演示实验对大学物理教学的辅助作用

王玉生，宋纳红

(1.华北水利水电学院数学与信息科学学院，河南郑州450011;2.河南财经政法大学计算机科学与信息工程学院，河南郑州450002)

演示实验对大学物理教学的辅助作用

王玉生1，宋纳红2

(1.华北水利水电学院数学与信息科学学院，河南郑州450011;2.河南财经政法大学计算机科学与信息工程学院，河南郑州450002)

分析了演示实验在教学中的积极作用和地位，总结出演示实验中教师应注意的事项，指出了演示实验中存在的一些问题。演示实验对大学物理教学具有重要的辅助作用，是大学物理教学中不可缺少的环节，教师应认真对待，利用演示实验启发学生主动思考，培养学生科学思维的方法。

演示实验;大学物理;教学

一、引言

物理学是自然科学的基础，是探索物质基本结构和运动的基本规律的基础学科。通过实验抽象和总结出来的物理规律、物理概念是大学物理课堂上讲授的主要内容。大学物理和中学物理的教学目的不同，通过大学物理课堂讲授，不仅要使学生真正理解和掌握物理规律，而且应该培养学生提出问题、解决问题的能力以及良好的思维能力和实践能力。

近年来，全国各高校对物理演示实验都十分重视，投人了大量的资金进行演示实验室的建设和改造。演示实验是大学物理教学的重要辅助内容，主要是任课教师来演示，学生来观察现象、总结规律的表演示范实验。它不仅是理解和掌握物理知识不可缺少的环节，而且还能培养学生的观察能力、动手能力、思维能力、探索精神以及良好的学习方法［1－5］。演示实验是深受学生欢迎的教学形式，是物理教学中最能激发学生发散性思维的部分，是学生与老师近距离交流的途径。演示实验的教学过程突出了实践对理论知识的检验，能够化抽象为具体，把枯燥的公式推导和定理证明生动地展示给学生，把有趣的现象和物理定理、物理规律紧密地联系起来。通过引导学生观察，进行积极思考，配合教师适当的讲解，使学生能够深刻地理解物理概念，清楚地掌握物理规律，达到事半功倍的效果［6－8］。

二、演示实验在大学物理教学中的作用

(一)演示实验可以激发学生的学习兴趣

在理论教学中，物理定理的证明及应用大多数是公式推倒，而且微积分知识较多，学生感到枯燥，容易厌倦，很难对物理这门课产生兴趣。如果在其中适当地穿插一些有趣的演示实验，或者放映一些具体应用物理知识的录像，效果明显不同。比如角动量守恒定律这一节，在课堂上推导出来的结论学生不容易理解，大多数学生以前没有接触过角动量这个全新的概念，甚至想象不出来是什么现象，很迷茫。在演示实验中通过角动量守恒转台和“如可夫斯基凳”的演示，让学生亲自站在转台上或者坐在凳子上来体会角动量守恒的过程。在角动量守恒转台上，演示者、转轮和转台构成的转动系统所受外力矩为零，所以系统对转轴的角动量守恒。开始时系统静止，角动量为零。演示者让转轮转起来便产生了对转轴的角动量，为了保持该系统的总角动量仍然为零，演示者必须与转台的转动方向相反，产生对转轴的反方向角动量。同学们亲眼看到转动现象，甚至亲自参与其中，印象很深。在“如可夫斯基凳”上，学生可以通过调整哑铃的位置来改变自身的转速，从而掌握影响刚体角动量的三个因素。这样学生亲身体会到角动量守恒的过程，对定理的内容理解也更加深刻，学生普遍反映较好。

(二)演示实验可以培养学生的观察能力

人类有90%以上的信息获取来自眼睛，只有善于观察才能发现问题，通过积极思考才能解决问题。在大学物理教学中培养学生的观察能力是一项重要的任务，利用演示实验能更有效地带动学生集中注意力观察实验现象，分析物理过程。在物理演示实验教学中教师应让学生亲手参与操作，引导学生观察。让学生与实验仪器零距离接触，学会排除仪器故障，改进实验方法，自己设计实验，通过这些实践活动培养创新思维。让学生自己设计一些实验，这是从书本上所不能学到的。比如光的偏振和双折射的演示实验，贴在特殊玻璃板的蝴蝶和飞机模型，在白光下看是透明的，当把他放在偏振光中就变成彩色的了。学生很好奇，接下来老师把模型从仪器中取出来，展示给大家看，让每个同学都能看清楚模型的结构。很快就有同学发现，原来蝴蝶和飞机模型各部分的厚度是不一样的。那么为什么厚度不一样就会出现不同的颜色呢?学生都积极思考，很快就会联想到光学部分的折射率与双折射等内容。再比如在超导磁悬浮的演示实验中，学生通过观察，的确看到了小车悬浮的现象，接下来就会分析为什么会这样，怎样通过电磁场理论中的法拉第电磁感应定律来解释这种个现象，在什么条件下才有超导现象，怎样来实现这个极低的温度等等。原理弄明白了接下来就要动手实践，来验证自己的结论。通过观察现象、分析原理、动手操作等过程，不仅对所学的电磁场理论加深了理解，而且也提高了分析问题和动手实践的能力。

(三)演示实验展现了物理学科同其他学科的联系，培养了学生的综合能力

大学物理是工科专业的基础课，有的学生不够重视。如果演示实验能结合各专业的特点，把大学物理和学生所学专业联系起来，就能更好地培养学生的综合能力。比如在演示飞机升力原理的试验中，通过改变飞机模型方位来观察升力的变化，可以使学生联想到流体力学的伯努力原理，加深对原理的理解。有一个机械设计专业的学生还联想到法拉利跑车车尾的设计，以前很难理解设计原理，通过飞机升力的演示很容易就理解了。再比如材料专业，通过演示偏振光在不同材料里面的双折射现象，学生会把这个光学现象和自己所学的材料力学的应力概念结合起来，加深理解。因物理演示实验大多数比较有趣，且和现代高科技联系紧密。由此，学生对演示实验兴趣浓厚，从而可以激发学生创新精神和动手实践的能力。

三、如何教好大学物理演示实验

演示实验是大学物理教学中的重要辅助手段，教师应该充分利用演示实验来调动学生学习物理知识的兴趣。所以演示实验是教师备课的重要内容之一，每位教师需要认真研究和准备。对于实验原理要分析透彻，对于操作过程和步骤要很熟悉，最好能自己提前操作演示，确保演示过程顺畅，避免意想不到的事情发生。演示实验的原理讲解、实验设计、演示过程等对学生掌握知识和学习科学方法都有重要意义。教师在备课的过程中应该从以下几个方面着手，从而达到演示实验与课堂讲授相结合的目的。

(一)要有明确的目的

教师应当明确每个演示实验的目的，要知道演示实验是为了验证什么规律或什么定理，在具体试验中应该突出哪些实验现象，重点示范学生容易忽略的内容，如何启发学生积极观察、思考、得出结论。教师应根据不同的教学内容和要求选择合适的实验，演示的时间也应当配合教学内容，在合适的时间进行演示，有的需要课前演示，有的需要课后演示，以便让学生更加深刻的理解概念和规律。比如，在刚体的转动这一章开始前，可以给学生演示陀螺的转动和进动，让学生对刚体转动有初步的了解，不仅可以激发学生学习的兴趣，而且教师对定理的讲解也不再显得枯燥无味。避雷针的演示实验可以放在静电场这章内容的最后来演示，此时学生对静电场的内容已基本掌握，已经知道了导体中电荷分布是由导体形状决定的这一事实，而且在课堂上已经推导出电场强度与电荷密度的关系。学生对尖端放电现象已经有了理解，只是这种现象在平时很难观察到，所以此时来演示避雷针的实验学生目的很明确，知道重点观察什么现象。

(二)演示实验操作过程应简明

演示实验重点是让学生来观察现象，可以说演示实验的一切功能都不能离开观察。只有认真的观察实验现象才能思考其中的原因和相应的物理规律。因为学生是在老师演示的现象基础上进行观察的。所以，演示实验的现象应明确，操作要简便，最好能和实际应用有所结合。否则学生容易失去兴趣，产生抵触心里。比如“光学幻影”、“液体的表面张力”、“光栅立体图像”等实验都是操作简便、现象明显而且很有趣味的实验。

(三)演示实验要有启发性

实验是物理学的基础，通过演示实验可以很好地启发学生去思考，变抽象为形象，使学生更好地认识物理规律，培养兴趣，发展能力。因此演示实验应有一定的启发性，不能过于简单。通过演示吸引学生的注意力，对于出乎意料的现象学生会积极去思考，认知的矛盾将上升为思维的动力。演示实验的现象与原理之间的联系要有一定的深度，给学生充分的想象空间。比如椎体的上滚实验，学生观察到的是椎体自动由低向高的地方滚动，和预料的结果完全不同。接下来学生就会仔细观察，来找原因，最终找到刚体质心的运动规律，并对这一概念加深理解。再比如普氏摆的演示实验，学生戴眼镜和不带眼睛看到的结果完全不同，而且必须在只戴一个镜片的时候才能看到现象。学生对于意料之外的结果会产生浓厚的兴趣，很自然地去思考其原理。教师再引导学生用光程差的知识来解释这种现象，使学生发现以前所学知识和实验的联系，从而达到了启发式教学的目的。

(四)在演示的过程中要适当讲解

演示实验是引导学生观察现象、思考问题、解决问题的过程。所以在演示的同时教师应适当地讲解，如果只有手动，而无讲解，就会导致学生观察不仔细，不知道该观察什么，难以达到演示的目的。由于学生缺乏观察的准确性和目的性，所以很难扑捉到反映本质规律的现象，或不会把几个现象联系起来思考，这时就要求教师给以讲解，明确演示实验的目的，猜想可能出现的现象，让学生把注意力集中在相应的目标上。当然，教师在演示过程中的讲解和提示应适当，不能过早或过多地提示演示结果，否则，就会扼杀学生的创造性思维。

(五)要注意安全性

演示实验要确保人身和仪器安全，不违反安全操作规程，操作过程要细心，提示学生安全注意事项。比如，超导磁悬浮演示实验中，液氮的温度很低，如果不小心溅到皮肤上会冻伤。所以在演示过程中教师应该小心，带上手套，并向学生强调其危险性，提示学生应按照要求操作。再比如，在静电场演示实验中，电压高达几十万伏，所以危险性很大，教师应该强调注意事项、演示步骤、如何放电等，切不可因粗心大意造成不必要的事故。

四、演示实验存在的一些问题

近年来，很多高校为了应付评估，在演示实验硬件上做了不少投入，而在教学上没有重视演示实验的合理安排，教学效果得不到提高。有些学校甚至把演示实验纯粹作为一种道具、一种摆设，即浪费资源，又影响演示实验在学校中的形象。另外有些演示实验仪器质量差、容易损坏，学校后续经费不够，仪器得不到很好的维护，使用寿命大大缩短。在演示实验中学生参与度不够、仪器使用率偏低等都是大学物理实验中有待解决的问题。

［1］王文好.演示实验在物理教学中的地位和作用［J］.大学物理实验，2007，(2).

［2］吴小林，赵克波.演示实验在物理教学中的作用及设计要求［J］.物理教学探讨，2007，(10).

［3］梁竹健.努力提高物理演示实验教学水平［J］.大学物理，1999，(6).

［4］梁法库，路峻岭，汪荣宝.演示实验在大学物理教学中的积极作用［J］.物理与工程，2002，(2).

［5］路峻岭，陈信义，王延吉.强化演示实验，开展大学物理研究型教学［J］.大学物理，2008，(5).

［6］蔡洪涛，张天杰，姜卫粉.演示实验在大学物理教学中的应用［J］.华北水利水电学院学报，2011，(1).

［7］陶小平，黄环，孙腊珍.力学演示实验教学体系的建设与作用［J］.物理实验，2011，(7).

［8］郭力，石少波.演示实验制作促进动手动脑的大学物理探索式学习的改革尝试［J］.大学物理，2010，(3).

The Study of the Demonstration Experiments Supplementary Role in the College Physical Teaching

WANG Yu-sheng1，SONG Na-hong2

(1.College of Mathematics and Information Science，North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China;2.College of Computer and Information Engineering，Henan University of Economics and Law，Zhengzhou 450002，China)

Firstly，the active role of the demonstration experiments in physics teaching is analyzed.Then the questions that should be noticed in teaching are summarized.At last，the problems in the demonstration experiments are pointed out.It is pointed that the demonstration experiments play a supplementary role and are important content in the college physics teaching.Teachers should prepare carefully and use demonstration experiments to inspire students take active attitudes to think and train their science thinking.

Demonstration experiments;College physical;Teaching

G642

A

1008—4444(2012)01—0183—03

2011－11－03

王玉生(1979—)，男，河南新乡人，华北水利水电学院数学与信息科学学院讲师，硕士，郑州大学博士研究生。

(责任编辑:董红克)