將演示性實驗引入大學(xué)物理課程的教學(xué)方法探究
——以西藏大學(xué)為例

周 毅，周艷霞

（西藏大學(xué)a.理學(xué)院；b.工學(xué)院，拉薩850000）

0 引 言

物理學(xué)是一門需要很強的實踐性的學(xué)科［1-2］，我校物理學(xué)專業(yè)的本科生源，現(xiàn)實條件是理工科基礎(chǔ)薄弱，對于抽象的物理概念很難理解。很多同學(xué)，一旦遇到學(xué)習(xí)困難，長期積累之后，就會慢慢對物理失去學(xué)習(xí)興趣，知難而退。演示物理實驗教學(xué)方法，通過一系列聲、光、電、刺激等直接感受，將抽象的物理概念直觀化，提升學(xué)生興趣，促進學(xué)生學(xué)習(xí)物理的需求和動力［3-4］。本課題組在前期調(diào)研期間，赴中山大學(xué)、武漢大學(xué)、吉林大學(xué)等高校參觀調(diào)研，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)今國內(nèi)一流的大學(xué)均建有或大或小的演示物理實驗室，演示物理實驗教學(xué)設(shè)備更是包含力、熱、光、電、原子物理等各學(xué)科分類，在日常教學(xué)、科學(xué)知識普及，甚至科研工作上都起到了相當(dāng)關(guān)鍵的作用。

1 引入演示物理實驗的重要性

1.1 本科物理相關(guān)課程教學(xué)的要求

我校理學(xué)院、工學(xué)院、信息科學(xué)技術(shù)等學(xué)院的大部分本科生目前都開設(shè)物理相關(guān)課程，但本科生源物理基礎(chǔ)普遍較差，對于抽象的物理概念很難理解。教育部2006年頒布的《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》［5］明確指出：大學(xué)物理教學(xué)中，物理演示實驗的數(shù)量不能少于40個，并且要逐年增加。建立演示物理實驗室，將物理演示實驗引入相關(guān)課程的課堂教學(xué)，將抽象的物理概念直觀化，可提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和動力。

1.2 相關(guān)專業(yè)教學(xué)的要求

為了西藏自治區(qū)理工科基礎(chǔ)教育水平的提高，根據(jù)西藏自治區(qū)教育廳的要求，理學(xué)院物理系在原有“物理教育”專業(yè)的基礎(chǔ)上從2017年起新增“物理實驗”專業(yè)方向，旨在為自治區(qū)培養(yǎng)中學(xué)物理實驗教師。理學(xué)院實驗中心為這兩個專業(yè)開設(shè)了較為完備的力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、近代物理等方面的實驗課程，但基礎(chǔ)物理實驗室儀器數(shù)量尚不足以支撐物理系招生擴大的規(guī)模，亟需增加臺套數(shù)及更新部分儀器。相比基礎(chǔ)物理實驗室開設(shè)的實驗項目，物理演示實驗項目的優(yōu)勢在于直觀性（定性或半定量）、數(shù)量多且與生活密切相關(guān)［6-9］。演示物理實驗室的建立及“物理演示實驗”課程的開設(shè)，將與基礎(chǔ)物理實驗室提供的實驗課程互為補充，必將大大提高“物理教育”和“物理實驗”兩個專業(yè)學(xué)生理論結(jié)合實際的能力、實踐動手能力和創(chuàng)新能力［10-11］。

1.3 發(fā)揮大學(xué)社會服務(wù)功能的需要

目前大多數(shù)國內(nèi)一流高校均建有對社會開放的演示物理實驗室，部分省會城市還建有科技館，而這在西藏大學(xué)乃至全自治區(qū)還屬空白。演示物理實驗室的建立與對外開放，將可部分承擔(dān)拉薩地區(qū)乃至自治區(qū)的物理科普工作。力爭把演示物理實驗室打造成繼“藏文典藏室”“唐卡展廳”之后，西藏大學(xué)的另外一張對外宣傳的名片。同時，演示物理實驗室的建立和基礎(chǔ)物理實驗室的改造，對自治區(qū)中學(xué)物理教師的培訓(xùn)工作、自治區(qū)中學(xué)物理競賽的開展與集訓(xùn)隊培訓(xùn)工作等都有極大的促進作用。

1.4 創(chuàng)建一流大學(xué)的需要

2016年，我校經(jīng)過了教育部本科教學(xué)評估，在對我校給予充分肯定的基礎(chǔ)上，也提出了一些整改要求。考察意見中明確提出“要加大新專業(yè)建設(shè)力度，特別關(guān)注新專業(yè)的人才培養(yǎng)方案、師資隊伍、圖書設(shè)計、實驗室建設(shè)等問題”。2017年物理系新開招“物理實驗”專業(yè)方向，演示物理實驗室和基礎(chǔ)物理實驗室的規(guī)劃與布局，是我們對整改意見給出的積極響應(yīng)，也為迎接本科專業(yè)認證工作奠定了基礎(chǔ)。

2 大學(xué)物理相關(guān)課程中引入演示物理實驗實例

2.1 理學(xué)院物理專業(yè)教學(xué)現(xiàn)狀

我校對物理學(xué)專業(yè)的學(xué)生進行了分級招錄。物理1班學(xué)生為區(qū)外生源，物理2班學(xué)生為區(qū)內(nèi)生源，區(qū)外生源以本科二批次招錄，高考平均分為476.6；區(qū)內(nèi)生源以普通本科批次招錄，高考平均分為272.4。從高考分數(shù)上看，兩個班的基礎(chǔ)水平大概相差約200分左右。故在日常教學(xué)中，相同科目也對這兩個班級進行了分級教學(xué)：兩個班所選用的教材、任課教師所教授的內(nèi)容、期末考試難度等方面都不一樣，物理1班在這些方面的深度、難度等都高于物理2班。即使進行這樣的分級教學(xué)，在最后的期末考核中，物理2班的成績也不一定超過物理1班。經(jīng)過與班中同學(xué)日常交流得知：2班的同學(xué)本身基礎(chǔ)薄弱，理解抽象的物理學(xué)概念相對困難，久而久之，失去對物理學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，即使內(nèi)容少，深度淺，考核中也難以做出很好的回答。

2.2 光學(xué)、電磁學(xué)課程中引入演示物理實驗

根據(jù)我校2014版本科培養(yǎng)方案要求，2016級物理1班、物理2班在2018～2019年度開設(shè)光學(xué)、電磁學(xué)課程。為了提升物理2班同學(xué)學(xué)習(xí)物理的興趣，提高該班級的教學(xué)質(zhì)量，在兩個班的光學(xué)、電磁學(xué)教學(xué)中，物理1班同學(xué)進行日常普通教學(xué)，物理2班教學(xué)中引入演示物理實驗。

如在光學(xué)課程中，向物理2班學(xué)生講解o光和e光時，利用雙折射演示儀演示光通過各向異性的晶體時會發(fā)生的雙折射現(xiàn)象，從實驗現(xiàn)象去思考理論知識，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在演示實驗過程中，讓學(xué)生觀察激光通過晶體時的雙折射現(xiàn)象：沿著光的傳播方向轉(zhuǎn)動晶體，觀察e光繞著o光轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，以及通過偏振片來檢測o光e光的偏振態(tài)［12-13］。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，隨著實驗現(xiàn)象的變化，對學(xué)習(xí)產(chǎn)生了濃厚的探索欲。

在電磁學(xué)課程中，向物理2班學(xué)生講授電場章節(jié)時，利用靜電演示組合實驗儀演示一系列靜電現(xiàn)象，包括點電荷電場、同種電荷相斥、平行板電場、靜電跳球、靜電擺球、彎曲金屬表面電荷的分布、靜電屏蔽、法拉第瓶、靜電除塵、電介質(zhì)極化等演示實驗［14-15］。學(xué)生在學(xué)習(xí)中，不會感到枯燥，許多曾經(jīng)坐在后排，上課猶如聽天書的同學(xué)都希望能夠自己上臺完成實驗，在有趣的實驗過程中學(xué)習(xí)曾經(jīng)認為枯燥的知識。

2.3 引入演示物理實驗后的教學(xué)效果

（1）平時的出勤率。課程教學(xué)中，學(xué)生的出勤率，不僅反映了學(xué)校的學(xué)風(fēng)，也反映了教師教學(xué)水平的高低。引入演示物理實驗后，物理2班日常上課的出勤率，由之前的84.2%上升到了94.7%。學(xué)生們普遍感覺更加愿意來上專業(yè)課，甚至期待到課堂上來感受演示實驗，享受這種新穎的獲得知識的過程。

（2）課堂教學(xué)效果。根據(jù)任課教師們?nèi)粘Ｉ险n的教學(xué)效果來看，引入演示物理實驗后，從曾經(jīng)的獨自板書、PPT電化或視頻教學(xué)，到現(xiàn)在的演示實驗配合教學(xué)，老師們普遍覺得多了一個教學(xué)“幫手”。課堂上再也不是只有老師枯燥的講解、底下沒人聽講的狀態(tài)。學(xué)生們也愿意自己上來做演示，提高了課堂上師生之間的互動和教學(xué)之間的互動。

（3）考核成績。在物理2班的教學(xué)中引入演示物理實驗后，在期末的光學(xué)、電磁學(xué)考核中，物理1班、物理2班使用同一難度試卷。經(jīng)過考核對比，如表1所示。

表1 引入演示物理實驗教學(xué)方法考核對比

物理2班在出勤率、考核成績、學(xué)生評教等方面均超過了物理1班。這是在之前不敢相信的事情。2班學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，在以往的考試中往往沒有1班學(xué)生優(yōu)秀，但在2班引入演示物理實驗教學(xué)方法之后，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，而且提高了老師的教學(xué)水平。學(xué)生在學(xué)期末的評教過程中，物理2班對演示物理實驗課程的評教分數(shù)為96.8，超過了許多校級精品課程，說明將此類課程中的抽象變成了直觀，使學(xué)生對此課程從厭惡變成了喜愛從而提升了教學(xué)效果。

3 結(jié) 語

演示物理實驗的趣味性、探索性以及科學(xué)性和生活化，必將在極大程度上，提高我校物理本科專業(yè)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。我校的物理專業(yè)本身也是物理教育師范方向，根據(jù)西藏的就業(yè)政策，學(xué)生們未來也很有可能走向我區(qū)各中小學(xué)教學(xué)崗位，培養(yǎng)他們對物理學(xué)理論知識與演示物理實驗的結(jié)合，也是提高西藏各地區(qū)實驗教學(xué)水平的基礎(chǔ)。隨著教育部最新推動的本科專業(yè)認證，對于我校物理本科專業(yè)來說，基礎(chǔ)物理實驗和演示物理實驗的開設(shè)也是基本條件之一，我們將演示物理實驗引入大學(xué)物理教學(xué)，并計劃在后期建設(shè)高水平的演示物理實驗室，也是為迎接教育部本科專業(yè)認證工作奠定基礎(chǔ)。