演示實驗在少數民族學生物理教學中的應用

張敏+王振+陸樹偉

（新疆大學 物理科學與技術學院，新疆 烏魯木齊 830046）

摘要：少數民族預科教育是提高少數民族高等教育質量的重要措施，但由于漢語水平參差不齊，預科物理教學效果有限。筆者在理論教學基礎上探索性開展了低成本的演示實驗，利用演示實驗可以加強對物理概念的理解、驗證物理問題、發現物理規律等。實踐表明，在少數民族學生的物理教學過程中開展簡單易行的演示實驗，能夠激發學生學習物理的興趣，促使學生有效掌握物理基礎知識，并有助于培養學生的抽象思維和學習能力，為提升新疆大學少數民族預科教育質量和人才培養水平提供了保障。

關鍵詞：少數民族學生；物理教學；演示實驗

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）24-0279-02

一、引言

少數民族預科教育是在中國特色大學教學體系中，根據少數民族語言文化特點，所建立的符合本地區實際情況的特色教學，是提高少數民族高等教育質量的一項重要舉措。新疆大學經過多年的探索和改革，已經形成了獨具特色的少數民族預科課程體系和培養模式，為自治區經濟社會發展培養了大批少數民族人才。在預科教學課程中，基礎物理是理工科學生必修的一門重要基礎課。但是由于生源素質受地域差異、文化差異和教育資源分布差異等因素的影響，且大部分少數民族學生漢語水平有限，這些都對預科物理教學提出了要求和挑戰。為了提升教學效果，筆者在理論課程基礎上開展了低成本演示實驗，用理論指導實驗，用實驗驗證理論。

二、低成本演示實驗的建立與特點

傳統的大學物理實驗是學生在實際操作中，用學習的理論驗證知識、培養動手能力和創新能力的過程。目前，新疆大學物理實驗一般開設時間是大一的第一學期和第二學期，并且大學物理實驗教學條件非常完善。因此筆者充分利用新疆大學物理實驗條件，從中選擇一些與預科物理教學內容相關的實驗儀器，開展低成本演示實驗教學。在教學過程中發現，演示實驗能夠使學生更加深入的理解理論課上的知識，達到提升教學效果的預想。與大學物理實驗相比，同預科物理教學相匹配的低成本演示實驗具有自己的特點：首先，低成本實驗所需實驗器材取材容易且成本低廉；其次，低成本實驗內容設定簡單，容易操作，不會占用很多教學時間，卻能使學生有效地理解所學物理知識；再次，低成本演示實驗雖然簡單，直觀的實驗現象卻可以激發學生去研究潛在的物理內涵，進而把單一的接受式理論學習轉化為研究式學習，培養學生的自主學習能力和研究能力；最后，低成本演示實驗的趣味性較強，更能吸引學生的注意，激發學生學習物理的興趣。

三、理論教學與實驗教學相結合

低成本演示實驗內容的設定應與實驗室條件相適應且符合低成本實驗的特點，不能超出預科物理教學大綱的要求，可以充分利用周圍物品以及實驗室已有的儀器設備來演示實驗，并且能夠運用所學知識得出相應的實驗結果。

1.利用演示實驗加強對物理概念的理解。舉個例子，在運動學中，慣性表現為物體保持其運動狀態不變，為了讓學生更進一步深入理解這個概念，筆者設計了這樣一個演示實驗：在一個裝滿水的瓶中放入一個塑料小球，旋緊瓶蓋后，用手上下做加速運動，觀察小球的運動后總能發現，小球的運動方向和瓶子的加速方向相反。為什么會出現這種現象呢？這時筆者引導學生對實驗現象進行分析，從而加深對慣性這一概念的理解。

2.利用演示實驗觀察物體運動。在機械振動的教學中，大綱要求對學生講授兩種典型的簡諧振動—彈簧振子和單擺的振動。單一的理論講授并不能讓學生很好的理解動態的振動過程。基于已有的大學物理實驗條件，筆者建立了彈簧振子和單擺系統。將一根輕彈簧水平固定在一側的墻面上，彈簧另一側系上一個小球，小球另一側通過光滑桿固定在另一側的墻面上，這就是彈簧振子。拉伸或壓縮小球后松手，就能觀察到彈簧振子的簡諧振動。單擺的實驗裝置就更容易實現了，在一根長輕懸線下端系一個小球，擺動幅度在5度以內，小球就做簡諧振動。大學物理實驗中有一個設計性實驗就是利用單擺測本地的重力加速度，筆者完全利用了該實驗的單擺裝置，讓學生觀察單擺的簡諧振動。

3.利用演示實驗驗證物理問題。在上一個例子中，利用已有的實驗條件可以讓學生觀察單擺做簡諧振動情況。那么單擺做簡諧振動的周期和什么物理量有關呢？這是預科物理教學大綱中的一個重難點。在授課過程中筆者問學生單擺的周期和振幅是否有關時，許多學生會認為有關。他們認為擺球以較大的角度和較小的角度分別擺動時，大角度時擺球的振幅大，因此周期也會長。其實不然，這只是學生的主觀臆斷。理論公式告訴我們，單擺的周期和振幅無關。為了讓學生擺脫這個思考的誤區，筆者演示了這樣一個小實驗：將擺球拉離平衡位置不同振幅處擺動（擺角控制在5度以內），測量不同振幅下的周期，結果顯示周期不變。可見演示實驗可以解答學生疑惑，幫助學生理解物理知識。

4.利用演示實驗發現物理規律。縱觀大多物理學家發現物理規律，一般都是由實驗歸納總結得出。在預科物理理論教學的基礎上開展演示實驗，不僅可以使學生通過實驗得出物理規律，同時也能初步掌握科學研究的方法。例如在解釋波的形成和傳播時，老師一般根據課本上的靜態圖描述波形成的動態過程，不夠具體生動。為了讓學生理解起來更容易，筆者把一根較長的軟繩一端系在墻壁的釘上，另一端用手握住持續地上下抖動，學生看到一列凹凸相間的狀態向另一端傳去，這樣就在繩上形成了一列波。這時候筆者啟發學生進行思考：設想把繩子分成無數個質點，那么繩子上的質點是上下振動還是左右振動呢？答案顯而易見是上下振動；接下來繼續問學生，繩上的波動這種形式是上下傳播還是左右傳播呢？答案是向右傳播。此時筆者根據學生觀察的結果進行總結：質點的振動方向跟波的傳播方向相互垂直，這種是橫波。僅僅簡單的一根繩子，就能調動學生學習物理的積極性和主動性，顯著的提高教學效果。

5.利用演示實驗促使學生有效的掌握物理知識。低成本實驗的最大特點就是可以使用一些簡單易得的物品進行研究，演示與理論內容相關的現象，這將有助于學生理解和掌握所學理論知識。為了讓學生理解擴散現象，筆者分別演示了氣體擴散、液體擴散和固體擴散實例。拿出一瓶香水，不用按壓噴頭，就能聞到香味，很顯然這是氣體分子在不停地做運動，擴散到周圍空氣中使我們聞到香味。將幾滴紅墨水滴加到瓶子中的清水中，清水迅速變紅，這是液體分子的擴散。將兩塊不同的金屬按壓在一起一段時間后，能在金屬表面檢查到對方金屬的成分，這是固體分子的擴散。根據這些隨手可做的簡單小實驗，可以使學生學到物理知識的同時，也提升了學習物理的趣味性。

在少數民族學生預科物理教學的基礎上開設低成本演示實驗，不僅可以增加學生學習物理的趣味性和積極性，更加能夠鍛煉學生獨立思考的能力，在教會學生掌握基本理論知識和操作技能的基礎上，開發學生的創新意識，培養學生應用所學知識分析問題、解決問題的能力。此外，這一舉措也能提升教學效果，更新教學思路，為學生營造更好的教學環境。

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