是一種對實驗課程認識上的極大錯誤，實驗的目的是培養學生的動手能力、觀察力，開發學生的大腦，啟發學生的思維，而演示實驗和常規性物理實驗在圍繞這一目的的教學上各有不同.

從教學內容上來看：演示實驗內容以貼近實際生活的儀器演示物理現象反映物理規律為主，例如飛機升力演示儀、龍卷風演示儀、導光水柱、人體導電演示儀等等；常規的物理實驗以驗證物理規律為主，例如轉動慣量實驗、光電效應實驗、多普勒效應、分光計實驗等等；

從授課形式來看：由于演示實驗儀器組數少，以教師的操作演示，學生集體觀看為主，學生自己體驗為輔，常規的物理實驗儀器設備豐富，以學生個體自己動手操作為主，教師講解為輔；

從教學效果上來看：演示實驗貼近生活、現象明顯直觀，易于理解，學生容易舉一反三，學習興趣高；常規性物理實驗操作比較復雜，需要通過認真地組合儀器，細心地測量數據等過程才能完成，通過實驗數據的計算分析才能驗證物理規律，實驗過程比較枯燥，學生學習積極性較差，能動性較小．所以，常規性實驗是動手能力和觀察能力培養的基礎，而演示實驗是在此基礎上的有效提升，以達到理論聯系實際，靈活運用知識解釋自然現象中蘊藏的物理規律培養創新能力的目的，因此，二者相輔相成，缺一不可．

另外一方面，一個演示實驗室的建設，一批演示器材的采購，不僅需要實驗室人員前期做充分的調研工作，而且需要學校領導的重視，投入大量經費去發展建設演示實驗，更需要培養一批知識面廣，專業技術能力強，教學經驗豐富的教師來進行教學指導．只有做到學校重視、科學管理、教師到位才能真正把演示實驗的開展工作落實起來．

2 本校演示實驗開展情況介紹

本校經過多次轉型發展以培養創新型指揮人才為教育目標，實驗室建設發展是學校轉型過程中重點建設的項目之一．我校目前已經投入了大量財力、物力和人力重新改建了實驗樓，高度重視大學物理演示實驗的建設發展，投入了100多萬元固定資金建立了兩個演示實驗室，總面積300余m2，共120多個演示項目，可同時容納60多名學生實踐操作．其中力學有聽話的小球、混沌擺、導軌滾動演示儀、龍卷風演示裝置等28個項目；振動與波有擊鼓共振、水駐波演示、波爾共振演示儀等17個項目，熱學有大型伽爾頓板演示儀、大型速率分布演示儀、半導體熱堆熱機等10個項目，光學有激光琴、穿墻而過、奇幻之水、光彈效應演示儀、大型3D影像演示系統等35個項目；電磁學有特斯拉放電互動演示裝置、怒發沖冠互動演示裝置、電磁炮、人體導電等30個項目；近代物理有黑體輻射演示儀、氫燃料電池演示儀等5個項目；120多個演示項目涵蓋各個物理領域，內容全面，豐富多彩．

通過兩年多的教學實踐發現大學物理演示實驗室是學生們感覺非常“好玩”的地方，這里到處是新奇的實驗裝置，有趣的實驗現象，學生不僅可以自己觀看實驗現象而且還可以自己動手體驗，既培養了學生學習的興趣又豐富了知識，開闊了眼界[9]．學生在上演示實驗課時認真觀察思考，積極動手，親自體驗操作，下課舉一反三，就日常生活中見到的類似現象向老師主動咨詢請教．演示實驗室的開放受到學生的熱烈歡迎，但本校演示實驗開展仍然處于探索階段，在教學過程中也遇到了諸多問題需要完善.

(1)演示實驗的教學方法和教學模式目前都比較單一，主要以教師的講解和學生的集體觀看為主，學生的主動體驗為輔，為了更加方便學生觀看操作，發揮主觀能動性，多樣的教學方法和模式有待進一步改善提高．

(2)演示實驗鼓勵學生親自動手積極體驗，由于學生比較多，對于喜愛的項目就想多體檢幾次，如果不嚴格按照操作規程很容易造成儀器損壞，很多儀器要求實驗環境干凈干燥，因此實驗室的管理維護需要制定完善的規章制度．

3 物理演示實驗對創新型人才培養的積極作用

時代在發展，科技在進步，社會對人才的需求和要求也在不斷更新，當今社會除了必須掌握基本的專業素能外擁有創新思想和能力的人才已經成為核心競爭力．各大高校作為培養高素質創新人才的搖籃，擁有各自獨特的培養途徑和教學模式來發掘學生的創新思想和創新能力．但毫無例外的實驗室是實施此目標的重要教學場所，它是一個“融創新與素質教育為一體，融知識傳授和能力培養為一體”的場所[10]．大學物理實驗是所有高校培養學生創新能力和動手能力的重要環節，在這一環中能夠把學到的理論知識應用到實際生活，具有突出教學效果的則是大學物理演示實驗．傳統物理學在學生心目中的印象就是一個演算的過程，學生學習大學物理知識經常會問老師：“我們又不搞科研，學物理有用？”大學物理演示實驗的教學為學生詮釋了物理的精髓：“物理與我們日常的生活息息相關，物理知識無處不在”．例如飛機升力演示實驗和龍卷風演示實驗讓學生切實體驗到伯努利方程證明的氣流和壓強之間的關系；高壓靜電模擬演示儀(又稱為怒發沖冠互動演示儀)通過學生親身體驗讓學生理解同種電荷帶電的性質和等電勢的概念；3D影像系統通過佩戴偏光鏡觀看立體影像的方式讓學生理解偏振光在生活中的作用；大型伽爾頓板和速率分布演示儀直觀地告訴學生物理中統計與分布的概念；同自己握手、激光琴、萬丈深淵、奇幻之水等等奇妙的演示實驗讓學生不僅可以把學到的理論知識應于實際，而且通過演示實驗的操作、觀察和體驗啟發思維，開拓創新．

總之，大學物理演示實驗是物理教學中不可或缺的重要環節，是培養高素質創新型人才的重要途徑和教學手段，盡管目前國內還處于初始的發展階段，但是隨著社會的進步和對人才的要求更高，大學物理演示實驗對學生創新思維和動手能力的培養作用會更加明顯地體現出來．

1 金桂，黃小益，姚敏，等.在大學物理演示實驗教學改革中培養學生的創新思維能力.物理通報，2014(5)：22～26

2 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.物理與工程，2002(2)：28～30

3 張晚云,陸彥文,曾交龍.淺談如何在大學物理課堂教學中發揮好演示實驗的作用.高等教育研究學報，2011(34):49～51

4 劉慧，喬月鳳.大學物理演示實驗教學現狀及本校開展情況.物理通報，2014(11)：81～83

5 王中元.物理演示實驗教學的改革模式.高等函授學報(自然科學版)，2010，2(3)：42～44

6 陳惠敏,石雁祥,張承據.大學物理演示實驗教學模式的探討.大學物理實驗，2007(10)：22～25

7 汪文明．中美大學物理演示實驗教學比較.高等函授學報(自然科學版)，2005(19)：9～12

8 劉國松.演示實驗在大學物理課程實施中的研究：[學位論文].長春:吉林大學，2006

9 路峻嶺，陳信義，王延吉．強化演示實驗，開展大學物理研究型教學.大學物理，2008(5)：44～46

10 劉海峰,楊欣毅.創建“三位一體”綜合性實驗室的探討.高等教育研究學報，2009,32(4)：27～29

ThePositiveEffectofUniversityPhysicsDemonstrationExperimentontheInnovativeTalentsCultivation

YanXiaoqing

(EngineeringuniversityofCAPF,thecenterofuniversityphysicsexperiment,xi’anshaanxi710086)

University physics demonstration experiment is a bond to contact theory and practice,is the effective means make the abstract theory to graphic and concrete,it is an important part of university physics experiment teaching,through the study of demonstration experiment can not only stimulate students' interest in learning can also cultivate the students' observing ability,innovative thinking and hands-on ability.this article combining with the development.situation of our college physics demonstration experiment from three aspects discussed the positive effects of demonstration experiment on training innovative talents.

university physics demonstration experiment；innovation thinking；practical ability

閻曉慶(1986- )，女，助理實驗師，主要從事大學物理實驗教學工作及研究．

2016-10-17)