大学物理演示实验教学改革探索

薄惠丰　魏环　张占新　王凤鸣　胡鸿奎

【摘 要】物理演示实验教学作为物理实验教学中的重要一环，通过对具体物理现象的展示，不仅有助于学生理解和掌握物理理论知识，而且还对于激发学生学习兴趣，培养学生观察能力、思维能力、创新能力、探索精神起着重要作用。本文介绍了华北理工大学物理实验中心大学物理演示实验课程建设过程中开展的工作，包括演示实验进课堂、开展探究性学习的教学模式、构建大学生科技创新实验室等，籍此全面培养学生创新精神和综合实践能力。

【关键词】演示实验；物理实验；实验室建设

物理学是一门实验科学。所有物理定律的形成和发展都是建立在对客观自然现象的观察和研究的基础上，物理演示实验可以使学生加深对物理教学内容的理解、巩固记忆、激发兴趣、诱导思考、纠正错误观念，能使学生真实感地看到支配物理现象的规律如何起作用，通过对实验现象的观察分析，学习物理实验知识，从理论和实践的结合上加深对物理学原理的理解，进一步提高学生综合素质与创新能力与科学素养。

华北理工大学物理实验中心作为河北省省级实验教学示范中心，一直在努力探索建立以工科为主、适用于各类别学生、具备创新和开拓特色的人才综合培养新体系。2012年12月，物理实验中心顺利通过省级实验教学示范中心验收。在此期间，物理实验中心通过一系列理论研究与实践探索，在大学物理实验课程在现有的三大平台：基础实验、综合实验、设计性实验基础上，将大学物理实验课程进行模块化。将“基础实验”作为“通用模块”，全体学生必修；将综合实验、设计性实验针对不同专业培养计划，细化成相应的“专业模块”，不同专业的学生可在相应的“专业模块”内根据自己的学习兴趣自主决定选修内容。初步形成了“大学物理模块化”的课程体系。同时为配合开放式实验教学模式，依托校园网建立了物理实验中心网站，可实现网上选课、网上预约、浏览电子教案及典型教学案例、在线预习及模拟实验。

在省级实验教学示范中心建设过程中，在学校的重视以及教务处等各部门的大力支持下，物理实验教学中心成功建设了3间演示物理实验室，教学内容涉及力学、热学、电学、光学、近代物理各个物理学分支的，开设60多项演示实验项目。在为大学物理课程提供教学辅助的同时，每学年面向全校理、工、文、法学院各专业学生开设物理实验欣赏公共选修课程供学生选修。

近年来，从大学物理演示实验教学的培养目标出发，结合我校教学实际对如何培养学生的创新思维、探索精神和实践能力等方面对大学物理演示实验教学体系进行了如下探索性改革工作。

1 演示实验课程紧密结合理论课程教学

物理课程教学是离不开实验课程教学的，而演示实验做为实验教学中的重要一环，既能增强学生对物理知识、物理现象的感性认识，又能培养学生的观察能力、思维能力和逻辑分析能力，因此，物理演示实验的教学在物理学课程的教学中有着非常重要的作用。首先，通过物理演示实验的教学方式，原本枯燥、抽象的物理概念和公式，经过一个动态的物理过程，变得生动、具体。其次，我们尝试改变传统的由教师演示、学生观看的课堂教学模式，在教学过程中引入启发式教学模式，增强与学生的互动，不仅可以大大调动了学生参与课程的积极性，而且还可让学生在思考的过程中领略物理学思维方法的魅力，培养严谨求实的科学态度与精神。最后，在课堂演示教学后，我们往往将相关知识点进行拓展，广泛与生活与实际应用相联系，启发学生思考相关物理现象对科学技术以及人类社会进步的影响与作用，从而起到良好的教书育人效果。在课堂教学过程中，我们将一些比较便携的实验设备直接带入课堂，直观的演示给学生们观看，如我们针对角动量守恒这一知识点，将角动量守恒演示仪带入课堂演示给学生观看；针对单缝、光栅衍射等比较抽象的知识点，直接将半导体激光器以及单缝、双逢、光栅片代入课堂，在课堂讲授相关知识点的同时，直观演示给学生观看。对于体积较大，结构比较复杂，不便于运输的实验项目，我们采取了录像给学生观看的方式，如针对波动中驻波的气体火焰柱演示，针对磁学中超导的超导小火车演示，我们在课堂教学中都在讲授相关知识点的同时，同步播放视频录像给学生观看，使得知识点更加形象具体，学生学习兴趣浓厚，教学效果良好。此外，为了给学生自学提供方便，打破课堂教学时间、空间的限制，我们将演示实验项目的视频开放提供在物理实验中心网站上，全校学生可自由观看，随时随地对自己感兴趣的内容进行自学。

2 开展演示实验探究性学习

我们将大学物理演示实验分为验证性实验和探究性实验两大类。验证性实验是对一些物理定律的直观展示，而探究性实验则包含更广泛的物理原理与更多值得讨论的物理内涵。相对与验证性实验，其更能使学生通过演示物理实验课程的学习而得到思维方法与创新能力层面的锻炼，也更有利于培养学生的科研能力，为学生向更高层次迈进打下良好基础。在每学期我们安排有兴趣的学生走进演示实验室，观看相关理论课程的实验演示。此外，在演示实验课程教学中，教师精心地为每个实验设计了探究性思考题，鼓励学生参与动手实践，引导学生通过查阅资料、理论探究、实验探究、改进性探究、拓展性探究和应用性探究等多方面开展实验的科学探究。实验室全天开放，相关实验室均配备专职实验教师，可以对学生感兴趣的实验的提供深入的指导。在开展探究性学习的过程中，我们广泛鼓励学生自由结组，以校级、省级大学生创新实验项目为依托，对自己感兴趣的问题，自主选题，在有教师指导下自由申报创新项目，开展相关课题研究工作。如针对电磁感应现象，学生在观看了相关演示实验后，提出能不能将电磁感应的原理用于为鼠标提供电能，在教师的鼓励下，几名学生组成研究团队，申报了校级创新实验项目，并成功获得资助，此后通过查阅资料，设计方案，反复试验等环节，成功设计完成了自供电鼠标原型，相关项目也顺利通过验收结题。学生们在完成研究工作后，反映通过对课题的系统研究，全面锻炼了自己的动手能力、创新能力，为自己进一步发展，向更高层次迈进打下了基础。再如，学生观看了傅科摆的演示后，提出能不能将太阳能供电与傅科摆演示相结合，做成太阳能驱动的环保演示实验，在教师的帮助支持下，相关几个学生组成的研究团队也成功申报了校级创新实验项目。

3 构建大学生科技创新实验室

在教学改革中，我们构建大学生科技创新实验室，在整合物理实验室现有多余的实验仪器或旧仪器，收集旧设备、旧散件、旧材料的基础上，添置多功能温控焊台、教学实践用组合电动工具等，结合学校每年举办的创新设计大赛，建设创新实践基地，面向全校学生开展创新竞赛，对富有创新性的项目给予软硬件支持。学生可以自行安排时间到创新实验室进行创新实践并有实验室教师给予针对性的指导，好的获奖作品针对性的予以陈列展示，启发学生的思维，结合我校现有3个演示实验室和现有实验室，逐步建立科技演示室、创新实验室、作品展示陈列室等。最大限度发挥基地为学生提供充分发挥潜力和创造力的平台的作用。促进学生学习的积极性，也培养学生的科研能力和合作精神。学生参与创新活动，推动和促进基地的建设和发展。实施过程中师生合作共同参与项目研究的全过程，创建“项目探究式学习”模式。同时采用“学生负责制”的方式进行，“学生负责制”是指学生自己负责提出项目的研究内容与实施方案，然后由教师组织学生讨论，论证实验项目的可行性。如项目可行，学生及自己组成的研究团队将主导整个研究过程。在实践过程中，我们的指导教师在学生的创新项目中择优进行推荐，成功申报立项全国大学生创新创业训练计划项目一项、河北省大学生创新创业训练计划项目一项、校级大学生创新创业训练计划项目十余项。

4 引入启发式教学模式

面对不同专业、不同学科层次组成的学生，物理实验欣赏课程中我们引入了启发式教学模式。传统的演示实验课程往往是通过教师机械的操作实验仪器，讲解实验原理，学生被动接受知识的过程来完成的。而我们所采取的启发式教学模式，首先由教师带领学生观察实验仪器，分析仪器设备构造，这使得对于机器设备没有相关操作经验和基础的文科类学生也能了解一些基本的仪器设备知识，为进一步自己动手操作演示实验设备打下基础，在此基础上由教师提出问题，学生们动手操作演示实验仪器观察实验现象，在师生互动讨论过程中总结实验现象，分析其中物理机制。

通过演示实验课的教学实践与不断改进，不仅提高了学生的动手能力，培养了学生的参与意识，增强主观能动性，而且让学生能自主发挥想象力，不受实验教材中条条框框的限制，真正实现了理论联系实际。开课以来，学生兴趣浓厚，经常是下课后还在实验室流连忘返，不是在观看实验演示，就是在探讨实验中的现象，或者思考在实践中的应用。他们普遍反映，演示实验仪器种类多、内容新，既有古老的经典演示实验，又有新的融合多种现代科学技术的演示实验，通过演示实验课的学习，大学物理的理论知识不再那么抽象、枯燥、平淡难懂了，变得直观、生动、有趣，对培养学生的创新能力有很大的帮助，且与现实生活联系紧密。

5 结语

总之，通过演示实验进课堂，开放大学物理演示实验室，构建创新实验室的手段，实现理论与实验课程的精确衔接，我们探索构建了一套具有工科院校学科特色的课程体系。籍此培养学生主动学习精神，分析问题、解决问题能力，加强学生创新思维能力，锻炼学生社会实践能力，提高学生的社会核心竞争力。对通识教育体系下创新应用型人才的培养具有重要意义，并可为其他基础学科与专业课程教学改革提供相关经验与参考，探索出一条适合工科为基础的综合性大学基础课程体系改革之路。

【参考文献】

[1]兰明乾.大学物理演示实验教学研究[J].陕西师范大学学报（自然科学版），2007，S2：190-192.

[2]汪文明.大学物理演示实验教学研究[D].华中师范大学，2006.

[3]钟晓燕，刘文军.大学物理演示实验教学改革的实践和探索[J].中国科技信息，2010，04：238-239+247.

[4]李凡生，余小英.自制大学物理演示实验教具的研究与实践[J].广西民族师范学院学报，2011，03：27-29.

[5]卢荣德，程福臻，孙腊珍，叶邦角，周幸祥，陶小平，黄环.大学物理演示实验动感创新教学平台的探索与实践[J].物理通报，2011，01：42-45.

[责任编辑：王楠]