复旦大学物理演示实验教学实践回顾

吕景林,魏心源

(复旦大学 物理学系,上海 200433)

复旦大学物理演示实验教学实践回顾

吕景林,魏心源

(复旦大学 物理学系,上海 200433)

近年来各校物理演示实验室的规模有了普遍的扩大，但仪器的利用率却有待提高。复旦大学物理演示实验室围绕着如何让物理演示实验在培养学生核心素养方面发挥尽可能大作用这一主题，进行了一系列的教学实践，包括将演示仪器用于理论课堂辅助教学；通过开设选修课，给学生提供一片自由发挥的空间；向全校以及社会开放实验室等。这些使得演示仪器在各个时间段都得到了充分的利用。特别是物理演示实验拓展这门选修课，因其独特的开课方式，在培养学生创新思维、创新能力等方面效果显著，受到了学生的欢迎，也得到了同行专家的好评，这门课于2014年被评为上海市精品课程。

物理演示实验； 教学实践； 课堂演示； 创新平台； 服务社会

0 引 言

随着教育经费投入的增加，基础实验设施已经摆脱了捉襟见肘的窘况，为了教学和评估的需要，很多高校物理演示实验从无到有，从小到大，具有了一定的规模。据抽样调查，截止2012年，75%以上的学校演示实验室的面积已达到和超过200 m2(抽样学校32所，其中985学校15所，211学校7所，其他本科院校10所)，吉林大学的物理演示厅甚至达到1 000 m2。而与此不协调的是，有如此规模的演示实验室中，竟有近1/3的学校没有一个专职的从事物理演示实验的实验员或教师，这使得演示仪器的充分利用受到制约，而长期下去，必然影响到演示实验室的进一步发展，如何充分发挥演示仪器的作用，走出一条演示实验持续发展的道路，本文回顾了我校近10年来在演示教学方面的实践，与同行分享。

1 演示仪器用于理论教学

物理是一门实践性的学科，纵观物理学的发展历程，每一个新理论都或源于对大量实验现象的归纳总结，或需经过实验检验才得以确立。因而，一直以来，在物理理论的教学中借助于实验来再现物理过程、验证物理规律是必不可少的教学手段。这种以辅助理论教学为最初目的的实验被人们称之为演示实验。

我校的物理演示实验室始建于上世纪50年代，一直以来，坚持在理论课堂上使用演示实验是我校物理课程的一个传统，这一传统也得到了学校的支持，一年级的大学物理课一直尽量排在演示实验室所在的教学楼，为便于教师携带仪器进行课堂演示，演示实验室准备了100多种仪器，这些仪器涵盖了力、热、电、光各部分知识点，大多具备轻便、小巧、易于操作、现象明显、可重复性好等特点，此外还配了轻便的手推车，值班的老师会随时向刚上课的青年教师介绍各种演示仪器的使用方法和特点，这些都为理论课的顺利进行提供了一定的支持。

从演示仪器的使用效果来看，大大活跃了课堂氛围，学生的学习兴趣和课堂的参与度大幅提高(图1为学生参与课堂演示场景一例)，通过课堂演示，将各种物理过程生动、形象地展示出来，使学生对理论内容本身有透彻的理解、深刻的记忆，在教务处的教学评估中，学生也会对经常使用演示实验的老师表示赞许。

图1 学生参与课堂演示

为了给课堂演示提供尽可能多的素材，演示实验室坚持自主研发新仪器，近10年，根据教学需要研发的新演示仪器有19套先后在第8～12届全国高等学校物理演示实验教学研讨会仪器评比中获奖，其中一等奖6项，二等奖9项，三等奖4项；获专利5项，其中实用新型专利3项，发明专利2项；录制实验录像80段，这些补充的新资源进一步丰富了课堂演示内容，为物理课的教学增色添彩。

2 将演示实验室作为培养创新思维、创新能力的平台

我国学生公认的特点是理论计算能力强，实际动手能力差。这个动手能力不是指某种特定的手工技能，而是指在一切与实践相关联的过程中，理论与实践相脱节的现象。如对物理过程缺乏正确、清晰的物理图像，以至于对实际出现的现象不会判断和分析，哪些结果是在预想之中，哪些超出了预料，问题应该从那些条件去找；脑子里只有数学公式，对各个影响实验结果的因素缺乏数量级的概念，不会半定量的估算，分不清主次；实验中对实验仪器和方法不做透彻的了解，所以当需要将实验进一步深入时，显得无能为力。另外缺乏良好的实验习惯，也是我们的学生中普遍存在的问题。如实验中没有详细记录实验条件、实验现象的习惯，只追求数据的多少，导致有时数据测得越多越糊涂。这些问题实际上是由于我们的教育长期重理论、轻实践导致的。而且我们的实验课往往缺乏发散性，课上使用的仪器、方法往往都是设计好的，实验步骤也已经给出，教师用自己的脑力劳动代替了学生的脑力劳动，久而久之，学生便丧失了发散思维，丧失了理论联系实践的能力，对实验的各个细节不会也没有兴趣去探究。

和物理实验课的仪器相比，演示仪器有种类丰富、涉及知识面广、与理论课衔接紧密、演示手段多变、现象直观有趣等特点，因而演示仪器在培养学生学习兴趣和创新能力方面都有很大的空间。考虑到物理课主要安排在上午，利用下午的时间，物理演示实验室又面向学生开出了物理演示实验拓展、设计性研究性实验以及一些研究性的项目。其中物理演示实验拓展是2010年新开出的专业选修课，这是一门颇具特色的课程，其特色表现在：

这是一门具有高度发散性的课程，它不以最后结果为导向，而以培养学生能力为目的，将演示实验室作为创新平台，鼓励学生大胆创新。

课程的发散性表现在课程从形式到内心给学生松绑。形式上的松绑，体现在整个学期只有开学初两次课是以教师为中心开展活动的，在这个时间里教师向学生介绍演示仪器的特点、本门课程的授课方式、考核方式等，随后挑选一些仪器演示分析给学生看，这个过程旨在消除学生对演示仪器的陌生感和神秘感，找到一点分析问题的思路。之后的时间做什么、怎么做，全由学生自主选择，这既有别于理论课的满堂灌，又有别于通常实验课按照既定的方法完成既定内容的上课方式，使学生有一种我的课程我做主的自豪感，焕发研究热情；而内心的松绑，则体现在研究题目本身的选择没有好坏之分，课题可以独自承担，也可以两人合作，题目的来源可以自选也可以是从老师给出的题目中挑选。内容可以是对现有演示仪器的原理探究、误差分析、结构改进，也可以是新演示仪器的设计、制作，还可以通过解剖身边物品的结构、原理，了解物理理论的实际应用，体会设计者的缜密思考、精巧设计。这方面，我们鼓励学生大胆拆卸，曾买回过旧的机械钟、微波炉、电磁炉等供学生研究之用，如果对已选的题目失去兴趣，随时可以更换，一学期可以只研究一个题目也可以研究两个或两个以上的题目，如果题目太大，难度太高没能完成也不会影响成绩，一学期里谁的工作做得最多、最出色、进步最快、收获最大，谁就是成绩优异者。这样学生选题时就不会焦虑、不会患得患失，注意力全部集中在课题研究本身上。

具体的，课程设计成4个阶段。第1阶段由教师担任主角——师傅领进门；第2阶段是学生的自由体会阶段，学生可以对演示室中任何感兴趣的仪器进行操作，对实验现象、实验仪器剖析、探究，通过2～3周的操作、体验、分析、讨论等，确定接下来的研究题目；第3阶段，经过5～6周的研究实践，大家坐下来谈一下各自的研究进展，每个课题10 min内容做成ppt，包括研究的具体内容、资料的查询、探究的途径、结果分析、后续工作计划等；第4阶段，再经过6周左右的研究，各组做结题报告，时间仍然是10 min，对一学期的研究工作进行总结、回顾。课程结束时，除提交两次汇报的ppt外，还需提交一篇研究论文和每次的实验记录，成绩的评定主要参考一学期的表现。

这样一门让学生具有高自由度、高发散性的课程，让学生耳目一新，给乐于实践、勇于创新的同学提供了一个平台，因而学生选课非常踊跃。由于学生的意愿和想法得到了最大程度的尊重，因而学生在课堂上表现出了空前的热情。以往我们的课程总是要有一些措施来约束和督促学生，但在这里每节课学生们都在专注地倾情投入，无需督促，倒是经常有人早来晚走，下课时间到了也浑然不觉。两次的课题汇报起到了加油站的作用，虽然教师一再的说明本门课重在过程，结果是次要的，为了能让自己的课题尽善尽美，学生还是会经常主动找教师要求加课。学生在这门课中有机会充当工程师、研究员、工人、甚至采购员，通过查阅文献、探究、设计和制作，学生们学会了统筹考虑问题，学会了许多基本工具的使用，探究能力、实践能力、创新意识都有很大的提高，在合作中，学会了与人沟通，在课题汇报中锻炼了清晰的表达能力……。图2所示为课堂剪影示意。

图2 课堂剪影

在这样的课程中，教师的位置已从“太阳”转换成了“月亮”， 教师的工作是尽量为学生的研究创造条件，诸如工具、场地、材料、机械加工等，随时关注各组的研究进展，当学生的研究遇到瓶颈时，及时与之展开讨论，引导学生寻找突破口。由于学生的研究课题五花八门，涉及方方面面，这对教师是一个极大的挑战。为了满足学生的各种需求，及时给予他们有效的指导，教师要花费更多的时间准备，其中的辛苦是不难想象的，然而看到学生的迅速成长，这一切都变得那么的值得！这个课堂是雏鹰自由翱翔的蓝天，是未来科学家的摇篮！

这样一门特别的课很让学生留恋，课程结束时会有同学意犹未尽，询问后续是否还有类似的课程可以选，可见学生在这门课中真正体会到了创造的快乐，这是一门称得上幸福指数很高的课程。学生说“我们在演示实验拓展课上自由自在的学以致用，这才是享受学习。…… 通过知识的积累，完成能力的升华，才是我们的目的。”“说实话，这是我上过的最自由的一堂课，也是让我真正思考物理的一堂课。以前更多的时候，思考物理是为了做题。而在这里，思考物理纯粹为了自己，为了自己想做的事。” “没有经历过的事情是不会产生情感的，唯有在这里思考过，设计过，绝望过，绝境逢生过，才会对这些产生真正的爱与期盼，才会真正渴望去探索物理，发自内心，而不是成绩。唯有这些可以点燃一个人心中的梦。”

伴随着学生的成长，几年来这门课也沉淀出一些研究成果：研究内容已有两项入选国家级大学生创新训练计划项目，一项申请到了学校的曦源计划；发表文章7篇；编写制作演示课件1件；设计并开发出可在互联网上远程使用的静电系列演示实验；6件学生参与研制的仪器在全国演示仪器评比中获奖，其中一等奖3项，二等,1项，三等奖2项。2014年，这门课获批上海市精品课程。

3 服务社会

在完成各项教学任务的同时，实验室还努力挖掘潜力，为尽可能多的人群提供服务，宣传科学。如每周向全校学生开放2个下午，学生可以自由参观或自行操作仪器，为文科生、留学生进行专场演示，接待校内学生社团的参观，接待部分中学生的参观等，这些活动通过老师的讲解和演示，收到了良好的社会效果。来自学生的反馈：“以后多搞类似的活动，这个活动应该推广到更多的专业里，为通识教育的进行提供一个新的平台。”“ 很有趣，让我重新唤起了高中的物理学习经历。” “突然产生了一种想在大学里学物理的冲动。” “我今天看到了比以前16年所有总和还多的物理实验,国民教育有很大潜能待开发。”

4 结 语

物理演示实验室近年来的所有工作都是围绕着如何让学生尽可能受益这样一个宗旨，我们的目标是以丰富的演示仪器为媒介，通过对物理理论的应用，对实验现象的分析、讨论、操作等方式，力图在物理理论与实际应用间架起一座桥梁，通过学习，提高学生的探究能力，培养学生合理的思维方式和准确的观察判断能力，以及清晰的沟通表达能力，将物理演示实验室建设成为一个进行综合素质教育的卓有成效的平台。

未来一段时间的演示教学拟从事3个方向的工作。① 试图借助于网络反馈信息，尝试了解课堂演示教学的最佳模式；② 尝试将演示实验引入大学物理实验课堂中，探索以演示实验作为辅助的实验教学模式；③ 继续通过研制仪器、拍摄录像等途径进一步丰富演示资源，全方位的发挥演示实验的作用，走出一条不断创新，持续发展的道路。

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Review of Teaching Practice of Physics Demonstration Experiments in Fudan University

LÜJinglin,WEIXinyuan

(Department of Physics,Fudan University,Shanghai 200433,China)

In recent years,with the prompt development of physics demonstration lab in many Chinese universities,the sharply expansion of lab space and the rapid increase of physics demonstration instruments are conspicuous.However,the efficiency of demonstration instruments utilization still needs to be improved.Around the theme of maximizing the impact of physics demonstration experiments in the development of students’ core abilities,a series of teaching practices have been made to fully utilize the physics demonstration instruments in physics demonstration lab of Fudan University.The practices include to introduce more physics demonstration instruments in theoretical course teaching,offer the students optional course and allow them to think creatively and practice freely; open laboratory to the whole university and the public,etal.Especially,the course of “Extensional Physics Demonstration Experiments” is warm welcomed by the students,due to its unique way of teaching,the prominent efforts in students’ innovative thinking and creative abilities training.The teaching effectiveness is also highly appreciated by the peer experts.This course was elected “Excellent Course of Shanghai” in 2014.

physics demonstration experiments; teaching practice; classroom demonstration；innovation platform; community service

2016-07-11

吕景林(1959-)，女，湖南永州人,副教授，物理教学实验中心副主任，研究方向为物理理论及实验的教学和研究。

Tel.:13032107800; E-mail: lvjinglin@fudan.edu.cn

O 4-33

：A

：1006-7167(2017)07-0178-04