用演示实验点亮学生好奇的眼睛——读《物理演示实验教程(第2版)》

朱红莲

(清华大学出版社, 北京 100084)

用演示实验点亮学生好奇的眼睛
——读《物理演示实验教程(第2版)》

朱红莲

(清华大学出版社, 北京 100084)

物理学是实验的科学，绝大部分物理学是从现象中来的，现象是物理学的根源.有些现象，不通过实验演示是很难在学生头脑中形成清晰的物理图像的.清华大学的大学物理教学二三十年来一直保持着几乎每堂课都有演示实验，几乎每位教师都做演示实验的传统.本文以清华大学演示实验室编写的《物理演示实验教程(第2版)》为主线，探讨演示实验如何在大学物理教学中发挥作用，给学生展示物理现象，引发学生的求知欲，激发其学习热情，点亮学生的眼睛.

大学物理；演示实验；课堂演示；大厅演示

物理学是实验的科学，物理学最重要的部分是与实验有关的，物理学中绝大部分内容是从现象中来的，现象是物理学的根源.正是丰富多彩的物理现象引发了人们的好奇心，启发了人们的思考，进而形成了物理学系统的科学理论，达到了人类目前对大自然的深刻认知和理解.所以，观察现象是科学研究至关重要的第一步，通过观察现象来学习物理也是一条有效的学习途径.

有些现象，不通过实验演示是很难在学生头脑中形成清晰的物理图像的.演示实验能起到激发兴趣、促进思考的作用，而饶有兴趣和勤于思考是学好物理的先决条件.物理演示实验走进课堂，可以在最恰当的时候，给学生展示物理现象，引发学生的求知欲，点亮学生的眼睛，激发学生的学习兴趣.

在物理教学的课堂上，把涉及到的物理知识通过实验演示给学生看，对提高学习兴趣，加深对所讲授内容的理解，启迪学生的思维，活跃课堂气氛起到十分重要的作用.课堂演示实验对基础物理教学有特别重要的意义.演示实验是培养学生探索未知的创新精神和解决问题的实践能力的有效教学环节，这已成为物理教育界的共识.

1 清华大学物理演示实验室

清华大学基础物理课程分几个不同层次.有面向物理类专业学生的普通物理课程，有面向广大工科学生的大学物理课程，也有面向文科类学生的物理学导论或概论课程.尽管这些课程的教学目标和教学内容以及学时有很大差别，但都有一个共同特征，就是大量使用课堂演示实验.课堂演示实验是几乎所有基础物理课堂内容的一部分，每次上课把若干个演示实验推进课堂，它是清华大学基础物理教师常态化的程式.清华大学的大学物理教学多年来一直保持着几乎每堂课都有演示实验，几乎每位教师都做演示实验的传统.

清华大学物理教学演示实验能够做到如此普及，与演示实验室的场地设计有很大的关系.物理演示实验室地处第三教学楼二段的中心，使用面积约200多平方米，两侧1楼和3楼总共有4个大的阶梯教室，基本上大学物理的大课都是在这4个教室进行.每位上课的老师提前把上课需要的演示实验名单交给演示实验室的老师，演示实验室的老师会把布置好的实验车放到教室讲台旁的门口，或者直接把布置好的演示实验推到教室的讲台上.

课堂演示实验的特点是紧密配合教学，原理清晰，形象直观，易于操作，安全方便.若某实验是一般日常生活不能遇见到的现象，则往往收到轰动性的效果，一个精彩的演示实验往往会给学生留下深刻的印象，如：逆风行舟、锥体上滚、高压带电操作、超导磁悬浮列车等就是如此.

随着教学手段的进步，演示实验也有多种表现形式.用于大课堂上的演示实验，有些做得大一些，让数百人的教室内人人可以看到课堂上的演示实验，或者做得小巧玲珑，放在视频展示台上，通过视频转换在大屏幕上展示.许多演示实验的录像，利用课堂上宝贵的几分钟，把实验的精华部分展示给学生，同样收到良好的效果.

2 物理演示实验展示厅

人的双手是大脑聪明的媒介和桥梁，动手能力是一个人最基本的学习能力.所以演示实验不光要看，学生们还可以自己动手去做.演示实验不仅进入课堂，清华大学还为学生开设了演示实验展示厅，方便学生自己动手，从实验中获得乐趣，用动手启迪思维，激发学生的求知欲和创造力.在一次次亲自动手操作中，学生会为神奇的实验现象而着迷，为那些科学原理而惊叹.

清华大学物理演示实验展示厅是物理演示实验中属于提高层次的部分，始创办于1998年.其创办的主旨是向大学生们展示大量由我校教师研制出的有趣味有深度的物理演示实验，使我校青年学生通过来此中心参观学习，了解物理世界的奥秘，了解高科技与物理世界的关系，达到开阔眼界，增长知识，启发思维，培养兴趣的目的.

大厅所陈列出的物理演示实验具有下列特点： ①实验装置宏伟，实验演示效果良好；②实验现象新奇，出乎意料之外；③联系高科技成果，显示当代成就；④具有大学物理知识的大学生不能一看就明白，需要结合具体的实验进行研究.至今已经排出的实验有96个，其中具有特点①的典型实验有：磁混沌摆，大型全息图(洋女人与狗)，高压带电操作等实验；具有特点②的典型实验有：逆风行舟，超导磁悬浮列车，常温磁悬浮，大型立体照片(照相机)，记忆合金组合等实验；具有特点③的典型实验有：超声马达，激光，超声CT，激光陀螺等实验；具有特点④的典型实验有：‘同性’磁极相吸，白光再现全息，魔石等实验.

3 物理演示实验室的工作

在创建世界一流大学思想的指导下，清华大学物理演示实验室坚持“以学生为主体，教师为主导，实验技术人员和实习指导人员为主力，着重培养学生的兴趣和动手能力”的理念，以演示实验室、展示厅建设为核心，整合各方面资源和人力，历经多年的提炼与改造，现有常用演示实验200个，视频文件几百个.成为国内演示实验建设的典范，经常接受兄弟院校教师的参观和交流.从其建立之初就引起社会各界的注意，实际上它已成为清华大学的一个窗口实验室.

清华大学物理演示室以前也曾经出版过VCD视频光盘和《物理演示实验教程》的第1版，各学校老师争相抢购.这套由路峻岭教授和秦联华高级实验师等老师编撰的《物理演示实验教程(第2版)》和《物理演示实验手册》，就是对这些工作和经验的最新整理和总结.这两本书汇集了当前清华大学课堂演示实验的全部内容，是清华大学物理演示实验教学的反映.这套书对每一个实验的原理、装置、操作步骤和注意事项，都给出了较详细的说明，对于从事基础物理教学的教师、技术人员和正在学习物理课的学生来说，都有很好的参考价值.

《物理演示实验教程》(第2版)是在第1版的基础上，总结了清华大学近10年来“大学物理课”的物理演示教学的经验而改编的，内容包括课堂演示实验部分和展厅演示实验部分两篇.其中课堂演示实验部分是它的主要部分，按实际教学的顺序编排，在第1版的基础上淘汰了一些旧实验，增加了一些新实验，包括力学、热学、电磁学、振动与波、光学与近代物理共计258个实验.撤销了走廊演示实验部分，把其中一些实验分别并入课堂演示实验和展厅演示实验部分，一些划归其他实验室.展厅演示实验是演示实验的提高部分，经过几年的建设现在共包括115个实验，其实验装置多为清华大学物理教师自己研制的.对每个实验都分别按实验目的、实验仪器、实验原理、实验步骤、注意事项和思考题几部分进行介绍.

这套书具有如下特色.①原理解析得清楚明白.书中不仅清楚地描述了演示内容以及演示步骤，还不遗余力地介绍了实验原理，并配有照片和原理图.学生自己动手做过的实验，或者看过的实验，特别是结果跟自己的猜想不一样的实验现象，他们会更想知道实验原理，想了解为什么，对原理的详细介绍可以满足学生的学习要求; ②教程图文结合，有材料，有内容，有视频，有趣味，有参考价值.对于教师，这是类似手册一样的书，可以很快地了解演示内容，帮助认识演示的意义以及其中的原理.对于学生，这是一本学习参考书，可以仿照设计课外实验，帮助学习，也可以通过了解演示实验原理，学习物理知识，学习分析问题和解决问题的方法.对于实验技术人员这是一本技术指导书，可以照此设计和制作演示实验，也可以在此基础上改进演示实验，发展新的演示实验.③实验现象新奇，出乎意料之外；书中展现的演示实验，有些演示实验内容比较自然，看起来合情合理，有些则会展现出与多数人的直觉不相符合的情形.有些演示实验原理则并不简单，即使学生比较笼统地了解了大致的原理，其中一些细节也不都是能非常清楚地得到解释，例如翻身陀螺实验，魔石实验，昆特管实验(驻波的精细结构分析)，铜镜实验，水中落沙实验，小孔泄漏实验等.但这恰恰提供了教学研究的题材，老师或学生可以进一步进行研究和探索，学生也可以借此做课程论文，做研究训练.

[1] 清华大学物理演示实验室.大学物理演示实验(VCD).北京：清华大学出版社，2003.

[2] 路峻岭.物理演示实验教程[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3] 路峻岭.物理演示实验教程[M].2版.北京：清华大学出版社，2015.

[4] 路峻岭，秦联华.物理演示实验手册[M].北京：清华大学出版社，2015.

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DEMONSTRATION EXPERIMENTS, INSPIRING THE CURIOUS OF THE STUDENTS

Zhu Honglian

(Tsinghua University Press, Beijing 100084)

As ascience based on experiment, most theory of physics came from phenomena. Sometimes it’s hard to tell the students what a physics theory really is without a demonstration of experiment. In the past 20-30 years in Tsinghua University, almost every physics teacher kept this tradition that demonstrated experiments in almost every physics class. This essay uses a test book,ThePhysicsDemonstrationExperimentTutorial(2ndEdition) written by the Demonstration Laboratory of Tsinghua University, as an example, talks about how demonstration experiments works in the college physics class. And how to encourage students to learn and study by demonstration experiments.

college physics; demonstration experiment; classroom demonstration; hall demonstration

2016-01-08

朱红莲，女，图书编辑，主要从事物理类教材、专著和科普图书的出版和研究工作.1394521451@qq.com

朱红莲. 用演示实验点亮学生好奇的眼睛[J]. 物理与工程，2016，26(5)：43-45.