大学物理中“理论教学与演示实验结合”新模式的探索与实践

何林李　王艳伟

摘 要 课堂演示实验在大学物理教学中有着非常重要的作用。该文把传统的演示实验范畴扩展到实物、多媒体、仿真演示实验这三种模式，并提出多种演示实验模式间相配合的有效方法。

关键词 理论教学 演示实验 多媒体 仿真

中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.01.036

0 引言

物理学是一门以实验为基础的学科，①其概念、规律都是在实验的基础上总结概括出来的。物理教学的目的在于让学生相信科学并激发其对科学的兴趣、真正理解和把握物理规律、培养学生的实践动手能力和创造思维能力。如何培养学生的这些能力，激发学生学习物理的兴趣与积极性呢？最有效的办法是把理论教学与物理实验结合起来，而课堂演示实验则最能反映这一结合，是物理教学中不可缺少的教学手段。②课堂演示实验是指教师利用课堂时间为学生演示操作，并通过教师的启发引导，帮助学生对实验进行观察、思考和分析，以達到一定教学目的教学方式。③

对比国内外大学物理演示实验教学的发展现状，我国课堂演示实验的整体发展来看仍处于初级阶段。除了少数几所重点大学以外，国内大多数的一般院校在大学物理教学模式基本上是通过板书和多媒体课件，由教师介绍理论、推导理论、得出理论结果。学生方面普遍反映：大学物理课抽象、枯燥、难理解，对物理课的学习兴趣不大。以温州大学为例，学校也在实验室开设了相应的大学物理实验，但这类实验大都是验证性的实验，缺少启发性。学生一般要做的是先读懂实验原理，再按照实验步骤进行操作，最后记录数据、验证结论就可以了，致使学生学习兴趣不高。因此，大学物理实验仍不同于课堂演示实验，不能代替演示实验在物理教学中的重要地位，我们有必要从学校及学生的自身情况出发，对课堂教学进行改革与探索，形成一套自己的、完整的理论与实验结合的教学新模式。

1 课堂演示实验的新模式

首先，我们拓展了传统演示实验的范畴，将演示实验分为以下三种模式：实物演示实验、多媒体视频演示实验和仿真动画演示实验。

（1）实物演示实验。即让学生实实在在接触到实验仪器装置并同步观察到实验现象。实物演示实验所用仪器和设备要尽量简单、轻便；演示现象须直观、明晰；演示过程时间要短且可见度高，以培养学生的观察与分析问题的能力。

（2）多媒体演示实验（视频）。即事先对实验操作过程进行摄像，边演示边通过多媒体视频展示。主要是针对那些实验仪器设备过小，现象不易观察，或仪器过大，不易搬到课堂的情况，可以借助多媒体展示实物演示所无法呈现的物理过程，从而突破时间以及空间的束缚，同样将物理过程生动形象地展现于学生眼前。

（3）仿真演示实验（模拟动画）。即通过计算机技术和一定的硬件设备生成一个虚拟的实验环境，逼真的模拟出实验操作的整个过程，可实现更灵活的操作。虚拟的仿真演示实验在各方面都有着一般实物实验难以达到的效果，是实物演示实验的现代化补充。

其次，由于受课时数的限制，不是所有的大学物理教学内容都配合课堂演示实验。我们需要针对性地选择重点章节，实施理论与实验结合的教学模式。例如，针对电子专业的学生，课堂演示实验应侧重于电磁学部分的内容，让学生感到与自己专业的密切联系，更加提高了学习兴趣。

同时为紧密结合大学物理理论教学的内容，需要分阶段性地开设各种模式的课堂演示实验，包括实物、视频和动画演示。将传统的实物演示与现代化的视频及仿真动画演示实验有效地结合起来。如具体安排：在讲授某一部分理论知识之前，教师先这部分知识涉及的实验进行实物演示或多媒体视频播放，并给学生提出一些思考题。当学生学了这部分理论知识后，要求学生根据所学的理论知识回答以上思考题，并加以应用推广。然后教师在课堂上再播放相关的仿真动画实验，并引导学生对所学知识进行总结与概括。因此，通过实物演示或视频演示—理论课—仿真动画演示这一过程，学生探索性地完成了这部分理论知识的学习及其应用。

例：光的衍射。

光的衍射现象在现实生活中是十分普遍的，当我们透过两个手指之间的缝隙注视电灯灯丝时，使缝与灯丝平行，可以看到灯丝两旁有明暗相间并带有彩色的平行条纹。在理论课讲述光的衍射原理之前，教师先在实验室将这部分知识所涉及的经典实验拍摄成视频并于课堂中播放，如图1所示。学生看到：当单色平行光照在狭缝上，逐渐减小狭缝的宽度，光斑边缘就变得模糊，逐渐在屏上出现明暗相间的条纹，并且狭缝宽度越小，条纹间距就越大。观看实验后，老师提出相关思考题：什么是光的衍射现象？其产生条件是什么？用什么原理来解释？列举现实生活中光的衍射现象？理论课上教师详细介绍了惠更斯-菲涅尔原理，以及菲涅尔半波带法等理论知识，学生自然可以回答刚才教师提出的思考题，并推导第k级明条纹的宽度公式：△ = ，其中为缝宽。学生还列举实际生活中光的衍射现象，如阳光下五彩缤纷的肥皂泡，雨后马路边水面上的彩色条纹，高温处理后的金属的表面呈现美丽的蓝色等等。接着，教师再播放仿真动画实验，如图2所示，让学生观察条纹位置及宽度与光波波长、缝宽之间的定性关系，以加深对该公式（△ = ）的理解。

图1 光的衍射现象—实物演示实验

图2 光的衍射现象—仿真动画演示实验

2 教学实践中的几点思考

2.1 边演示、边探讨

课堂演示实验不仅仅是为了提高学生的学习兴趣和获得直观的感性认识，更重要的是启发学生思维，发展学生的认识能力。我们必须从思想上重视演示实验的重要性。学生不再是观察者、被动地接受教师所讲的实验原理和方法，记住实验步骤与实验结果。在进行演示实验时，应采用与学生讨论分析的方法，边演示边提出疑问，与学生共同探索其中的物理规律，并对实验现象进行应用推广，引导学生思考实际生活中还有哪些类似的实验现象。

2.2 教与学的互动，发挥学生的主体作用

传统的演示实验就是教师演示，学生只看不参与，学生有种“看热闹”的心态。真正有效的课堂演示实验，应是教师示范与学生参与相结合。鼓励学生积极参与演示实验，通过教师的指导，可以培养他们的实际操作能力。同时，学生通过亲自动手，也可以加深对实验的进一步认识与学习兴趣。

2.3 多种演示实验模式相配合

有时往往受实验器材、空间、时间的限制，无法让学生都观察到实物演示实验全国过程，为了不影响教学效果，我们可以事先在实验室录制实验过程，制作成多媒体视频演示实验，④同样可以让学生观察每个细节，有助于物理知识的掌握；而对有些无法直接观察、不能事先录制的实验，可以应用flash、auto-cad、authorware等计算机软件进行模拟，制作成仿真动画实验， 从而使本来单一的演示实验变得多样化，对教学效果和教学质量的提高也能起到积极的促进作用。

3 结束语

课堂演示实验是指教师利用课堂时间为学生演示操作，并通过教师的启发引导，帮助学生对实验进行观察、思考和分析，以达到一定教学目的教学方式。在教学实践探索中，我们打破了传统的演示实验范畴，充分利用多媒体技术，引入了多种有效的、相互配合的演示实验新模式：实物演示实验，多媒体演示实验，仿真动画演示实验。把理论教学与物理实验结合起来的大学物理课堂演示实验教学中，学生不仅是实验的观察者，更是参与者和讨论者。课堂演示实验在大学物理教学中起着积极的促进作用，也可以培养学生理论联系实际、创新精神和实践操作能力。

注释

① 类维平.物理实验教学技能[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，2004：59-66.

② 毛巍威，包刚.大学物理演示实验立体化教学体系的建设[J].大学物理实验，2009.22（4）：106-108.

③ 左春英，温静，关晓燕，王乐新，陈丽梅.大学物理理论与现象相结合的教学最佳模式的探索[J].大学物理实验，2010.23（4）：97-99.

④ 周小红，吴平，王莉，张晓，王慧.对大学物理理论课与演示实验及其视频相配合的新模式的探索[J].物理与工程，2009.19（4）：32-34.