大学物理演示实验教学的改革

摘要：从教学实际出发，调查研究了国内外大学物理演示实验的教学现状，秉着培养应用型人才的基本目标，分析了大学物理演示实验课程开设的必要性，并对大学物理演示实验的教学改革提出了几点举措。

关键词：大学物理演示实验；应用型人才培养模式；动手操作能力；创新思维能力

1引言

物理是一门以实验为基础的学科，实验在物理教学中具有十分重要的作用，因此演示实验在大学物理教学中具有举足轻重的作用，是其他科目不可替代的。那么什么是物理演示实验呢？物理演示实验是通过对具体物理现象的展示，从而将抽象的理论形象化、具体化。学生通过观察演示实验中的现象，来激发他们的好奇心和求知探索真理的能力。趣味性、直观性是物理演示实验的两大特点，通过物理演示实验，我们可以把瞬时的、不易分辨的或难以理解的、甚至是日常生活中无法观测到的物理现象以及定律转化成直观的、清晰的、持久的物理图像或数字电信号，帮助学生加深对抽象的物理定理、定律、法则等的理解和掌握，巩固记忆。在物理实验的演示过程中，不仅会用到大学物理中力、热、光、电、磁的知识，还会用到近代物理学中原子、量子等知识，甚至可联系到科学前沿领域，这对于巩固学生的理论知识，奠定专业基础，激发学生的创造力具有不可忽视的作用。

2大学物理演示实验的教学现状

国外高校对大学物理演示实验十分重视，如美国加利弗尼亚州立大学伯克利分校、北加利弗尼亚州立大学以及马里兰大学，都做得十分出色，这三所学校不仅建设了完备的大学物理演示实验网站,而且演示实验项目数量多，其中美国加利弗尼亚州立大学伯克利分校的演示实验总数多达660多个，北加利弗尼亚州立大学的演示实验总数多达437个；种类全，涵盖力、热、光、电、磁各个物理学领域；选材广泛，且特别注意理论与实践相结合，每个实验项目都有一定的应用性。很多实验仪器并不是很复杂，但演示效果却非常显著。如在北加利弗尼亚大学的力学演示实验中，为了让学生理解质量标准、长度标准的含义，教师取来两个分别为1kg和1磅的黄铜棒及一个米尺进行演示，为了让学生理解矢量加减的含义，教师用几根自制的棒子来演示。［2］近年来，我们发现，随着大学物理教学改革的呼声高涨，国内一些高校对大学物理的学时不断缩减，在教学中，教师除了正常理论授课外，学生还要进行分组实验，所以大学物理演示实验的学时几乎被砍杀殆尽。且一些高校没有认识到演示实验的重要性，持“有没有无所谓”的想法，甚至于在整所高校中不设置演示实验室，这为大学物理教学改革的开展带来了诸多困扰。教育部在《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，大学物理课程应具备演示实验（实物演示和多媒体仿真演示）的内容，其中实物演示实验的数目不应少于40个。著名物理学家杨振宁教授在谈到人才培养的问题时说：“要增加中国的社会生产力，需要的是很多会动手的人。”而事实上，从学校走出去的大学生很多只是空讲理论的书呆子，毫无实践经验，更不具备创新开发能力、动手操作能力。为了适应社会需求，我院制定了人才培养目标，即培养应用型人才，这就要求作为专业基础课的大学物理课程不能只讲抽象的理论，而要注重培养学生的动手能力、空间设计能力、创新能力、科研创作能力。而大学物理演示实验室恰好为学生提供了这样一个教学平台。

3开设大学物理演示实验课程的必要性

3.1培养学生的综合能力

提高大学生的创新意识和能力是大学教育的目标之一，因此，教师在授课时要注重学生探索精神和创新意识的培养，提高学生的认知能力及应用能力。大学物理演示实验即可在理论教学，也可在实验教学中发挥其独特的教学功能与作用。通过观察物理现象来学习物理是一条有效的学习途径,演示实验能起到激发兴趣、促进思考、加深理解的作用。

3.2与其他知识联系紧密

大学物理演示实验不仅仅与大学物理相联系，其中还会涉及到机械、电气信息、化学、环境等专业的知识，同时也与科技发展的尖端领域相联系，如磁悬浮地球仪、激光监听试验仪、磁悬浮(跳环)实验仪等。科学技术的发展特点是各学科间的相互渗透、交叉和综合，紧跟当代科技发展步伐，,密切联系工程生产生活实际，其目的是让学生了解物理学原理在科技发展中的作用，了解其在工程技术中的应用，而物理学理论和实验的发展正是众多新兴学科、交叉学科和新技术产生、成长、发展的基础。

3.3提供科研创作的平台

大学物理实验课不仅仅可做为理工科学生的必修课，还可以做为文科学生的选修课，因为演示实验对于学生创造力、思考问题、探索问题能力的培养是不受专业限制的，这无疑鼓励了更多的学生参加大学生创新创业活动。有了大学物理演示实验室，我们可以鼓励学生动手设计、改良实验仪器，也可以开展一些关于大学演示实验的报告会，丰富学生的文化底蕴，拓展信息含量，还可以推荐学生参加相关比赛，并参与到科研项目的研究工作中去。大学物理演示实验室提供给学生的是一个声、光、电共同作用的奇妙世界，带给学生的是新奇和震撼，能够创造浓厚的物理氛围，启迪学生思维，激发学习兴趣，培养创造能力。同时，更有充足的时间和技术条件允许学生自行操作，提高和培养学生自主学习的积极性，还可以给饶有兴趣的学生提供一个实践动手的天地。图1为我院学生动手设计的LED星空旋转时钟的效果图，该实验项目已被推荐到由省教育厅举办的大学物理实验竞赛中参赛。

4大学物理演示实验教学方法的改革与创新

4.1培养学生自主学习能力

教师在授课时，提前1~2周的时间，将演示实验项目做成表格发给每名学生，学生可在自己感兴趣的实验项目上标注上记号。然后利用教材进行自学，也可以去网上寻找相关知识，并整理出来备案。这样学生在上演示实验课时，就不会毫无头绪、茫然无知。而且学生通过课下的调查研究，对要研究的物理现象、涉及到的物理学原理进行自主式学习，这样学习的效果是大家意想不到的，很多学生会因为某个理论知识内容没有理解而来请教教师，在教师讲解的同时，他们对理论知识的理解更加深刻，同时教师能深深地感受到他们对物理知识的学习充满了渴望，极大地激发了学生的学习兴趣。

4.2培养学生的动手操作能力

以往的演示实验课程常常是教师自己演示，学生只是用眼去观察，结果学生只看到了现象，却抹杀了其动手能力。我院在演示实验课堂中，不限制学生的动手欲望，在保障学生和仪器的安全的情况下，几个学生为一组动手操作，教师在旁边辅助。学生在操作过程中，往往会提出一些奇思妙想，教师要适时引导。如在做旋转系列演示试验中，两个完全相同的小钢球在离心力的作用下，在环形轨道中上升到同一高度。但当旋转频率过大时，两个小钢球极易脱离轨道飞出伤人。教师可针对此实验的弊端，向学生发问，引导学生对实验仪器进行改良。我院学生将其环形轨道改装成一个U型管，完全避免了本实验仪器的弊端。再比如，辉光球中的惰性气体可否更换种类，梦幻时钟的时间日期可否实时更新，这些问题对于学生来说，极富吸引力，大大地激发了学生的创作欲望。如图1中的LED星空旋转时钟，就是学生对梦幻时钟进行改良，从而实现了时间日期的实时更新。

4.3展示设计成果

学生上完演示实验课后，教师要布置给学生书面作业和设计作业。书面作业是以学生感兴趣的一个或几个实验项目为主题展开讨论，写下心得体会或创作灵感的小论文。设计作业是以小组为单位，要求学生设计出一个实验展品，无论是实验仪器还是小发明创作均可以，号召大家随地取材，如有的学生将二手电脑中的零部件拆下来做实验。并定期举行成果展示会，这不但增加了学生的自信心和自豪感，开发了他们的创新思维能力，培养了他们的设计能力，同时也充实了我院的大学物理演示实验室，为学院节省了一部分资金支出。

5结语

大学物理演示实验室不仅仅是学生学习物理知识的课堂，也是学生实践演练的场所，在这里，学生可以动手制作实验仪器，可以动手改良实验仪器。教师还可以指导学生对仪器定期进行检修，解决一些常见问题。我们还可以推荐一些同学参加大学物理演示实验比赛，甚至可以提供给学生一些科研课题，培养学生创新思维能力。学习、思考、动手、再学习，这样一个良性循环的过程，正是我们教师所希望的。这样的学生毕业后，由于其各方面知识的平衡发展，完全可以适应未来工作中的各种挑战，成为社会所需求的应用型、技术型、创新型人才。

参考文献：

[1]路峻岭.物理演示实验教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[2]赵凯华，陈熙谋.电磁学[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3]李元杰，陆果.大学物理学[M].北京：高等教育出版社，2003.[4]汪文明．中美大学物理演示实验教学比较[J]．高等函授学报：自然科学版，2005（19）:9-12.

[5]关寿华，郑建洲，张萍．开放物理实验教学模式的探索与实践[J]．实验技术与管理，2011（7）：238-240.

[6]卢荣德．大学物理数字化演示实验教学平台[J]．实验室的探索与研究，2006（4）:56-57.

[7]周菊林，李蓓，周华林．加强大学物理演示实验培养工程应用型人才[J]．湖南工业大学学报，2009（2）：103-105.

[8]郭力，石少波．演示实验制作促进动手动脑的大学物理探索式学习的改革尝试[J]．大学物理，2010（3）:50-54.

[9]张红光，等．开放实验室，培养大学生的创新精神和实践能力[J]．实验技术与管理，2011（6）:16-19.

作者:韩晓静 单位:沈阳化工大学科亚学院基础部