演示实验在少数民族学生物理教学中的应用

张敏+王振+陆树伟

（新疆大学 物理科学与技术学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

摘要：少數民族预科教育是提高少数民族高等教育质量的重要措施，但由于汉语水平参差不齐，预科物理教学效果有限。笔者在理论教学基础上探索性开展了低成本的演示实验，利用演示实验可以加强对物理概念的理解、验证物理问题、发现物理规律等。实践表明，在少数民族学生的物理教学过程中开展简单易行的演示实验，能够激发学生学习物理的兴趣，促使学生有效掌握物理基础知识，并有助于培养学生的抽象思维和学习能力，为提升新疆大学少数民族预科教育质量和人才培养水平提供了保障。

关键词：少数民族学生；物理教学；演示实验

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）24-0279-02

一、引言

少数民族预科教育是在中国特色大学教学体系中，根据少数民族语言文化特点，所建立的符合本地区实际情况的特色教学，是提高少数民族高等教育质量的一项重要举措。新疆大学经过多年的探索和改革，已经形成了独具特色的少数民族预科课程体系和培养模式，为自治区经济社会发展培养了大批少数民族人才。在预科教学课程中，基础物理是理工科学生必修的一门重要基础课。但是由于生源素质受地域差异、文化差异和教育资源分布差异等因素的影响，且大部分少数民族学生汉语水平有限，这些都对预科物理教学提出了要求和挑战。为了提升教学效果，笔者在理论课程基础上开展了低成本演示实验，用理论指导实验，用实验验证理论。

二、低成本演示实验的建立与特点

传统的大学物理实验是学生在实际操作中，用学习的理论验证知识、培养动手能力和创新能力的过程。目前，新疆大学物理实验一般开设时间是大一的第一学期和第二学期，并且大学物理实验教学条件非常完善。因此笔者充分利用新疆大学物理实验条件，从中选择一些与预科物理教学内容相关的实验仪器，开展低成本演示实验教学。在教学过程中发现，演示实验能够使学生更加深入的理解理论课上的知识，达到提升教学效果的预想。与大学物理实验相比，同预科物理教学相匹配的低成本演示实验具有自己的特点：首先，低成本实验所需实验器材取材容易且成本低廉；其次，低成本实验内容设定简单，容易操作，不会占用很多教学时间，却能使学生有效地理解所学物理知识；再次，低成本演示实验虽然简单，直观的实验现象却可以激发学生去研究潜在的物理内涵，进而把单一的接受式理论学习转化为研究式学习，培养学生的自主学习能力和研究能力；最后，低成本演示实验的趣味性较强，更能吸引学生的注意，激发学生学习物理的兴趣。

三、理论教学与实验教学相结合

低成本演示实验内容的设定应与实验室条件相适应且符合低成本实验的特点，不能超出预科物理教学大纲的要求，可以充分利用周围物品以及实验室已有的仪器设备来演示实验，并且能够运用所学知识得出相应的实验结果。

1.利用演示实验加强对物理概念的理解。举个例子，在运动学中，惯性表现为物体保持其运动状态不变，为了让学生更进一步深入理解这个概念，笔者设计了这样一个演示实验：在一个装满水的瓶中放入一个塑料小球，旋紧瓶盖后，用手上下做加速运动，观察小球的运动后总能发现，小球的运动方向和瓶子的加速方向相反。为什么会出现这种现象呢？这时笔者引导学生对实验现象进行分析，从而加深对惯性这一概念的理解。

2.利用演示实验观察物体运动。在机械振动的教学中，大纲要求对学生讲授两种典型的简谐振动—弹簧振子和单摆的振动。单一的理论讲授并不能让学生很好的理解动态的振动过程。基于已有的大学物理实验条件，笔者建立了弹簧振子和单摆系统。将一根轻弹簧水平固定在一侧的墙面上，弹簧另一侧系上一个小球，小球另一侧通过光滑杆固定在另一侧的墙面上，这就是弹簧振子。拉伸或压缩小球后松手，就能观察到弹簧振子的简谐振动。单摆的实验装置就更容易实现了，在一根长轻悬线下端系一个小球，摆动幅度在5度以内，小球就做简谐振动。大学物理实验中有一个设计性实验就是利用单摆测本地的重力加速度，笔者完全利用了该实验的单摆装置，让学生观察单摆的简谐振动。

3.利用演示实验验证物理问题。在上一个例子中，利用已有的实验条件可以让学生观察单摆做简谐振动情况。那么单摆做简谐振动的周期和什么物理量有关呢？这是预科物理教学大纲中的一个重难点。在授课过程中笔者问学生单摆的周期和振幅是否有关时，许多学生会认为有关。他们认为摆球以较大的角度和较小的角度分别摆动时，大角度时摆球的振幅大，因此周期也会长。其实不然，这只是学生的主观臆断。理论公式告诉我们，单摆的周期和振幅无关。为了让学生摆脱这个思考的误区，笔者演示了这样一个小实验：将摆球拉离平衡位置不同振幅处摆动（摆角控制在5度以内），测量不同振幅下的周期，结果显示周期不变。可见演示实验可以解答学生疑惑，帮助学生理解物理知识。

4.利用演示实验发现物理规律。纵观大多物理学家发现物理规律，一般都是由实验归纳总结得出。在预科物理理论教学的基础上开展演示实验，不仅可以使学生通过实验得出物理规律，同时也能初步掌握科学研究的方法。例如在解释波的形成和传播时，老师一般根据课本上的静态图描述波形成的动态过程，不够具体生动。为了让学生理解起来更容易，笔者把一根较长的软绳一端系在墙壁的钉上，另一端用手握住持续地上下抖动，学生看到一列凹凸相间的状态向另一端传去，这样就在绳上形成了一列波。这时候笔者启发学生进行思考：设想把绳子分成无数个质点，那么绳子上的质点是上下振动还是左右振动呢？答案显而易见是上下振动；接下来继续问学生，绳上的波动这种形式是上下传播还是左右传播呢？答案是向右传播。此时笔者根据学生观察的结果进行总结：质点的振动方向跟波的传播方向相互垂直，这种是横波。仅仅简单的一根绳子，就能调动学生学习物理的积极性和主动性，显著的提高教学效果。

5.利用演示实验促使学生有效的掌握物理知识。低成本实验的最大特点就是可以使用一些简单易得的物品进行研究，演示与理论内容相关的现象，这将有助于学生理解和掌握所学理论知识。为了让学生理解扩散现象，笔者分别演示了气体扩散、液体扩散和固体扩散实例。拿出一瓶香水，不用按压喷头，就能闻到香味，很显然这是气体分子在不停地做运动，扩散到周围空气中使我们闻到香味。将几滴红墨水滴加到瓶子中的清水中，清水迅速变红，这是液体分子的扩散。将两块不同的金属按压在一起一段时间后，能在金属表面检查到对方金属的成分，这是固体分子的扩散。根据这些随手可做的简单小实验，可以使学生学到物理知识的同时，也提升了学习物理的趣味性。

在少数民族学生预科物理教学的基础上开设低成本演示实验，不仅可以增加学生学习物理的趣味性和积极性，更加能够锻炼学生独立思考的能力，在教会学生掌握基本理论知识和操作技能的基础上，开发学生的创新意识，培养学生应用所学知识分析问题、解决问题的能力。此外，这一举措也能提升教学效果，更新教学思路，为学生营造更好的教学环境。

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