大学物理演示实验教学改革的实践和探索

钟晓燕 刘文军 南方医科大学生物医学工程学院实验中心 510515

大学物理演示实验教学改革的实践和探索

钟晓燕 刘文军 南方医科大学生物医学工程学院实验中心 510515

物理演示实验；教学改革；实践探索

1、引言

物理学是一门实践性的学科。纵观物理学的发展历程，每个概念的建立、每个定律的发现，都有其坚实的实验基础。因而，一直以来，在物理理论的教学中借助于实验来再现物理过程、验证物理规律是必不可少的教学手段。这种以辅助理论教学为最初目的的实验被人们称之为演示实验。演示实验在物理教学中占有十分重要的、不可替代的地位。

2、演示实验的教学功能

演示实验是教学直观性原则的表现，也是理论联系实际的教学原则的体现。它的功能主要包 括以下几点：

2.1 创设生动情境，激发学生学习的兴趣和求知欲望

爱因斯坦说：“兴趣是最好的教师。”学生只有对物理感兴趣，才想学、爱学，才能学好，从而用好物理。因此，如何激发学生学习物理的兴趣，是提高教学质量的一个关键。而演示实验本身恰好可以作为这种媒介，教师在实验当中可以通过各种途径有效地创设实验情境，把日常生活中不易观察到的物理现象明显地、生动地展现在学生面前，让学生始而惊奇，继而深思，激发起浓厚的兴趣。例如，在演示实验当中，学生的目光总是最先被辉光球那神秘的光彩所吸引。当他们好奇的用手指触摸辉光球的表面时，会发现辉光被手指吸了过来，而且更加明亮，当手指沿辉光球表面来回移动时，辉光也会随着移动。这时候他们会对这种种现象充满好奇，心中产生各种疑问。为什么看上去无色透明的玻璃球会发出如此漂亮的光彩？为什么用手触摸玻璃球壳，辉光会集中过来？它和生活中霓虹灯的原理是一样的吗？

2.2 帮助学生建立物理概念和认识规律

实践和实践教学是获取新知识的源泉，是知识与能力、理论与实践、学与用相结合的关键，是训练学生综合技能、培养学生创新意识的重要手段[1-2]。因此，加强创新精神和实践能力的培养，是我国高校教育教学改革的主要内容，也是社会经济发展对人才培养提出的要求[3-4]。特别是对于综合性学科，实践和实践教学创新和改革尤为重要。

引入新课时运用演示实验，目的往往侧重于引导学生对所研究的问题产生兴趣，或者是提出问题，唤起学生的思考。在概念形成和规律的建立过程中运用演示实验，目的往往在于提供必要的感性材料，引导学生思维活动的发展。学生在感知了这些具体的、生动的物理现象后，再进一步学习其包含的物理规律，思维上会平滑过渡，是一种层层深入的学习过程。例如，在介绍到角动量守恒定律时，可以以直升机为例。当控制演示用直升机旋翼转动时，机身会向反方向转动，从而验证了角动量守恒定律。这时再对尾翼控制，可以阻止机身继续打转。也就说明通过尾桨给飞机体提供一个附加的水平力，其力矩抵消了给机身的转动力矩，从而使机身保持不转，可以进一步加深学生对转动定律的认识。

2.3 进一步发展学生的观察思维能力

观察是科学方法中提取大量事实的基础，也是我们要进行创造和超越的基础。实验当中需要学生精细、敏锐的感知，去捕获其中的一些重要现象，因此需要学生有较强的观察力。然而学生观察能力的培养不是自发形成的，要靠教师的诱导启迪。在演示实验之前，要明确观察目的，做好观察准备；在实验过程中，要设法创造条件，突出观察对象，排除次要因素干扰，并教给学生观察方法，引导学生从整体到局部、再从局部到整体进行观察，培养学生正确的观察思路与方法；同时采用纵、横对比，正、反对比的方法，指导学生透过表面现象把握事物本质。例如，在演示锥体由下向上运动这种“反常”现象的基础上，引导学生从侧面观察，分析仪器装置的结构，并可利用不同锥角的锥体或改变V形斜轨上两导轨间的夹角来实现锥体在斜轨上根据我们给定的条件自动上滚、下滚或静止不动，从而使学生理解锥体上滚本质的原因。

2.4 培养学生科学创新能力

我国学生“总善于解决一个给定的问题,不善于发现新的问题。”这与我国教育是属于那种“把学生从有问题教到没问题”类型不无关系。在全社会都呼吁创新型人才的今天，我们应该有意识地将它引入物理演示实验教学，让演示实验教学在大学物理教学和创新型人才培养中发挥更大的作用。例如，许多教师在做完演示实验后，往往出于时间考虑而急于讲解。但这也正是培养和锻炼学生思维能力的最佳时机，应当着力引导学生通过共同讨论、分析，解释实验现象与结果，并鼓励学生对实验进行充实和扩展。在共振小娃的演示当中，由于三个分别以不同粗细和不同半径的弹簧为底座的物体固定在了同一个底盘上，当调整外力频率使得其依次达到共振的过程中，会出现“同时共振”的现象。这时可以让学生思考这种现象出现的原因，并提出改进的方法。

3、演示实验教学改革的背景和思考

目前，演示实验在大学物理教学，尤其在非物理专业工科大学物理教学中的现状并不容乐观。从大多数院校演示实验数量少、自制教具少、仪器多以购买为主的特点可以看出，大学物理演示实验教学还没有普遍地得到真正的重视。

3.1 思想上不够重视

主观方面，一些院校不重视物理、数学等基础性学科，在发展品牌专业和重点学科的同时，忽视了基础学科的建设，在物理演示仪器的购置和建设上投入不够，成为制约物理演示实验发展的瓶颈；其次，一些院校认为物理实验不如物理理论重要，物理演示实验不如物理实验重要，造成大学物理演示实验被挤占甚至取消的尴尬局面。同时，演示实验的着眼点也并没有放在培养学生用实验方法解决物理问题的能力上，而还是局限在知识的传授和技能的训练范围内。因此，尽管人人都在提倡素质教育，但是由于传统的教学理念根深蒂固，使得教育的现状还是依旧。

3.2 演示实验设备及其他演示资料以购买为主，自制教具少

大量简单明了的演示实验，是要让学生亲自去感受和体验，用最简单的东西去展示最基本的原理和概念。因此，只有教师和学生发挥广泛的积极性，创造性地利用日常生活里的用具进行演示实验的教学，演示实验才有很强的生命力和活力；而在当前的大学物理演示实验教学中，只有很少一些学校进行演示实验教具的研制，多数学校则倾向于购买现成的仪器、光盘等。

3.3 动画演示受到重视

随着办学条件的改善，教育技术的发展，动画演示得到了快速的发展。与实物演示相比，动画可以在教室里展示课堂上实验无法演示的宏观的、微观的、极快的、极慢的物理过程，它突破时间、空间的束缚，进行逼真的模拟，灵活地放大或缩小物理场景，将物理过程生动形象地展现于学生眼前，使学生认识加强，理解透彻。而就实物演示而言，由于一般较少有专门的演示实验室，而且课前要将演示实验设备搬到上课的教室，并进行调试；此外，其可靠性有时候也存在问题。两者相比较，就有重动画演示、轻实物演示的认识和倾向出现。

3.4 只演示，不探讨

传统的演示实验就是教师演示，学生只看不参与，演示实验在物理教学中没有发挥应有的作用。然而演示实验不仅仅是为了提高学生的学习兴趣和获得直观的感性认识，更重要的是启发学生思维，发展学生的认识能力，激发学生的创新意识。在进行演示实验时，应采用与学生讨论分析的方法，边演示边讨论，与学生共同探索物理规律，给学生以方法论及思维品质培养。

4、演示实验教学改革的基本内容与实践

4.1 以有效利用信息技术作为教育改革的着手点，优化教学模式

信息技术的飞速发展及其在社会经济生活各个领域的广泛应用，极大的改变了人类的生产生活方式。特别是20世纪90年代中期以来互联网的迅猛发展，使得信息资源的开放共享和交流沟通的迅速便捷达到了前所未有的程度。面对科技进步为教育带来的新的契机，研究如何在教育教学中运用这些高新技术，如何结合传统的教学手段，是极具现实意义的。通过信息技术与学科课程的有效整合，创建理想的学习环境与全新的学习方式，从而有可能改变传统的教学结构和教学模式，真正实现学校教学深化改革，达到培养创新人才的目标。

4.2 以素质教育为目标，培养学生的综合能力

新世纪中国的物理教育该往哪里去？似乎方向己定：走以创新教育为核心的素质教育之路。其中的一项重要目标就是培养学生的基本学习技能、信息素养、合作与交互能力、创新精神和实践能力。因此在演示实验当中为了实现这个目标，应该以学生为主体，有意识地培养学生，应用各种感官来认知实验过程所产生的各种现象。同时，实验后教师还要启发学生进行分析综合，抽象概括，自行得出结论，从而使学生不仅获得了理性认识，还培养了思维能力、动手能力。

4.3 注重物理实验和当代教育方法和科技前沿的结合，改革实验教学内容

对于能力的培养，必须以知识为载体，因为知识是能力的基础；虽然知识不等于能力，但一般来说丰富知识可以成为提高能力的有效手段，将对能力培养起到事半功倍的效果。因此，需要对物理演示实验进行教学内容的分析，揭示其涉及的各项知识、技能与课程教学内容之间的结构与关系，同时也要处理好多个演示实验教学内容之间的相关性以及系列性问题。在教学大纲或课程标准规定的基础上，对一些演示实验教学内容作适当的补充、拓展，将之与现代科学技术接轨，例如将计算机技术、光纤技术、磁共振技术、核物理技术、X射线技术、电子显微技术、光谱技术、真空技术、传感器技术等现代技术及科研成果融用于学生物理实验之中，从而达到激发学生的学习积极性与热情的目的，更好地为教学服务。

4.4 强调创新培养，营造多元化教学环境

有效地创造一个高技术的教学环境进行双向教学,可以更加协调地促进教学环境中的“外部刺激”与作为认识主体的学生内部心理过程之间的相互作用,最大限度地激发学生内在学习心理要求。

首先，从改进演示实验教学模式入手设计基于演示资源的物理网络探究学习模式，即在课堂情境、实验室演示和网络学习情境中，学生在教师的引导下提出问题，通过网络支持环境开展个人化或协作探究学习。

其次，充分利用网络资源, 通过CAI等现代化教学手段和资源与网络实验平台相结合, 可以突破传统演示实验的范围和形式,解决时间和空间的问题。从而实现了时间、内容和空间的全方位、深层次开放。

最后，结合大学生创新性实验计划,采取实验室科技立项的方法,鼓励和带动学生利用软件如Matlab、Labview等,开发虚拟实验仪器,进一步提高和锻炼学生的创新能力。

5、结论

物理演示实验作为大学生在进校后的第一门科学实验课程，不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更主要的是要培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，特别是与科学技术的发展相适应的综合能力，适应时代的发展，科技进步的创新能力。

[1] 路峻岭. 物理演示实验教程[M]. 北京:清华大学出版社.2005.

[2] 李元杰, 陆果. 大学物理学[M]. 北京:高等教育出版社.2003.

[3] 王云才，韩国华. 建立大学物理实验教学质量保证与监控体系[J]. 实验室研究与探索. 2008(3):83-85.

[4] 刘学忠, 论大学创新精神与创新能力培养的教学环境[J]. 中国高教研究. 2007(8):50-51.

[5] 李海宝,任敦亮, 李晓萍,等. 构建可持续发展的物理演示实验基地[J]. 实验室研究与探索.2007,26(10):124-126.

G642.423

钟晓燕（1977-），女，四川内江人，硕士研究生，助教，主要从事物理实验教学工作；

刘文军(1967-)，男，湖南长沙人，博士研究生，副教授，实验中心主任，主要从事物理、电子实验教学工作。