大学物理演示实验培养学生创新素质*

金 桂　姚 敏　蒋纯志　陈亚琦

(湘南学院电子信息与电气工程学院　湖南 郴州　423000)

*湖南省教育科学“十二五”规划课题“大学物理演示实验平台下理工科学生创造性思维培育的研究与实践”,编号：XJK012CGD023；湖南省普通高校教学改革课题资助项目，编号：2012443，2013452，2015-485；湖南省教育厅科学研究课题，编号：14C1061.

大学物理演示实验培养学生创新素质*

金 桂姚 敏蒋纯志陈亚琦

(湘南学院电子信息与电气工程学院湖南 郴州423000)

*湖南省教育科学“十二五”规划课题“大学物理演示实验平台下理工科学生创造性思维培育的研究与实践”,编号：XJK012CGD023；湖南省普通高校教学改革课题资助项目，编号：2012443，2013452，2015-485；湖南省教育厅科学研究课题，编号：14C1061.

摘 要：通过对国内外的大学物理演示实验教学进行总结，从实验项目的开发、实验室开放、自制实验设备和充分使用网络教学资源4个方面阐述了大学物理演示实验教学对创新素质培养的作用．

关键词：大学物理演示实验网络平台应用型人才

1引言

所谓创新素质是指能根据已有的知识创造出某种独特而全新的、具有个人或社会价值产品的素养，这种产品可以是一项新的技术和工艺，也可以是一个新的概念或思想．创新素质包括创新意识和创新能力两个基本要素，前者是指人在客观事物的刺激之下所产生的改变现状的欲望，它也是人们进行科技创新的驱动力，是形成创新素质的前提条件；后者则是指人的观察和实践能力，是衡量一个人创新素质高低的重要依据，人类历史的发展表明创新素质可以通过后天教育培养．

著名的教育家杨叔子曾经说过，创新之根本在于实践.大学物理演示实验是培养学生创新意识和创新能力的最佳途径之一，因此被普遍使用在大学物理课堂教学中．演示实验从以下几个方面培养学生的创新思维：

(1)建立教学情境以激发学生进一步探索；

(2)观察到明显的实验现象以促进学生进行逻辑思考；

(3)训练学生的观察能力，促进其将已掌握的理论知识运用于实验现象分析；

(4)训练学生的实验操作能力和初步的科学研究技能，促进其在以后的工作或学习中采用科学的方法解决问题．

因此，大学物理演示实验在大学物理教学中的地位不可替代，甚至可以说一节没有演示实验的物理课是不完整的．

2大学物理演示实验培养学生创新素质的研究

2.1通过演示实验项目培养学生的创新意识和工程应用能力

为了培养学生的创新意识和工程应用能力，我们组织学生对一些演示实验项目进行分析和讨论，通过学生自主搜集资料，对实验项目的原理和应用进行探究，通过撰写小论文或设计完成小课题的形式培养学生发现问题和解决问题的能力，培养学生搜集和整理信息、进行团队协作的能力．如超导磁悬浮的动态演示实验，我们将一个简易列车模型放置在低于临界温度的高温超导体之上，当永磁体靠近超导体表面时即可在超导体内部形成极大的磁通密度梯度，形成很大的感应电流而对永磁体产生强烈的排斥效应，斥力与距离成反比，在一定的高度可以克服永磁体自身的重力而使其悬浮于超导体之上．当永磁体离开超导体时，在超导体内形成负的磁通密度梯度而产生反向感应电流对永磁体产生吸引的作用，同样在某个距离可以使超导体倒挂在永磁体的下方，并在旋转磁场加速装置作用下沿轨道以悬浮或倒挂悬浮状态无磨擦地运动．在实验完成之后，学生通过观察与操作对超导体有了初步的认识，我们要求他们查找资料了解磁悬浮系统的分类、原理以及其特性，再进一步搜集资料分析我国自制磁悬浮列车的现状、特点及在世界所处的水平等．

在机动车演示实验中，汽车模型内部结构均由塑料加工而成，外部则用完全透明的有机玻璃封装，发动机采用电机驱动，其转速通过装在油门处的调速器控制．变速箱和各挡的齿轮用不同颜色的材质制造可以方便观察，离合器分离明显，换挡灵活，减速、差速转动自如．转向装置、制动管路、油箱、水箱以及电瓶可以从外面看到．通过这个实验学生可以清楚观察发动机的内部构造如变速箱、离合器、连杆、活塞和冷却系统，可以亲身感受汽车的转向和变速，教学实践表明学生对汽车的传动系统、变速系统、制动系统、冷却系统和润滑系统非常感兴趣．通过这个实验项目的教学，我们留给学生的实验报告是分组讨论，学生分组选择一款自己喜欢的车型与实验室的进行对比，通过查阅资料进行讨论和总结．实践表明有些完成情况比较好的同学可以给出很详尽的介绍资料，可以进一步加深学生对汽车基本原理的了解．

2.2通过开放实验室提供实践条件帮助学生探究创新

我们为学生的实践提供必要的实验环境，在开放实验室里面放置一些产生故障的实验仪器和台套数有多的实验仪器．学生普遍对电光魔球感兴趣，我们则购买两个，一个允许学生拆开研究．比如演示驻波的实验设备有3种，第一种是由偏心马达和松紧带组成的状似手电筒的便携式驻波发生器，通过电机带动马达可以在松紧带上产生明显的横驻波；第二种是由棉线和谐振器组成的横驻波演示仪，通过调节谐振器的频率可以在棉线上产生不同波长的驻波，现象也非常明显；第三种则为昆特管，用来演示纵驻波，在一根横着的昆特管里面装上木屑，在管口大喊一声，木屑的分布会出现驻波影响的痕迹．当然有同学在里面放上彩色的泡沫球，实验现象也很明显．如果采用液体会出现什么现象，我们往昆特管中倒入煤油，在其另一端装一个超声波发生装置，改变超声波的频率，也产生了明显的横驻波现象，实验中学生观察实验现象，深入地了解了驻波这一比较难的知识点，同时也了解到声悬浮的现象和应用．

2.3通过自制演示实验设备培养学生的创新思维和动手能力

在演示实验教学中我们注意恰当地鼓励学生自己设计、制作演示实验装置，如楞次定律演示实验，实验中闭合铝环将随条形磁铁一起运动，而作为参照的开口铝环是不会随条形磁铁一起运动的，区别在于开口铝环中不会产生感应电流而闭合铝环中有．在对这个实验的探究过程中，学生用直径为5 cm，壁厚度为2 mm的厚铝管分别制作了闭口环和开口环，用磁感应强度强的磁铁代替原来较弱的磁铁，结果发现开口环也会随磁铁一起运动，显然用前面的解释无法说清楚这个问题．为了解释清楚，学生通过查找资料和一系列实验，终于找到了结论，即开口环随磁铁运动的原因是其内部也产生了感应电流．通过查阅资料发现厚开口铝环随磁铁一起运动的原因可能有3个：空气流动、瞬间电流和涡旋电流．首先，空气流动无论是磁铁还是玻璃棒都可以产生，但是实验表明磁铁可以带动而玻璃棒不能带动开口环运动，故可排除；为了鉴别是瞬间电流还是涡旋电流，我们制作了由3个薄铝环并联的分层绝缘铝环，结果发现运动明显减弱，对于从开口环一端向另一端定向运动的瞬间电流，分层绝缘不会改变铝环的电阻，但是对于涡旋电流，分层绝缘将显著增加其电阻，这说明环中的涡旋电流减小是开口环运动减弱的主要原因．

2.4通过网络实验平台的建设培养学生的自学能力

现在高校教学改革的一个热点为开放式教学，从广义上来讲，开放式教学不但是时间和空间上开放，而且是教学手段、教学内容和教学观念的开放．开放式教学是一种个性化的教学模式，强调以学生为主体，使学生在宽松的学习环境中主动探索新的知识，满足其求知、探索和研究的欲望，侧重于培养学生的自学能力和创新能力．网络实验平台的建设则为开放式教学提供了另外一种可能，通过网站的建设可以实现演示实验的网上预约、网上预习和仿真实验，使学生在课前对实验的原理和内容有了初步的了解，有助于增强学生的学习兴趣，同时网站教学视频和参考资料也有助于培养学生的独立思考、自主学习的能力．因此加强仿真实验室的建设和演示实验网络平台的建设对演示实验课程建设至关重要，我们通过搜集、自己拍摄和设计制作，形成了一整套的演示实验教学资源，编辑做成的视频文件大小为1～5 MB左右，播放时间为30 s～ 2 min左右，方便学生从网站上直接观看，对所有的视频教程都配有文档型的解说文件以及相应的学习提问，利用网络教学平台, 学生和教师可以方便地交流、讨论．

3结束语

我们通过对国内外的大学物理演示实验教学进行总结，在本校进行了一系列的大学物理演示实验教学改革，通过演示实验项目的开发培养学生的创新意识和工程应用能力，通过实验室的开放为学生的探究提供实验条件，通过实验项目的改进和自制演示实验设备培养学生的创新思维，通过网络实验平台的建设培养学生的自学能力和创新能力，所有的这些举措都给本校的大学物理演示实验带来了良好的教学效果，但是随着招生规模的增加和教育技术的不断发展，演示实验的开展也不断遇到挑战：实验仪器的大型化、校区的增加使得授课教室与演示实验室不在同一栋教学楼、教师的教学进度基本相同等都带来诸多问题，这些都需要教师发挥智慧找到更好的解决办法，让演示实验在物理教学中发挥更大的作用．

参 考 文 献

1金桂，黄小益，姚敏.大学物理演示实验教学改革中培养学生的创新思维能力.物理通报，2014(5)：22～25

2金桂，黄小益，姚敏.基于创新思维培育的大学物理实验教学平台建设与实践.大学物理实验，2014(27)：108～111

3李叶凤，大学物理演示实验教学方法的探索.实验科学与技术，2008(12)：104～107

4陈惠敏，石雁祥，张承据.大学物理演示实验教学模式的探讨.大学物理实验，2007(10)：22～25

5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.大学物理，2010,29(3)：50～55

6卢荣德，程福臻，孙腊珍.大学物理演示实验动感创新教学平台的探索与实践.物理通报，2011,20(1)：42～45

收稿日期：(2015-04-15)

通讯作者：姚敏(1963-)，女，教授，主要从事光学、大学物理教学及研究.

作者简介：金桂(1978-)，男，讲师，从事大学物理及大学物理演示实验教学研究.