大学物理演示实验教学实践探究

冯青++沈亦红++段旭朝++史智平++许强

【摘 要】通过对比国内外大学物理演示实验的基本概况，介绍我院在大学物理演示实验教学过程中的随堂演示法、集中教学法、基础探究法以及作为科普基地服务社会的实践与探究。可以看出，演示实验在帮助理解理论知识、培养自主学习意识、提高创新能力和服务社会方面具有重要作用和意义。

【关键词】演示实验 实验教学 创新 服务社会

【科研项目】本论文研究受到宝鸡文理学院重点科研项目（NO.ZK2017065）与宝鸡文理学院第十一批教学改革研究项目（NO.JGYB15046）的支持。

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）07-0042-02

【Abstract】In this paper， we introduce the basic information of domestic university physics demonstration experiment and compare that with foreign university. Furthermore， we focus on the presentation method， the centralize teaching-method， the inquiry method and serve the society as science base in our physics demonstration experiment teaching practice and exploration of my college. It can be seen that the demonstration experiment plays an important role and significance in helping to understand the theoretical knowledge， cultivating self-learning， improving innovation ability and serving the society.

【Key words】Demonstration experiment；Experiment teaching；Innovation；Serve the society

1、演示实验的重要性

物理学是一门以实验为基础的学科。物理实验在培养与提高学生实践动手能力、思维判断能力、表达书写能力、数据分析能力及设计实验能力等方面具有重要作用。大学物理演示实验是物理实验的重要组成部分。首先，演示实验现象直观明确，学生通过观察，可以更好的理解物理现象与理论知识；其次，演示实验操作简单快捷，学生可以利用演示实验进行自主学习与探究，丰富知识储备，开阔眼界；第三，演示实验仪器清楚简洁，受到学生喜爱，有助于提高学生学习兴趣；第四，演示实验教学形式多样，学生可以通过多种途径进行参与和学习，有助于提高学习能动性和效率。演示实验在学生加深对物理原理的理解、自主学习意识的培养、创新思维能力的培养、科学素养的提高等方面具有非常积极的作用。

2、国内外大学演示实验比较

目前演示实验越来越受到国内外各大高校的重视。表1给出了国内外部分高校演示实验的仪器数量[1-3]。从表中可以看出，国外大学仪器数量远远超过国内大学。国内建立演示实验室的学校很多，清华大学、吉林大学和哈尔滨工程大学数量较多，国外高校中马里兰大学、加州大学伯克利学院 、北加利弗尼亚大学实验仪器数量名列前茅，种类丰富多样。

演示实验涉及领域广泛，实验仪器种类多样，实验仪器分类与管理非常重要。国内很多高校根据实验原理分类管理演示实验仪器。例如，按照“力与热”“电与磁”、“光学”等分类方式进行管理。此种方法能够有效管理实验仪器，提高实验仪器的利用率，然而仪器数量较大时不利于仪器取用，易造成混淆。国外很多大学采用“美国物理教学资源协会演示分类方案（PIRA DCS）”管理演示实验仪器。在PIRA DCS中，演示实验分为九大领域，每个领域中包含若干专题，每个专题中包含若干概念，每个概念有对应的演示实验，每个演示实验都有唯一指定编号，并将它归类到最常用的领域中[4]。此种分类管理方法摆脱了实验仪器数量的限制，能够有效地管理数目巨大的演示实验仪器，方便查找与取用。

国内外大学演示实验教学方式方法上有很多共同之处。随着改扩建演示实验高校数目增加、实验仪器数量增加、仪器设备质量提升、仪器形式种类增多、实验仪器管理规范化、演示实验教学改进与提高。可以看出，首先，对演示实验都非常重视；其次，随堂演示是普遍采用的教学方式。演示实验有助于学生理解和掌握物理原理，提高对理论知识的感性认识；第三，演示实验室对学生实行预约参观。学生通过自主学习与实验操作，提高学习兴趣，扩展课外知识；第四，大部分学校设置了走廊、橱窗演示实验，方便学生随时随地浏览学习、灵活多样进行观看体验。然而，国外大学在演示实验教学与实验室管理方面还有一些值得借鉴的地方。很多学校有专门的演示实验预备室。预备室与教室相连，大大提高了演示实验的课堂再现率；演示实验室通常附设小型金、木工厂，配置车、钳、刨、钻床、锯床等设施[4]，便于自制演示实验仪器和修缮仪器。

3、演示实验教学实践探究

传统演示实验教学方式主要以教师讲解与演示、学生观看为主。这种教学方式有两方面优势，第一，教師选择跟授课内容贴近或一致的演示实验进行随堂演示，有助于学生理解理论知识；第二，这种教学方式保护实验仪器，降低仪器的损坏率。教师经过专业训练和长年知识积累，能够精准操作仪器，避免给仪器带来过度消耗或损坏。传统教学方式在带来一定便利时，忽略了教学中最重要的参与主体---学生。结合传统演示实验教学方式，我院主要从以下几方面开展演示实验教学。

3.1紧扣教学主题，开展教学实践

3.1.1随堂演示法

《大学物理实验》作为理工科专业学生的必修课与大学物理课程紧密配合。首先，演示实验作为大学物理实验课程的重要内容，对促进大学物理课程的教学有重要的作用。许多物理概念定律晦涩难懂，在传统演示教学基础上，增加学生亲自操作实验环节。演示实验现象清晰，通过演示阐述概念定律，有助于学生更好理解物理规律。上课过程中，教师边讲解边演示，课后留出一部分时间让学生亲自操作。例如，讲解“动量守恒定律”时，分别利用“小球与车”和“超级碰撞球”演示仪，学生通过亲自推动小车和金属球，深刻理解了动量基本性质和动量守恒定律。

3.1.2集中教学法

结合不同专业需求，每学期每个院系开设不同内容演示实验课程。学生学习理论知识后，进行实验教学。在集中教学过程中，采取 “独立操作”和“讲做结合”两种方法。

对于原理简单，操作过程无危险的实验，采用“独立操作”方法教学。演示实验课程安排在大学一、二年级，学生自我控制与自主学习意识不强，此时老师应起到安排、部署、监督作用。将学生分组，给每个学生指定必须掌握的实验，要求完全理解实验原理与操作，进行实验讲解。讲解要点包括实验目的、实验原理、实验现象及实验应用与扩展。课程结束后，同学们普遍反映“不仅掌握了物理原理，了解了课外知识，增强了动手能力，同时锻炼口才，而且听同学们讲解实验非常有趣”。

对于原理复杂、学生操作有安全隐患的实验采用 “讲做结合”方法教学。 “怒发冲冠”实验包含高压静电的产生、特点、分布特性与等势体等物理知识与概念，操作过程需要学生参与实验涉及高压电，注意事项与操作规范非常重要。首先，讲解实验注意事项、仪器与原理，使学生初步理解形成怒发冲冠的原因、了解参与过程的规范操作；其次，选取自愿配合参与的学生进行实验，并再次强调实验过程中的注意问题与要点；最后，边演示边讲解，使学生理解实验原理与实验现象。教学过程中学生参与热情高，课堂氛围活跃，实验效果良好。

3.1.3特色教学法

“特色教学”法的思想是突出演示实验特色，惠及学生。主要分为两方面：第一，为全校学生开设公共选修课程；第二，为物理学专业师范生免费提供教学技能练习平台。对于非理工科学生来说，接触物理知识的机会较少，演示实验室为同学们提供了一个开阔眼界，增长知识的平台。每学期开设“大学物理演示实验”公共选修课，带学生进入演示实验室学习参观。不仅提高实验室的使用率，而且为学生提供宝贵学习机会。作为师范类院校，学生教学技能培养非常重要，演示实验室积极配合物理学师范生教育培养。学生在教学试讲过程中积极配合提供实验仪器及指导。演示实验室设有导学系统，详尽介绍所有实验原理、现象、操作说明、注意事项等，同时实验室中每套仪器有相应的操作说明板，为学生试讲练习提供了良好的设备支持，学生选择相关章节内容，结合实验进行试讲练习；实验教师参与教学试讲过程，与学生共同探讨，提高演示实验教学技巧，改进实验仪器。

3.2创新实践、服务社会

3.2.1基础探究法

一般而言，学生知识储备有限，独立进行一项创新实践课题难度很高。通过演示实验课程学习，对仪器设计理念、实验原理的理解，在此基础上进行改进创新，难度降低，创新有了切入点，实践积极性也大幅提高。受“导光水柱”演示实验中水泵抽水与连通器运用的启发，图1是我院2013级物理学1班学生自制“水流类比平行板电容器充放电演示仪”。该装置共有三个水箱，用导管和开关连接，底部水箱内有一个功率为15W的小水泵。利用水箱充放水过程模拟电容器充放电过程，用水流类比平行板电容器中的电子，水箱容积类比电容的电荷量，液面的重力势差类比电势差，得出电容器的电容是两极板储存电荷量与两极板电势差的比值 ，仪器将电子流动的微观形式用水流展示出来，降低理解电容实质的难度。该作品在全国第八届“翰博尔杯”大学生与研究生物理教学技能展示暨自制教具与设计实验展评赛中荣获自制教具二等奖。

3.2.2服务地方、回馈社会

作为当地唯一一所本科院校，我校在努力提高教育质量的同时大力倡导全院师生服务地方、回报社会。演示实验室积极响应学院号召，结合自身特点，自成立以来，多次为周边中小学生开展科普教育实践活动。2015年11月为宝鸡市宝鸡中学高二学生开展物理实验教学实践活动，2016年4月为我院附属中学学生开展科普活动，2016年12月为宝鸡市高新第一小学学生和家长开展“从小爱科学、努力学本领”的主题科普活动等等。至今，百余名学生和家长进入演示实验参观学习。活动中学生通过参观和体验演示实验，加深了对物理现象与规律的认识和理解，领悟到物理实验在认识自然、学习物理等方面的重要价值，体验到声、光、电、磁等高科技技术手段在显示物理现象与规律的奇妙。科普活动受到了校领导的大力肯定，学生和家长纷纷表示科普活动非常有趣，领略了自然世界的奇妙，开阔了视野，增长了见识。

4.总结

通过我院大学物理演示实验教学的实踐与探究可以看出，演示实验作为物理教学的重要组成部分，通过对实验现象的观察，使学生进一步掌握物理知识，加深对物理概念和定律的理解；能有效培养学生自主学习能力、科学实验素质；能开拓学生思维、提高创新意识；同时可以利用高校的科技特色和自身优势为青少年传递科学精神、普及科学理念，让科技根植于心，服务回报社会。

参考文献：

[1]韩璐.大学物理演示实验教学效果调查及研究[D].吉林省，吉林大学，2015.

[2]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），2007，35：190-192.

[3]汪文明，余兰山，郭军.中美大学物理演示实验比较[J].高等函授学报（自然科学版），2007，19：9-11.

[4]汪文明.大学物理演示实验教学研究[D].上海，华东师范大学，2006.