浅谈演示实验在大学物理教学中的作用

王金玉　赵言诚　孙秋华　麻文军　赵文辉　王锋

摘要：大学物理是理工科院校一门重要的基础课，而大学物理演示实验作为辅助大学物理教学的重要手段之一，具有不可替代的重要地位。如何优化大学物理演示实验教学内容，以及如何与大学物理教学有机结合成为目前大学物理教学改革的一个热点问题。关键词：大学物理；演示实验；主观能动性；观察能力中图分类号：O4-33

文献标志码：A

文章编号：1674-9324（2018）20-0208-02 一、引言物理学是一门实验科学，是观察、实验和科学思维相结合的产物。这就要求物理学要以实验为依据，一切理论最终要经受实验的观测或实验事实的检验。纵观物理学的发展历史，都是通过对自然现象的实际观察和科学实验研究，来实现物理学概念、定理、定律的形成和发展。所以，物理演示实验直观、生动地展现物理过程和物理规律，是辅助大学物理理论教学的重要手段。只有通过大学物理理论教学与物理演示实验的有机结合，才能使学生加深对理论教学内容的理解、激发学习兴趣、诱导问题思考，通过对演示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大学物理抽象理论的理解，进一步提高学生综合素质和科学素养，培养学生的创新能力。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》指出“我们要创新人才培养模式，注重学思结合，激发学生的好奇心，培养学生的兴趣爱好，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境”。物理学家杨振宁教授曾经指出：“要增加中国的社会生产力，需要的是很多会动手的人……我接触到很多第一流的物理学家，他们很会动脑筋，很会做实验，却不善于应付各种考试。”这段话也道出了我们人才培养体制与西方国家的区别所在，我们培养的学生很善于应付各种考试，但是碰到与实际应用结合紧密的实例或涉及到动手操作的实验问题，我们的学生往往显现出束手无策的状态。随着高等学校的扩招、大学物理课程学时的逐渐被压缩，导致大部分高校的物理演示实验处于一种可有可无、可多可少的状态。但是近年来随着国家对教育投资的进一步加大，大部分高等学校也逐渐认识到了物理演示实验的重要性，相继建立起了专门的物理演示实验室，对演示实验的仪器开发、教学内容的研究也逐步开展起来，并逐渐与大学物理课堂教学进行了有机的结合，取得了良好的教学效果。所以，针对每所高校的实际情况，如何在现有的基础上开发大学物理演示实验的教学、更好的辅助大学物理课堂教学已成为了当前的一个热点问题。二、演示实验辅助大学物理教学现状教育部在最新颁布的《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》中明确指出：“大学物理课程的主要内容都应有演示实验（实物演示和多媒体仿真演示），其中实物演示实验的数目不应少于40个”。由此可见，演示实验对大学物理理论教学具有十分重要的作用和意义。目前，国内高校中只有极少数建成了专门的多功能大学物理教学演示教室，实现了类似于国外许多大学那样，一边讲授物理理论知识，一边演示相关的辅助实验，达到了理论与实验的有机结合。借助物理实验的直观演示，有助于学生理解和掌握相关的理论知识，增加他们的感性认识，从而调动他们学习的主观能动性，激发他们的学习兴趣。但是，大多数高等学校还不具备这种硬件条件，实现不了物理演示实验辅助大学物理理论教学，具体原因有以下两方面。第一，对基础课教学的地位认识不够。在上到国家教育部门、下到每个学校的各种教学指导性文件中，无一例外都会提到公共基础课程的重要性。但到了具体实际操作过程中，往往是每个学校的特色专业、重点学科得到了大力的发展和建设，而基础学科，特别是公共基础课程的建设却被忽视，其中一个很重要的原因，就是在各种专业、学科、学位等评审和评估中没有所对应的指标项。对于大学物理课程来说，只要涉及到削减学时（或学分），必然是首当其冲，在已经很少的理论课授课学时中，物理演示实验所占比重必将更少，乃至没有。第二，硬件建设不够，理论教学与演示实验脱节。一方面，在现有的开设演示实验课程的部分高校中，演示实验仪器、设备老化严重，究其原因，就是学校在仪器购置和建设方面的投入不够，从而制约了演示实验课程的发展。另一方面，有些院校虽然能够开设演示实验课程，但往往是在特定的实验室进行集中演示，而有些演示实验的内容是理论课没有讲授到的，只是为了“演示”而演示，造成了与大学物理教学的严重脱节。其结果必将使学生对演示实验的内容认识不清、实验细节关注不够，达不到辅助大学物理教学的目的。三、演示实验辅助大学物理教学的思考与改革1.演示实验融入大学物理课堂。物理学是一门实验科学，大学物理课程教学是离不开物理实验教学的，而演示实验作为辅助理论课教学的重要手段，既能帮助学生理解和掌握课堂所学理论知识，又能提高他们观察问题、分析问题、解决问题的能力。通过课堂演示实验的引入，可以使抽象的理论知识形象化、呆板的物理过程动态化、寂静的课堂气氛活跃化，特别是让学生亲自动手来演示实验，能够大大激发学生学习大学物理课程的积极性。学生边听课边现场实践，在演示实验的基础上将物理概念、规律总结出来，做到真正理解和把握物理规律，提高了他们的创造性思维能力和实践动手能力。基于课堂引入的演示实验，我们也引入了启发式教学模式，通过课堂演示的实验，学生能够联想到一系列相关实验，以达到举一反三的效果。物理演示实验融入课堂，能够实现相关知识点的进一步拓展，并将其与生活实际应用实例相联系，启发他们思考相关的物理现象，从而调动学生学习大学物理课程的主观能动性。通过物理学的学习，使他们学会思考一切，领略物理世界之美，解析万物之理。2.依托大学物理课程，探究演示实验物理含义。一般来说，物理演示实验课分为两类：验证性实验和探究性实验。验证性实验是对一些已知物理学定律的直观展示，而探究性实验是对更广泛的物理原理和物理内涵进行探索与求知。通过物理演示实验课程的学习，相对于验证性实验，探究性实验更能使学生锻炼和提高物理思维能力、实践动手能力和科技创新能力，也更有利于培养学生的科学研究与探索能力，为学生向更深层次的专业学习和研究打下坚实基础。目前，我们全年共有8学时的物理实验集中演示，每学期我们安排应届本科生走进演示实验室，观看相关大学物理课程理论知识的实验演示。在物理实验演示过程中，教师会精心地为每个演示实验设计探究性思考问题，并鼓励学生参与动手实践，引导学生通过查阅资料等开展多方面的实验科学探究工作，从而使学生在实际操作能力、科学创新能力等方面得到锻炼和提升。3.构建大学生“理学之光”科技创新中心。在物理演示實验教学改革中，我们成立了大学生“理学之光”科技创新中心，在利用物理演示实验室原有的实验仪器或旧仪器、旧设备的基础上，结合学校每年举办的“五四杯”科技创新大赛、物理演示仪器设计大赛等赛事，面向全校本可生开展科技创新设计、制作活动。采用鼓励学生自由组合、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。学生可以自行安排时间到实验室进行创新制作，并有实验室教师给予针对性的指导。好的获奖作品予以陈列展示，甚至将其应用于大学物理实验教学中，最大限度发挥创新中心为学生提供充分发挥潜力和创造力的平台的作用，促进了学生学习理论课程的积极性，培养科学研究能力和协同合作精神。另一方面，通过学生积极参加科技创新活动，进一步推动和促进创新中心的建设和发展。四、结束语综上所述，通过开放大学物理演示实验室，物理演示实验融入课堂等方式，实现了物理演示实验课程辅助大学物理理论教学的目的。通过演示实验教学手段的引入，大大调动了学生学习大学物理课程的主观能动性，培养了学生观察问题、分析问题和解决问题的能力，创新思维与协同合作能力，对通识教育体系下培养创新型“拔尖”人才具有一定的借鉴作用，也为大学物理课程教学改革的深化贡献我们的一点微薄之力。参考文献：[1]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[J].物理通报，2011，（1）：42-45.[2]蒋雅琴.大学物理演示实验室开放教学初探[J].物理与工程，2011，（21）：23-26.