讨论大学物理演示实验的有效使用

摘要：以讨论物理演示实验的有效应用为线索，论证了演示实验在大学物理教学中的重要性，同时阐述了物理演示实验室对社会免费开放对社会人士科学素质的培养的重要性。

关键词：物理演示实验；物理教育；面向社会

作者简介：杨晓辉（1974-），女，河南郑州人，华北水利水电学院数学与信息科学学院，讲师。（河南 郑州 450011）

中图分类号：G642.3     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）16-0139-01

物理学研究的是物质的基本结构、基本运动形式以及相互作用规律的科学，是在人类探索奥秘的过程中形成的学科。物理学的发展与人类的生产生活息息相关，相辅相成。第一次工业革命所引发的人们对热现象规律的研究。而第二次工业革命则是由于科学技术的突飞猛进，特别是电磁规律的研究促进了工业的大发展，人类进入电气时代。第三次科技革命是人类文明史上继蒸汽技术革命和电力技术革命之后科技领域里的又一次重大飞跃，它以原子能、电子计算机、空间技术和生物工程的发明和应用为主要标志，涉及信息技术、新能源技术、新材料技术、生物技术、空间技术和海洋技术等诸多领域的一场信息控制技术革命，这次科技革命不仅极大地推动了人类社会经济、政治、文化领域的变革，而且也影响了人类生活方式和思维方式，使人类社会生活和人的现代化向更高境界发展。自此，物理学经历了由经典物理到近代物理学的发展，形成了一个完整的体系。由此可以看到物理学与人类生活和科技发展有着紧密的联系，上至航天技术，下到地下勘探，大到宇宙的产生，小到微观粒子，可以说物理学渗透到生活的方方面面，即使看似与自然科学无关的经济、金融、政治等领域，也会用到物理学的方法进行研究。因此，大学物理这门课程在本科教育中显得尤为重要，物理演示实验作为连接课堂物理教育与现实的桥梁，它可以展示具体物理现象，将抽象的理论形象化，增加感性认识，提高学习兴趣和创新思维能力的新的教学路径。因此演示实验室的有效使用对大学物理教学、学生能力提升有着一种独特的作用。同时，利用学校现有的优质资源也可以为向社会大众提供一个提高自身科学素养的平台，为社会的发展起到很好的推动作用。因此物理演示实验是对学生进行综合素质培养及对社会公众开展科技普及的重要环节。

一、物理演示实验对本科生物理教育中的有效应用

传统的物理演示实验教学主要是配合物理理论教学，通过演示再现物理现象，达到验证物理原理的目的，它有利于学生加深对物理理论的理解与记忆的目的，使学生能够通过实验培养自己的联想和类比习惯，能够在内涵与外延中提取精髓，认识到事物的本质，思考其扩展应用，了解物理理论与日常生活的关系，同时注意到构建实验模型的方法及手段的巧妙，培养学生的发散性思维。但传统的演示实验教学方式存在着它的局限性，它不能充分发挥物理演示实验教学的综合功能，因为演示实验的设计虽然简单，但它所包含的信息量却很多，覆盖的知识不单单只涉及到我们讲的某一个定律或者定理，而且相当部分学生基于好奇看热闹，并没有起到启发学生思维，激发学生学习物理的兴趣。因此，对物理演示实验进行合理分类以及相应的按类别采取不同的方式进行教学就显得极其重要。

根据物理演示实验的特点可以把实验分为观摩实验，影像实验，仿真实验以及操作实验，根据演示实验类型的不同，我们可以通过三种教学方式把演示实验呈现给学生，这三种教学方式分别是随堂演示、观摩、学生分组实验课。

1.随堂演示物理实验有助于物理概念及规律的推导与理解

随堂演示实验可以作为引入课题之用，使用实验来引入课题，可以利用学生好奇心理，紧紧抓住学生的注意力，经过教师的适当引导使学生能在潜移默化中接受并吸收所学知识。[1]比如在讲到法拉第电磁感应定律时，首先要演示给学生如下两个实验，学生则可以很轻易地得到引起电磁感应现象的必要条件，进而推得法拉第电磁感应定律。这两个实验分别是：实验一，线圈A和B绕在一环形铁心上，B与电键K和电源相接，A接有电流计，在电键K闭合和打开的瞬时，与线圈A连接的电流计的指针发生偏转，线圈中都有电流，但电流的流向相反。实验二，取一线圈A，把它的两端用电流计连成一闭合回路，若将一磁铁插入线圈或从线圈中抽出，或者磁铁不动，线圈向着（或背离）磁铁运动，即两者发生相对运动时，电流计的指针都将发生偏转，但电流的流向与线圈和磁铁的相对运动情况有关。[2]实验演示之后，授课教师要对学生善加引导，使学生得到正确结论。

随堂演示实验除了可以作为引题之用，还可以用来说明解决问题，比如在讲到热力学中的分子热运动的无序性及统计规律性时，教师可以首先为学生演示伽尔顿板这个实验，这个实验仪器很简单，有一块竖直平板，上部钉上一排排等间隔的铁钉，下部用隔板隔成等宽的狭槽，板顶装有漏斗型入口，小球可通过此入口落入狭槽内。若在入口处投入一个小球，它落入槽中的位置具有很大的不确定性，再投入另一个小球，它落入槽中的位置与前者可能完全不同，但如果我们投入很多小球，可以发现落入中间狭槽的小球较多，而落入两端狭槽的小球则较少，通过这个实验可以使学生轻而易举的了解统计规律的概念，[2]从而为下一步热力学的学习打下基础。

值得注意的是，在给学生随堂演示实验之前，要保证实验的顺利进行以及让学生明确了解实验目的，而且所做实验要能够形成鲜明、直观的形象，激发学生的兴趣，在实验完成之后，教师不要急于就实验现象总结规律，应充分引导学生，揭示物理规律和现象之间的因果关系，从而自然顺畅的得到物理定律。

2.学生分组演示实验课可以增强学生的综合能力

对于物理演示实验，除了采用随堂演示的教学方式外，学生分组实验课这种教学方式也十分必要。这种方式可以增强学生的综合能力。比如弦驻波实验，通过这个实验是需要让学生观察弦驻波，了解半波反射，理解驻波形成条件及驻波特点，定性了解驻波波长与入射波长及弦张力的关系这样几个方面。这个实验通过观察驻波的形状以及波腹与波节，使学生了解驻波的形成过程和驻波与行波的不同这处。要了解驻波波长与入射波长以及弦张力的关系，需要做的实验是多次改变频率，观察不同的弦驻波（注意波腹与波节数目），其后再将频率固定，调节另一端的滑轮手柄，改变弦线的张力，观察波腹与波节数目的改变。这个实验虽然仪器简单，但对于学生无论是注意力的锻炼还是对所学知识整合能力以及学生动手能力的培养都具有不可替代的作用。

3.观摩实验培养学生发散思维和联想习惯，引发其创新的欲望

列为观摩性实验的实验项目本身应该具备实验现象鲜明、直观以及趣味性强的特点，能够满足学生的好奇心并激发学生的求知欲。实验的目的性不必太强，在学生的观摩过程中，教师不需要刻意引导学生对于既定实验现象的观察，而是鼓励学生主动去发现，因为任何一个实验现象都是丰富的、立体的，由于学生们日常生活经验的不同以及感知重点的不同，他们会对同一个实验有着不同的“意外”发现，而这些发现再经过学生们之间的交流和讨论，一方面可以保证学生对实验整体性的把握，另一方面则可能真正激发学生的探知欲，让学生了解前人是如何由浅入深的探索大自然的奥秘，使学生在有限的时间和空间中获得更大的信息量。因此，教师以及学生自己都不要随意嘲笑和否认这些“意外”发现，而应以科学的态度对待它们，擅加引导，因为许多重大的科学发现都是产生在常人往往容易忽略的意外发现之中。观摩性实验对于学生的思维开拓有重要作用，同样对于社会人士的科学素质的培养也极其重要。

二、演示实验对社会人士科学素质养成的重要性

科技引领未来，创新改变生活，这是促进国家发展的源动力。对于普通民众来说，个人的科学素养决定了生活品质的高低，科学素质与日常生活有着非常密切的联系，一个普通人，不懂一些基本的科学技术知识就无法适应现代生活。在科学技术迅速发展的今天，科技已经渗透到我们日常生活中的方方面面，基本的科学素质，是每一个人都应该具备的，对科学技术越了解，就越能更多享受科学技术的恩惠；反之，对科学技术知之甚少，则很可能在现代社会生活中茫然失措，严重影响生活品质。为了有效提高全民的科学素质，各级各类博物馆、科技馆陆续对民众免费开放，这个举措受到了民众的极大欢迎。物理作为研究物质结构和运动基本规律的学科，物理演示实验更能在实验经费和设备投入始终跟不上科技发展的情况下，使社会大众从观摩物理实验入手，掌握最基本的科技信息，了解物质的基本运动规律，开阔思路，活跃思维，启发社会大众从身边的生活着手，解决实际问题。[3]值得一提的是，对社会大众开出的演示性实验项目应该具有较高的可视性、趣味性，并且与生活息息相关，能够真正反映日常生活中的相关问题。

三、小结

本文从物理演示实验项目的特点出发从三个角度讨论了演示实验对本科物理教育的重要性，同时阐述了物理演示实验室对社会免费开放对社会人士科学素质培养的重要性。

参考文献：

[1]吉成元,吴永熙.试论大学普通物理演示实验的多种教学形式[J].高等理科教育,2004,(6).

[2]马文蔚,周雨青,解希顺.物理学教程[M].北京:高等教育出版社,2006.

[3]陈海苓,等.大学物理演示实验室的建设与实践[J].大学物理实验,2008,(4).

（责任编辑：苏宇嵬）

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