探索與演示實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中的應(yīng)用探索

孫瑞瑞 郭廣磊

摘 要 物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中起著舉足輕重的作用。大學(xué)物理是針對(duì)理工科專業(yè)（非物理專業(yè)）學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門物理課程。本文從大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題出發(fā)，結(jié)合探索與演示實(shí)驗(yàn)在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)利用探索與演示實(shí)驗(yàn)促進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)進(jìn)行了初步探討和分析。

關(guān)鍵詞 大學(xué)物理教學(xué) 探討和分析 促進(jìn)作用 探索與演示實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。在物理學(xué)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程中，新的物理現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)、物理規(guī)律和物理定律的驗(yàn)證都要以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的。物理實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行物理研究的一種基本方法，也是物理教學(xué)過(guò)程中的重要內(nèi)容和有效手段。物理學(xué)也是一門比較抽象的學(xué)科，單單靠課堂的理論講解不足以讓學(xué)生對(duì)理論得到充分的了解。探索與演示實(shí)驗(yàn)給大家提供了一個(gè)更近距離接近物理原理的機(jī)會(huì)。探索與演示實(shí)驗(yàn)具有典型性、趣味性、啟發(fā)性等優(yōu)點(diǎn)，可以將抽象的物理知識(shí)通過(guò)具體的物理實(shí)驗(yàn)直觀地、形象地呈現(xiàn)出來(lái)，引導(dǎo)學(xué)生分析和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地將物理理論知識(shí)和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，更好地促進(jìn)大學(xué)物理課堂教學(xué)。

1傳統(tǒng)大學(xué)物理教學(xué)中存在的問(wèn)題

大學(xué)物理課程是為理工科專業(yè)（非物理專業(yè)）學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門公共基礎(chǔ)課。傳統(tǒng)的大學(xué)物理教學(xué)方法是指教師按照教學(xué)大綱要求，講授其中的全部?jī)?nèi)容。通常情況下，教師在講課的過(guò)程中都盡可能地將每個(gè)概念和定律所涉及的內(nèi)容都講給學(xué)生，并且在課堂上盡可能生動(dòng)地講授自己準(zhǔn)備的內(nèi)容。學(xué)校不同，教學(xué)的效果和遇到的問(wèn)題也不同。根據(jù)我在本校大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）在上課過(guò)程中，我常常發(fā)現(xiàn)自己在課堂上已經(jīng)講的很清楚的概念和題目，只要題目稍微發(fā)生變化，學(xué)生就表現(xiàn)出來(lái)不知所措。即使我在課堂上已經(jīng)講過(guò)的問(wèn)題，讓學(xué)生重新做的話，也會(huì)存在很多問(wèn)題。出現(xiàn)這類問(wèn)題的主要原因是對(duì)物理規(guī)律理解不深刻，不透徹。

（2）在教學(xué)方法上，是注入式、滿堂灌，只研究教師如何“教”，不重視學(xué)生如何“學(xué)”，往往這種教學(xué)方法，會(huì)使得課堂非常的枯燥無(wú)味，學(xué)生沒(méi)有興趣聽(tīng)，教師也覺(jué)得非常累，教學(xué)效果也不好;

（3）在教學(xué)形式上，只有課堂一個(gè)渠道，教學(xué)形式單一化、模式化，忽略因材施教和借助課堂外的其它渠道;

（4）在師生關(guān)系上，重視教師的主導(dǎo)作用，忽略學(xué)生的能動(dòng)作用，主要是以教師為主，學(xué)生為輔的教學(xué)模式。老師一味地傳授知識(shí)，學(xué)生一味地被動(dòng)接受。這種教學(xué)模式的教學(xué)效果非常差，學(xué)生會(huì)喪失對(duì)知識(shí)的求知欲，老師也會(huì)覺(jué)得上課沒(méi)有干勁。

2探索與演示實(shí)驗(yàn)對(duì)課堂教學(xué)的促進(jìn)作用

（1）探索與演示實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。興趣是最好的老師。心理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：學(xué)生在充滿興趣的狀態(tài)下學(xué)習(xí)時(shí)，注意力往往會(huì)更加容易集中，觀察和記憶力更強(qiáng)，想象力更豐富，精神會(huì)更加飽滿地投入到學(xué)習(xí)中去，此時(shí)會(huì)表現(xiàn)出更強(qiáng)的積極性和創(chuàng)造性。

（2）探索與演示實(shí)驗(yàn)可以將老師要講的內(nèi)容以客觀現(xiàn)實(shí)的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。將大學(xué)物理課程中大部分非常抽象的概念和規(guī)律生動(dòng)有趣地展示給學(xué)生，這是僅僅靠課堂教學(xué)和多媒體演示難以達(dá)到的。通過(guò)探索與演示實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生逐漸地從被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí);從單純的概念和原理轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w實(shí)踐;課堂上，老師可以邊講解，邊進(jìn)行實(shí)物演示，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中使得抽象的概念變得更加具體化。

（3）通過(guò)探索與演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的互動(dòng)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)作用。逐步改變傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)，就是教師演示，學(xué)生只看不參與。真正有效的課堂演示實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該讓所有的學(xué)生積極參與到實(shí)驗(yàn)中去，讓學(xué)生自己動(dòng)手，教師在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。通過(guò)實(shí)際的操作，提高了學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，也可以加深學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解，提高教學(xué)效果。

（4）通過(guò)觀看探索與演示實(shí)驗(yàn)走廊科技展板，可以讓同學(xué)們置身于物理知識(shí)及應(yīng)用的海洋中，讓他們不再感覺(jué)到物理的枯燥無(wú)味，而是感受到物理的博大精深，而且和我們的日常生活息息相關(guān)。通過(guò)場(chǎng)景，潛移默化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，樹(shù)立正確的學(xué)習(xí)觀念和工作觀念。

3探索與演示實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用舉例

我校探索與演示實(shí)驗(yàn)室目前大約有100多個(gè)演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，涵蓋力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)及電磁學(xué)各類演示項(xiàng)目，其中有許多像法拉第籠、靜電高壓、偏振光立體電影等大型的演示儀器。根據(jù)教學(xué)方法的不同，可以將探索與演示實(shí)驗(yàn)分為兩大類：演示實(shí)驗(yàn)走廊和探索與演示實(shí)驗(yàn)室。在教學(xué)過(guò)程中，探索與演示實(shí)驗(yàn)室和演示實(shí)驗(yàn)走廊積極面向全院師生免費(fèi)開(kāi)放。演示實(shí)驗(yàn)走廊主要展示一些物理實(shí)驗(yàn)室及演示實(shí)驗(yàn)中具有典型意義的，且與生活緊密相關(guān)的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)視頻或者圖片的形式展現(xiàn)給學(xué)生，如：花樣滑冰，神州飛船、紅綠立體圖等。通過(guò)演示可以把物理現(xiàn)象清晰地展示給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)豐富多彩的物理現(xiàn)象進(jìn)行觀察和探索，幫助學(xué)生理解物理概念和規(guī)律，提高學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的探索熱情，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中，將知識(shí)講解、現(xiàn)象演示和知識(shí)探索有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從多方面促進(jìn)學(xué)生思考學(xué)習(xí)。下面以大型法拉第籠為例說(shuō)明如何利用探索與演示實(shí)驗(yàn)促進(jìn)課堂教學(xué)。

在大型法拉第籠實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)教師先向同學(xué)們講解法拉第籠的實(shí)驗(yàn)原理，然后講解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)，最后讓同學(xué)親自參與實(shí)驗(yàn)。大型法拉第籠演示儀器如圖1所示。

（1）法拉第籠的實(shí)驗(yàn)原理為：法拉第籠是由金屬或者良導(dǎo)體組成的籠子，包括籠體、高壓電源、電壓演示器和控制部分。當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，整個(gè)導(dǎo)體連同表面形成一個(gè)等勢(shì)體。處于靜電平衡的導(dǎo)體殼，如果內(nèi)部沒(méi)有電荷，那么感應(yīng)電荷將只分布在導(dǎo)體殼的外表面。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)高壓電源通過(guò)限流電阻將10萬(wàn)伏直流高壓輸送給放電桿，高壓放電桿靠近金屬籠，放電桿距離籠體10cm，出現(xiàn)放電火花。因法拉第籠處于良好的接地狀態(tài)，根據(jù)靜電平衡條件，籠體連同表面是一個(gè)等勢(shì)體。當(dāng)人進(jìn)入籠體后關(guān)閉籠門，操作員接通電源，用發(fā)電桿進(jìn)行發(fā)電演示。這時(shí)即使籠內(nèi)人員將手緊貼著籠壁，使放電桿向手指放電，籠內(nèi)人員不僅不會(huì)觸電，還能感覺(jué)到電子風(fēng)的清涼感覺(jué)。這是因?yàn)榇藭r(shí)整個(gè)籠體連同人體是一個(gè)等勢(shì)體，沒(méi)有強(qiáng)電流通過(guò)身體，不會(huì)有觸電感覺(jué)。

（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)：籠內(nèi)實(shí)驗(yàn)者可用手觸摸法拉第籠的放電部位，但要將手平方，不要用力按，更不要用指尖按;關(guān)閉高壓電源后，務(wù)必用高壓桿與法拉第籠充分放電后打開(kāi)籠門。

（3）讓同學(xué)們親自參與演示實(shí)驗(yàn)，觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：選擇同學(xué)們中5-7人進(jìn)入法拉第籠，關(guān)好籠門，合上控制面板上的電源開(kāi)關(guān)，按住升壓按鈕使之升壓，大約升到30到40千伏停止升壓，觀察者在看到放電電弧的同時(shí)，可以聽(tīng)到強(qiáng)烈的放電聲;當(dāng)操作者手持高壓桿接近籠壁，可以看到高壓桿的前端與籠壁發(fā)生劇烈放電，弧長(zhǎng)可達(dá)到15-20cm;籠內(nèi)實(shí)驗(yàn)者可以用手輕輕觸摸法拉第籠內(nèi)側(cè)的放電部位，除有微熱感外，實(shí)驗(yàn)者安然無(wú)恙;按“降壓按鈕”，使電壓降到零，然后斷開(kāi)電源;用高壓桿接觸法拉第籠，使之充分放電，再讓實(shí)驗(yàn)者走出法拉第籠，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

演示實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，可以讓同學(xué)們相互討論，發(fā)表一下自己的感受。通過(guò)這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，可以將物理理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)很好地結(jié)合起來(lái)。不僅可以激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)熱情，也可以讓同學(xué)們更好地理解理論知識(shí)。最后，再根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)聯(lián)系一下實(shí)際生活中的鮮活例子。例如：高壓作業(yè)工人。高壓作業(yè)工人的防護(hù)服就是用金屬材料制成的防護(hù)服，接觸高壓線時(shí)形成等電位，人體內(nèi)沒(méi)有電流通過(guò)，起到保護(hù)作用。

4結(jié)語(yǔ)

在大學(xué)物理教學(xué)中，探索與演示實(shí)驗(yàn)可以把抽象的知識(shí)以直觀形象的方式展示給學(xué)生，有助于學(xué)生分析和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。把理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的好奇心、創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)促進(jìn)課堂教學(xué)將起到很大促進(jìn)作用。

基金項(xiàng)目：“河南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目”（172102210404，16A140012）。

作者簡(jiǎn)介：孫瑞瑞（1984-），女，河南許昌人，洛陽(yáng)理工學(xué)院講師。

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