大學物理演示實驗動感創(chuàng)新平臺的構(gòu)建

郝杰

【摘 要】高職院校構(gòu)建大學物理演示實驗教學動感創(chuàng)新性平臺，需要以創(chuàng)新教育為核心，合理配置教學內(nèi)容，完善大學物理演示實驗，建立保障體系措施，促進課堂教學、實驗教學及科研一體化。

【關(guān)鍵詞】大學物理教學；演示實驗；動感創(chuàng)新平臺

物理演示實驗是通過對具體物理現(xiàn)象的展示，將抽象的理論形象化，引導學生分析和觀察實驗現(xiàn)象，增加感性認識，是提高學習興趣和創(chuàng)新思維能力的教學路徑。

近年來 ，一些高職院校開始“3+2”、“4+0”本科專業(yè)培養(yǎng)，各院校對物理實驗室的經(jīng)費投入明顯加大，實驗室儀器設(shè)備的數(shù)量與質(zhì)量得到了一定的改善，這為提升大學物理教學質(zhì)量、開展科研工作提供了重要保障。但同時由于歷史原因，高職院類大學物理重視不夠，物理實驗處于停開或半開狀態(tài)，物理實驗室各方面的投入更是嚴重匱乏，特別是演示實驗，演示實驗的原理一般較為簡單，故很多教師和學生對這些簡單的演示實驗重視不夠，對演示實驗的創(chuàng)新價值及實踐價值認識不到位，演示實驗沒有起到應有的作用。我們借助 2013年南京科技職業(yè)學院科研北斗創(chuàng)新平臺“物理實踐技術(shù)創(chuàng)新研究中心”，以及“大學物理演示實驗動感創(chuàng)新平臺的構(gòu)建”課題，力圖建立一種演示實驗動感創(chuàng)新平臺，并試圖將其推廣到高職院校大學物理教學實踐。

1 平臺構(gòu)建的思路和運行模式

1.1 平臺構(gòu)建的思路

在平臺的探索實踐中，逐步形成了“通過演示實驗使課堂與實驗教學無縫對接，以物理演示實驗室和創(chuàng)新制作實驗室為基地，提出培訓、創(chuàng)作、交流相結(jié)合的模式，融入創(chuàng)新教育理念，對學生進行系統(tǒng) 、規(guī)范 、創(chuàng)新的演示實驗教學，給學生一個發(fā)揮潛能和創(chuàng)造力的空間”的建設(shè)理念，加快演示實驗項目的改進與創(chuàng)新。

以“測量粘滯系數(shù)實驗”為例，在大學物理實驗中，多管落球法是常用來測量液體粘滯系數(shù)的實驗。這種測量方法理論較簡單，測量思路也很清楚，但過程很繁雜，稍微的松懈就會對結(jié)果造成很大影響，導致最終數(shù)據(jù)完全失去線性關(guān)系。筆者在教學實踐中，引導學生一起分析實驗過程中的問題：（1）難以控制鋼球釋放的位置和速度。實驗要求小鋼球沿中心軸線下落，但實驗中小鋼球由人工釋放，無法準確實現(xiàn)將小球從管子中心軸線位置放入；（2） 落入液體中的鋼球堆在管子底部，鋼球難以取出；（3） 鋼球下落時間測量誤差較大。時間的測量是整個實驗的關(guān)鍵。用秒表計時，要求實驗者手眼一致，但實驗中實驗者反應很難達到完全準確，可能提前或延遲；且計時時，眼睛不一定完全平視液面；（4）實驗受溫度變化影響較大。蓖麻油溫度隨實驗環(huán)境溫度變化而發(fā)生變化，當實驗環(huán)境不是恒溫態(tài)時，對于多管法，不同管徑的管子中待測液體溫度不同，即便是單管法，同一根管子管內(nèi)不同位置液體溫度也不同，失去測量意義。根據(jù)這些存在問題，對傳統(tǒng)的粘滯系數(shù)測定儀作了改進，裝置設(shè)計的基本思路）：（1） 用有定位作用的量筒蓋和軟磁鐵釋放鋼球，保證鋼球能沿量筒中心軸線無初速度下落；（2）將平直或凹陷的量筒內(nèi)底面做成斜面；（3）用激光光電計時器計時；（4）粘滯系數(shù)管用雙層中空玻璃做成。通過分析問題，尋找解決問題突破口，到最終設(shè)計創(chuàng)新方案，這一系列過程加深了學生對本實驗的理解體會，通過“光電法測量小球下落時間”、“用氣墊導軌測液體的粘滯系數(shù)”、“組合式粘滯系數(shù)測量儀” 系列演示實驗，鍛煉學生將知識融會貫通，將電學、力學、光學與本實驗結(jié)合起來。

1.2 演示實驗創(chuàng)新制作實驗室的運行

對于演示實驗創(chuàng)新制作實驗室，我們準備各種元器件、工具原材料以及實驗室在物理實驗課上不能成套利用的實驗儀器，吸引同學走進實驗室，開展科技創(chuàng)新活動。學生集思廣益、討論研究、自主設(shè)計，教師再加以適當?shù)囊龑В箤W生感到制作一件作品并沒有想象中那么困難。

以學生創(chuàng)新作品“馬呂斯定律演示儀”為例，光學馬呂斯定律教學中，缺少直觀、驗證性演示實驗，不利于教師教學和學生的學習與掌握。“馬呂斯定律演示儀”所要解決的技術(shù)問題是提供一種光學馬呂斯定律教學實驗演示裝置，利用光電影像和光電數(shù)字技術(shù)，并借助計算機應用技術(shù)直觀演證馬呂斯定律，從而幫助學生掌握和應用該定律。學生基于光電效應實驗原理，在光源與光電管之間添加一對起偏、檢偏片，通過旋轉(zhuǎn)檢偏片，改變檢偏片的偏振化方向與起偏片的偏振化方向之間夾角，用數(shù)字微電流測量儀的示數(shù)變化反映透過檢偏器的光強變化，同時采用光電影像技術(shù)經(jīng)計算機處理，在計算機顯示屏上展現(xiàn)像、數(shù)、圖，直觀、形象地驗證光學馬呂斯定律。作品在設(shè)計制作過程中，學生遇到了很多困難：如何將馬呂斯定律與光電效應聯(lián)系起來并有機結(jié)合，兩塊偏振片如合固定安放，攝像頭的如何取景，數(shù)學模型如何建立，如何展示演示結(jié)果。為此學生查閱了大量資料，經(jīng)過反復討論實驗，最后研制成功。“馬呂斯定律演示儀”借助光電效應，滿足了實驗、理論一體化教學需求，在開發(fā)過程中激發(fā)學生創(chuàng)新欲，訓練學生創(chuàng)新能力，適宜在實驗室中推廣使用。

2 平臺構(gòu)建的體系措施

2.1 發(fā)揮專業(yè)特色，實現(xiàn)教學、實驗與科研一體化

為營造良好的探索、創(chuàng)造氛圍與環(huán)境，應充分利用教師的科研項目和成果資源，讓其轉(zhuǎn)化成教學資源，使教學與科研緊密相結(jié)合，并體現(xiàn)學校自身的學科、專業(yè)、師資特色，使大學物理演示實驗教學成為物理課堂、實驗與科研整體中不可分割的一部分。

演示實驗的開發(fā)應用過程，不僅是對學生實踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程，同時也是提升教師團隊整體科研能力的過程。近五年，南京科技職業(yè)學院科研北斗創(chuàng)新平臺“物理實踐技術(shù)創(chuàng)新研究中心”教師團隊已申報專利20余項，如“一種液體黏度測量儀的光電測試裝置”、“一種用于液體黏度測量的光電接受轉(zhuǎn)換部件”、”旋光實驗演示裝置”等，已取得授權(quán)的發(fā)明專利5項、實用新型專利10余項，并將專利結(jié)果實施到教學實踐中，實現(xiàn)教學、實驗與科研一體化。

2.2 平臺全面開放

（1）全面開放演示實驗室，學生參觀過程中主要由實驗員（可聘請學生）講解，在講解中注重與學生的討論，鼓勵學生說出自己的想法和問題，錯誤無責，創(chuàng)新有獎，突出對學生創(chuàng)新能力和科學素質(zhì)的培養(yǎng)。學生根據(jù)自己的興趣與特長自主選題，完成一項創(chuàng)意性演示儀器的設(shè)計制作，并投入到物理教學實踐，學生從中得到創(chuàng)造精神和實踐能力的全面的鍛煉與提高。

（2）將教師的專利成果、科研項目與學生分享、討論、研究，吸收有創(chuàng)新能力的學生與教師、實驗技術(shù)人員一起共同完成演示實驗項目。

3 結(jié)束語

大學物理演示實驗動感創(chuàng)新平臺運行高效，提高了學生創(chuàng)造能力和實踐能力，提升了大學物理課程教學效果，實現(xiàn)課堂教學、實驗教學及科研一體化。如何適應當下物理教學發(fā)展的要求，提高演示實驗的教學效果，深化大學物理演示實驗教學改革，值得我們不斷研究探索。

【參考文獻】

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