大学物理课堂演示实验
发布时间：2017-04-12
大学物理教学不再单纯是理论教学，演示实验在课堂中发挥越来越重要的作用，本篇职称论文认为必须加强和发展演示实验，使之与理论教学有机结合.演示实验不仅可以促使教师教学工作与科研工作相结合，而且提高业务水平的同时也使课堂达到了理想的教学效果，提升学生学习物理的积极性.不仅增强了学生的动手能力，也带动学生综合能力的培养，为学生将来从事科研工作打下基础，成长为创新型人才.当然演示实验在现代物理课堂上还存在一些不足，这就需要教师在教学中不断改进与学生的配合，以及在实验器材研制方面下功夫，使演示实验真正成为大学物理课堂教学中教师授课的利器，成为学生打开科学之门的一把钥匙.《大学物理实验》(双月刊)创刊于1988年，是由吉林化工学院、东北地区高等工科院校物理实验教学协作组等单位主办，经国家科委批准、吉林省科委行文，93年7月已在全国公开发行，定为中文季刊。国内统一刊号为CN22—1228/O4。
摘要：针对目前大学物理课堂“满堂灌”的传统教学模式存在的弊端，提出可以通过演示实验提高教学效果.总结出了一套能够充分发挥演示实验效果的教学经验，并指出了目前演示实验教学中存在的一些不足之处.
关键词：大学物理;演示实验;课堂教学
目前我国的高等教育中，培养人才的基本组织形式和主要方式依然是课堂教学.对教师而言，课堂是其职业生涯最基本的构成，是传道授业的神圣殿堂;对学生而言，课堂是其学校生活的最重要部分，是知识积累的基本渠道.物理学是通过实验来探索物质基本结构和运动基本规律的一门自然基础学科.物理学不仅是一门基础理论科学，而且也是一门实验科学.物理知识与规律大多是以实验为依据的，要求学生理解一些抽象物理规律和物理概念是大学物理课堂上讲授的主要内容.然而物理知识由于本身就比较抽象与枯燥，再加上长期以来形成的“满堂灌”的课堂教学模式使得大学物理课堂死气沉沉，已严重影响到了学生学习的兴趣，无法调动学生主动学习、自主思考和发散思维的积极性.根据教学经验，提高课堂教学效率的方法不外乎讲授物理学史、联系生活实际、开展演示实验等几个方面，其中教师最好的帮手还是理论与实际相结合的演示实验.演示实验是指课堂上教师为配合理论教学针对学生所做的具有示范性与表演性的实验[1-2]，具有的这些独特的教育功能，是任何教学手段也不能代替的，已被广大同行所公认.
1新课程标准下引进演示实验教学方法的必要性
2007年全国高中物理全面实施了新课程标准，与旧教材相比，新课改更注重培养学生的探究方法与科学精神.高中新课改后，实行模块选修制.《物理(选修3-1)》和《物理(选修3-2)》是必选的，有些学校《物理(选修3-3)》、《物理(选修3-4)》、《物理(选修3-5)》只需选修2本，但是很多学校为了挤出更多时间，甚至只选其中1本，这样学生间高中物理知识基础差别就很大.学生基础知识的参差不齐，对当前大学物理的教学产生了较大的影响，也给教师带来了新的压力和挑战，大学教师在课堂上很难把握一个合适的进度，以符合所有学生的接受能力.例如：高中热学中属于《物理(选修3-3)》的内容，有些省份没有作为考试内容，所以部分学生根本没有热学的概念，而大学物理教材是假定学生掌握热学一些基本知识的，这就加大了讲授这块知识的难度.所谓百闻不如一见，对于抽象的物理知识而言更是如此.尤其对于大学物理，在进行理论教学的同时伴有演示实验，从而使物理概念的实验基础得到再现，显得尤为重要.演示实验又是物理教学中最具有活力的内容，它对教学的其它环节也能发挥积极作用，所以尽量在课堂上引入一些简单的演示实验，生动直观地展示给学生，以提高讲课效率.如光的偏振内容比较抽象，平常学生接触不到，导致学生不易理解，为此引入激光笔发射的演示实验.在介绍偏振光时，只需携带一个作为检偏器的偏振片和上课随身使用的激光笔(激光笔替代一个普通光源和一个起偏器)就能进行演示实验，这样既节省了演示设备，又减少了调试时间.通过检偏器在激光笔前面的旋转，让学生直观地观察到光强的变化，加深学生对知识的理解，从而提高教学效果.
2演示实验教学方法的优势
演示实验的过程是实践对理论知识进行检验的过程，能够化抽象为具体，把枯燥的定理证明和公式推导活灵活现地展示给学生，把物理定理、规律和有趣的实验现象紧密地联系起来.打破了大学物理教学枯燥、无趣的教学模式，通过引导学生仔细观察并积极思考，加上适当的讲解，使学生更加容易地理解物理概念，清楚地掌握物理规律，而且达到了事半功倍的效果.经过多年实践教学和反思，总结出了演示实验的优势：
2.1增强理论说服力，提高课堂教学效率
大多数的大学物理教学模式基本上是以教师的推导为主，这样的教学方式费时费力，反而达不到很好的效果.通过演示实验可以丰富教师的“教学法”，提升课堂的“表现力”.物理演示实验不仅可以把抽象的理论转化为具体的实物展现，把深奥的知识转化为简单的实验现象，也可以使模糊的知识变得清晰有条理，枯燥的内容变得生动.物理演示实验就是把学生在日常生活中看到的和听到的，运用实验手段再现，引导学生透过现象看本质，由感性上升到理性高度，从而提升课堂效果.
2.2提高学生的学习积极性，加深对概念与规律的理解
理论教学大多是用枯燥的公式来推导物理定理及其应用，而且用到非常繁琐的数学知识，容易让学生排斥而且感到厌烦，很难喜欢上物理[3-4].如果将有趣的演示实验引入课堂，或者课堂上穿插对应物理知识的影像，不仅可以调动学生的学习主动性，同时也建立了直观的物理图像，形成感性认识.如在角动量及角动量守恒定律的学习中，学生如果在高中没有学过角动量，则不容易理解单纯推导公式得出的结论，甚至想象不出对应的生活实例.为此，在讲授角动量守恒的内容时，可以借助“如可夫斯基转椅”，让学生亲身经历，直观体会.实验时，先让学生坐在“如可夫斯基转椅”上，双手握紧哑铃两臂平伸，利用外力使转椅转动起来;然后让学生收缩双臂，看到人和转椅的旋转速度明显增大;再让学生握紧哑铃两臂平伸，看到转速明显降低.此时，可以向学生解释这一现象，即当人伸缩两臂的时候，相对中心转轴的转动惯量会产生变化，角速度自然也会跟着变化，这就是角动量守恒.通过直观的实验现象，可以让学生加深对角动量守恒的理解与知识的掌握.
2.3提供一个良好的环境，培养学生的创新精神
由于大学物理是专业基础课，不能引起学生的足够重视.如果能把大学物理与专业联系起来，结合各专业的特点开展演示实验，就能使学生对演示实验兴趣浓厚，更好地培养学生的综合能力.演示实验培养了学生集中注意力与积极思考的能力，同时教师也要适当放手让学生操作仪器设备，亲自参与到演示实验中，培养学生的动手能力.尝试让学生自己设计演示实验[5]，不断培养学生的创新精神.
2.4紧密联系科学前沿，拉近学生与前沿科技的距离
近代科学技术的飞速发展，随之出现了很多新的理论和新的技术.演示实验不仅是由一些可以简单的基本实验、可重复验证的综合性实验组成的，也可以包含一些复杂的设计性实验等[6].当然还可以在课堂条件允许的情况下引进一些前沿的、高端的技术，如超导磁悬浮现象、GPS定位演示、激光笔演示的利萨如图形等.这些演示实验的设计非常巧妙，科技感十足，让高科技与生产、生活的紧密联系，促进了物理学的发展.同时还可以打破高科技生物神秘感，缩短学生与科技前沿的距离，让学生从高起点进入大学物理的殿堂，逐步走向科学的巅峰.
3演示实验教学方法的实践
3.1教师层面
教师应充分准备演示实验，最大限度地调动学生学习物理的积极性[7].演示实验是课堂教学的重要内容之一，为了演示实验的顺畅进行，教师不仅理论上要透彻分析实验，而且课前要实际操作，熟悉实验的过程和步骤.3.1.1明确演示实验的目的性要明确每个演示实验对应的理论知识，在演示实验中需要得到哪些实验现象，尤其是重点演示学生不易觉察的现象，适当提醒，让学生更加深刻地理解概念和规律.3.1.2演示实验要现象明显操作简单由于学生是否能观察到实验现象都是建立在教师演示基础上的，所以演示实验操作起来要简单，容易观察到实验现象，如果能够和实际应用有所结合则更好.3.1.3演示实验要具有启发性虽然实验是物理的基础，但是演示实验不能是简单的重复，演示实验要与理论相结合，紧扣科技发展前沿，才能使学生对物理越来越感兴趣.这样才能更好地启发学生去思考而且有广阔的想象空间，培养学生善于观察，主动思考的习惯，提升学生的能力，从而达到启发式教学的目的.3.1.4适当的讲解与提引由于学生没有必要的知识储备，导致学生缺乏观察的目的性和准确性，很难扑捉到实验的本质现象，就容易产生实验过程中观察不仔细，不知道该观察什么，难以达到理想的效果.所以，演示实验时教师要进行适当的讲解与提引.
3.2学生层面
学生也要充分运用演示实验更好地学习，在演示实验中适当增加参与度.教师在操作实验装置的同时又要不断地讲解，引导学生观察，尽量顾及到每个学生的情况.在传统教室里尤其是大的阶梯教室里，对于一些现象不是十分明显的实验，学生本身就不容易观察到，后排的学生更是无法观察到.这就在一定程度上限制了演示实验的作用，直接影响教学效果.因此，在条件允许的前提下，学生积极主动申请参与到实验操作，亲自动手.这样不仅可以提升学生实际操作的动手能力，开阔视野，提升学生的主动性与积极性，还可以使没有亲自参与操作的学生通过多次重复看到现象，丰富想象力，培养分析问题和解决问题的能力.
3.3教学方式方法方面
在教学中要不断优化演示实验的构成，合理运用多种手段演示实验，实施开放的模式展示实验.演示实验可以兼顾点与面，不仅可以在理工科的大学物理课堂上配合理论教学，活跃学术氛围，也可以在文科专业的选修课上展示，使文科生扩展知识面，提高科学素质.另外，在现代教育技术大融合的背景下，可以实现各种教学方法与教学手段的互补.较为复杂的物理实验，如微观的、极快的实验，难以在课堂演示的，可以借助教学资源(包括视频、动画和影视片段等)来实现.这些资源来源于实物演示基础之上，形象而且逼真，突破了时间与空间的束缚[8]，使学生对知识的理解更加透彻，掌握更加牢固.
4演示实验教学中现存的问题
4.1教师对演示实验教学重视不足
知识爆炸的时代，知识更新速度不断加快，加之高中物理课程实行新课改和高校的连年扩招，大学物理作为公共基础课，知识量的不断增加与课时不断被压缩的矛盾日趋尖锐，只能通过取消或减少部分演示实验来完成教学计划.另外，随着演示实验仪器越来越精密，演示仪器的搬运、调试也越来越困难，使得演示实验教学更加费时费力[9]，教师的付出与课堂效果不成比例.所以教师教学的重点与核心还是放在理论教学上，演示实验处于可有可无的状态.
4.2学生参与积极性不够高
演示实验最终还是要回归学生本身，现在使用的大多数仪器设备都是数字化和集成化的，操作比较简单，现象直观明了，而且大部分演示实验带有很强的趣味性[10].如果学生长期不能亲身参与到实验中来，学生在实验中获得乐趣的减少，挫败了学生的上进心，达不到演示实验加深掌握理论知识的效果.同时学生不能实际操作仪器，也不能较直观地了解仪器的构造与原理，无法达到培养创新精神的目的.所以要想实验有很好的效果，必须让学生自己亲自参与进来.
4.3实验器材不能满足教学实际的需要
演示实验的设置与实验器材的采购必须紧扣教学大纲，为理论教学提供保障.近年来许多高校面临本科教育评估，大都采购了一系列的物理实验仪器，但是许多高校注重了数量而忽略了质量，追求仪器的高科技与趣味性，而忽略了器材的实用性，导致实验器材与教学实际需要相脱节[11].
