淺談演示實驗在大學物理教學中的作用

王金玉　趙言誠　孫秋華　麻文軍　趙文輝　王鋒

摘要：大學物理是理工科院校一門重要的基礎課，而大學物理演示實驗作為輔助大學物理教學的重要手段之一，具有不可替代的重要地位。如何優化大學物理演示實驗教學內容，以及如何與大學物理教學有機結合成為目前大學物理教學改革的一個熱點問題。關鍵詞：大學物理；演示實驗；主觀能動性；觀察能力中圖分類號：O4-33

文獻標志碼：A

文章編號：1674-9324（2018）20-0208-02 一、引言物理學是一門實驗科學，是觀察、實驗和科學思維相結合的產物。這就要求物理學要以實驗為依據，一切理論最終要經受實驗的觀測或實驗事實的檢驗。縱觀物理學的發展歷史，都是通過對自然現象的實際觀察和科學實驗研究，來實現物理學概念、定理、定律的形成和發展。所以，物理演示實驗直觀、生動地展現物理過程和物理規律，是輔助大學物理理論教學的重要手段。只有通過大學物理理論教學與物理演示實驗的有機結合，才能使學生加深對理論教學內容的理解、激發學習興趣、誘導問題思考，通過對演示實驗現象的觀察分析，學習物理實驗知識，從理論和實踐的結合上加深對大學物理抽象理論的理解，進一步提高學生綜合素質和科學素養，培養學生的創新能力?！秶抑虚L期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020年）》指出“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”。物理學家楊振寧教授曾經指出：“要增加中國的社會生產力，需要的是很多會動手的人……我接觸到很多第一流的物理學家，他們很會動腦筋，很會做實驗，卻不善于應付各種考試?！边@段話也道出了我們人才培養體制與西方國家的區別所在，我們培養的學生很善于應付各種考試，但是碰到與實際應用結合緊密的實例或涉及到動手操作的實驗問題，我們的學生往往顯現出束手無策的狀態。隨著高等學校的擴招、大學物理課程學時的逐漸被壓縮，導致大部分高校的物理演示實驗處于一種可有可無、可多可少的狀態。但是近年來隨著國家對教育投資的進一步加大，大部分高等學校也逐漸認識到了物理演示實驗的重要性，相繼建立起了專門的物理演示實驗室，對演示實驗的儀器開發、教學內容的研究也逐步開展起來，并逐漸與大學物理課堂教學進行了有機的結合，取得了良好的教學效果。所以，針對每所高校的實際情況，如何在現有的基礎上開發大學物理演示實驗的教學、更好的輔助大學物理課堂教學已成為了當前的一個熱點問題。二、演示實驗輔助大學物理教學現狀教育部在最新頒布的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》中明確指出：“大學物理課程的主要內容都應有演示實驗（實物演示和多媒體仿真演示），其中實物演示實驗的數目不應少于40個”。由此可見，演示實驗對大學物理理論教學具有十分重要的作用和意義。目前，國內高校中只有極少數建成了專門的多功能大學物理教學演示教室，實現了類似于國外許多大學那樣，一邊講授物理理論知識，一邊演示相關的輔助實驗，達到了理論與實驗的有機結合。借助物理實驗的直觀演示，有助于學生理解和掌握相關的理論知識，增加他們的感性認識，從而調動他們學習的主觀能動性，激發他們的學習興趣。但是，大多數高等學校還不具備這種硬件條件，實現不了物理演示實驗輔助大學物理理論教學，具體原因有以下兩方面。第一，對基礎課教學的地位認識不夠。在上到國家教育部門、下到每個學校的各種教學指導性文件中，無一例外都會提到公共基礎課程的重要性。但到了具體實際操作過程中，往往是每個學校的特色專業、重點學科得到了大力的發展和建設，而基礎學科，特別是公共基礎課程的建設卻被忽視，其中一個很重要的原因，就是在各種專業、學科、學位等評審和評估中沒有所對應的指標項。對于大學物理課程來說，只要涉及到削減學時（或學分），必然是首當其沖，在已經很少的理論課授課學時中，物理演示實驗所占比重必將更少，乃至沒有。第二，硬件建設不夠，理論教學與演示實驗脫節。一方面，在現有的開設演示實驗課程的部分高校中，演示實驗儀器、設備老化嚴重，究其原因，就是學校在儀器購置和建設方面的投入不夠，從而制約了演示實驗課程的發展。另一方面，有些院校雖然能夠開設演示實驗課程，但往往是在特定的實驗室進行集中演示，而有些演示實驗的內容是理論課沒有講授到的，只是為了“演示”而演示，造成了與大學物理教學的嚴重脫節。其結果必將使學生對演示實驗的內容認識不清、實驗細節關注不夠，達不到輔助大學物理教學的目的。三、演示實驗輔助大學物理教學的思考與改革1.演示實驗融入大學物理課堂。物理學是一門實驗科學，大學物理課程教學是離不開物理實驗教學的，而演示實驗作為輔助理論課教學的重要手段，既能幫助學生理解和掌握課堂所學理論知識，又能提高他們觀察問題、分析問題、解決問題的能力。通過課堂演示實驗的引入，可以使抽象的理論知識形象化、呆板的物理過程動態化、寂靜的課堂氣氛活躍化，特別是讓學生親自動手來演示實驗，能夠大大激發學生學習大學物理課程的積極性。學生邊聽課邊現場實踐，在演示實驗的基礎上將物理概念、規律總結出來，做到真正理解和把握物理規律，提高了他們的創造性思維能力和實踐動手能力。基于課堂引入的演示實驗，我們也引入了啟發式教學模式，通過課堂演示的實驗，學生能夠聯想到一系列相關實驗，以達到舉一反三的效果。物理演示實驗融入課堂，能夠實現相關知識點的進一步拓展，并將其與生活實際應用實例相聯系，啟發他們思考相關的物理現象，從而調動學生學習大學物理課程的主觀能動性。通過物理學的學習，使他們學會思考一切，領略物理世界之美，解析萬物之理。2.依托大學物理課程，探究演示實驗物理含義。一般來說，物理演示實驗課分為兩類：驗證性實驗和探究性實驗。驗證性實驗是對一些已知物理學定律的直觀展示，而探究性實驗是對更廣泛的物理原理和物理內涵進行探索與求知。通過物理演示實驗課程的學習，相對于驗證性實驗，探究性實驗更能使學生鍛煉和提高物理思維能力、實踐動手能力和科技創新能力，也更有利于培養學生的科學研究與探索能力，為學生向更深層次的專業學習和研究打下堅實基礎。目前，我們全年共有8學時的物理實驗集中演示，每學期我們安排應屆本科生走進演示實驗室，觀看相關大學物理課程理論知識的實驗演示。在物理實驗演示過程中，教師會精心地為每個演示實驗設計探究性思考問題，并鼓勵學生參與動手實踐，引導學生通過查閱資料等開展多方面的實驗科學探究工作，從而使學生在實際操作能力、科學創新能力等方面得到鍛煉和提升。3.構建大學生“理學之光”科技創新中心。在物理演示實驗教學改革中，我們成立了大學生“理學之光”科技創新中心，在利用物理演示實驗室原有的實驗儀器或舊儀器、舊設備的基礎上，結合學校每年舉辦的“五四杯”科技創新大賽、物理演示儀器設計大賽等賽事，面向全校本可生開展科技創新設計、制作活動。采用鼓勵學生自由組合、自主選題，在有教師指導下自由申報創新項目，開展相關課題研究工作。學生可以自行安排時間到實驗室進行創新制作，并有實驗室教師給予針對性的指導。好的獲獎作品予以陳列展示，甚至將其應用于大學物理實驗教學中，最大限度發揮創新中心為學生提供充分發揮潛力和創造力的平臺的作用，促進了學生學習理論課程的積極性，培養科學研究能力和協同合作精神。另一方面，通過學生積極參加科技創新活動，進一步推動和促進創新中心的建設和發展。四、結束語綜上所述，通過開放大學物理演示實驗室，物理演示實驗融入課堂等方式，實現了物理演示實驗課程輔助大學物理理論教學的目的。通過演示實驗教學手段的引入，大大調動了學生學習大學物理課程的主觀能動性，培養了學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力，創新思維與協同合作能力，對通識教育體系下培養創新型“拔尖”人才具有一定的借鑒作用，也為大學物理課程教學改革的深化貢獻我們的一點微薄之力。參考文獻：[1]盧榮德，程福臻，孫臘珍.大學物理演示實驗動感創新教學平臺的探索與實踐[J].物理通報，2011，（1）：42-45.[2]蔣雅琴.大學物理演示實驗室開放教學初探[J].物理與工程，2011，（21）：23-26.