演示实验在高师物理教学中的设计与实施

孟庆国 付淑芳

摘要：文章通过研究演示实验在高师物理教学中的设计与实施，结合不同教学环节中演示实验的特点，全面分析了演示实验在实验原理的探究、实验现象的分析、实验过程的设计过程中如何与物理理论教学结合起来，为培养大学生创新能力、探究能力及物理思维提供有效的科学平台。

关键词：演示实验;实验原理探究;实验现象分析;实验过程设计

目前演示实验已在许多高等院校作为选修课进行开设，这门课程可以让学生更直观地感受物理知识的奥秘，更好地理解物理理论知识，因此受广大师生的喜爱。但在物理演示实验教学中还存在着许多不足，例如许多学生还仅仅通过演示感受物理现象，对物理本质并不十分清楚，而对于演示实验的设计原理更不关心。同时一些工科院校开设的物理演示实验课大多与科技馆式的讲解相类似，学生对于物理现象的分析以及应用原理并不清楚。作为高等师范院校的演示实验教学来说锻炼、培养学生的从师技能更加重要，他们对演示实验的认知程度会直接影响到将来中学物理教学，因此在高师院校开设物理演示实验非常必要。本文将结合高师物理教学中演示实验教学的作用、方法、手段及意义进行研究。

一、 高师物理演示实验教学的作用及意义

高师院校授课的对象大多是将来的物理教师，他们对物理现象及本质的认识，物理规律的应用在很大程度上会在将来的物理教学中传承下去。尤其是我们国家的中学物理教学，许多实验还是在教师讲实验，学生背实验的教学方式下完成的。学生对实验现象能够说得很清楚，但物理本质是什么，为什么这样设计实验，这种设计理念的实际应用还有哪些，学生知之甚少。原因很简单——高考不考，好多教师觉得没有必要去弄清楚，更没必要去讲给学生。这正是我们国家自然科学落后的一个重要原因，学生探求知识的本质，认清物理规律的意识都被完全同化了。什么是正确的？学生认为教师讲的、书上写的、考试考的这就是他们该学的。至于本质、创新都与他们无关！这些实验教学中的瓶颈可以通过课堂演示实验教学得到改善。这就需要物理教师具备设计、研究物理演示实验的能力，而这种能力的培养与大学物理演示实验的课程開设情况是密不可分的。

高师物理演示实验在教学中的作用及意义主要体现在以下几方面：

1.演示实验可以调动学生的学习兴趣。通过演示实验让学生感知到物理知识的奇妙，清楚所学内容与实际应用的联系。充分认识到物理知识的实效性，调动学生的学习兴趣。

2.演示实验可以调动学生积极主动参与学习的意识。演示实验的特点是参与性更高，一些演示实验的实施环节可以让学生亲自参与到实验教学中，通过这种亲身体验培养学生对物理过程、实验条件、实验现象的感知理解，而这种理解要比通过讲解、背诵的记忆实效性要长得多，学生更容易长时间掌握。

3.演示实验可以培养学生探究物理本质的能力。许多物理规律、物理原理都可以通过物理演示设计完成，学生掌握的不仅是物理现象、实验条件，更要掌握物理的本质问题。例如：迈克尔逊干涉演示实验，这个实验许多学生和教师都认为是研究光的干涉特性的物理实验，但其实验的设计本质却是长度测量的一个装置，换句话说这个仪器是利用光学性质实现微小位移的测量。

二、高师物理教学中实施演示实验教学的有效途径

演示实验是高师物理中重要的教学手段，他不仅可以丰富教学环节，而且可以培养与锻炼学生认知物理本质的能力。通过合理科学的有效途径实施这种教学，可以在课堂上达到最佳的教学效果。

1.演示实验现象分析是认识物理本质的有效手段

物理原理、规律大都可以通过物理现象展示出来，分析物理现象是认识物理原理、规律的有效手段。在大学物理理论教学中一些较为抽象的理论学生理解起来较为困难。例如光的偏振原理，学生可能知道偏振的产生是光路材料对光波电矢量E产生影响，从而产生在某一方向上出现振动方向的优势。但他们对左右旋光的理解却是很困难的，因为这个现象不容易直接观测到。这时演示实验就可以发挥它的优势，教师可以利用磁光现象进行演示左右旋光的存在与区别。一束平行于磁场方向传播的线偏振光，可以看作是两束等幅左旋和右旋圆偏振光的迭加。这里左旋和右旋是相对于磁场方向而言的，如果磁场的作用是使右旋圆偏振光的传播速度 C/nR和左旋圆偏振光的传播速度 C/nL不等，于是通过厚度为d的介质后，便产生不同的相位滞后。相位滞后不同，旋转方向也不同，在出射界面上，两个圆偏振光的旋转电矢量，又恢复一致，我们又可以将它们合成起来考虑，即仍为线偏振光。通过控制材料的nR与nL，从演示实验现象中我们即可观测到检偏器会因为左右旋光的存在而产生不同方向的偏转角度θ。这样一来学生不仅能理解偏振产生的原理，还能更好地掌握旋光的产生。

2.演示实验仪器的设计原理分析是培养学生创新能力的有效手段

演示实验教学中往往我们更关注它给我们展示了什么物理原理、或者物理现象以及他为什么是这样的。很少有教师去研究或者分析它是怎么设计的，为什么要这样设计。其实这样的演示实验教学目的仍然是验证性或者展示性，没有实现设计性、探究性的教学目的。更谈不上培养学生的创新能力。通过分析演示实验仪器的设计原理，既可以让学生掌握相关的物理理论知识还可以培养他们创新能力、设计能力。例如：望远镜演示实验仪，大家都清楚望远镜种类繁多，但基本上都是由双透镜或多透镜组成的，究其本质都是将远处的物体通过透镜成像后再通过透镜或透镜组将其放大成像。我们在讲解这个实验仪的原理时可将其望远过程简化为：成像——放大——成像。看到这个原理后学生就可以将小孔成像与透镜成像结合起来设计一个单透镜小孔望远镜。图示如下：

无穷远处物体经透镜成像在近焦点处，借助小孔成像的原理将中间像放大。严格来说小孔并没有“成像”，只是通过几何关系实现“放大”功能。通过对望远镜设计原理的分析实现对学生创新能力、设计能力的培养。

三、科学利用演示实验平台促进高师院校科普教育的全面实施

高师院校除了承担物理本科教学以外还应更好的发挥其科普教育的社会功能。目前国家对科普教育高度重视，要求高校及全国各级科技馆要定期对社会及中小学开放进行科普教育，发挥科学普及的引领作用，国家在这方面有相应的文件及资金支持。

1.利用演示实验平台对在校本科学生开展科学普及讲座

目前高师教育要求培养具备承担中小学教育的全科教师人才，而在高师院校还没有针对文科学生开展这样的科普讲座，将来他们回到中小学任教师时这方面的知识就显得非常缺乏，不能更好地完成中小学的科学知识普及，针对这种情况在高师院校利用演示实验教学对他们进行科普讲座就非常必要。

（1）选择合适的演示实验题目是开展文科科学普及的前提

由于文科学生对物理知识及一些物理现象知之甚少，选择什么样的演示实验题目就很重要。我们应该选择一些生活中常见的物理现象进行演示，这样会增加他们的认知感，同时也会调动他们的学习热情，而且这些实验所需要的物理知识也相对简单。例如：海市蜃楼、避雷针、光学散射与色散、彩虹与霓、生物静电等。

（2）选择科学的教学手段是开展科普教育的有效保障

由于文科学生没有进行过这样的物理实验，他们对如何完成实验，如何操作实验仪器一无所知，所以要针对他们设计科学合理的教学手段。教师首先要对这些实验进行讲解，包括现象演示、操作过程、注意事项、物理理论。其次，教师要针对这些实验科学利用现代教学手段展示比如利用计算机模拟、PPT讲解等教学手段，先让学生熟悉了解演示实验的基本过程，尤其是实验操作注意事项，在保证安全的前提下，让学生亲自体验物理现象，在实验中完成对物理知识的理解与掌握。

2.利用演示实验平台承担面向中小学科普及国培教育任务

高师院校不仅承担在校生的教学任务，还要承担培训中小学科普及一定的国培任务。

（1）在中小学科学普及任务的实训中要充分有效地利用演示实验平台

中小学科学普及教育目前得到了国家及各省市的充分重视，习主席也在不同场合强调大学要合理利用学校有限的资源实现对中小学免费开放。百年大计教育为本，而科学素养及科学探究意识的培养要从孩子抓起。在实施中小学科学普及教育活动时我们要制定科学有效的运营方式，让孩子们从小养成探究知识，感受知识在生活中的应用。在实施这项活动中首先要制定适合孩子们研究的演示实验题目，建立有序的活动制度，配备精良的物理教师队伍，最大程度满足孩子们的探究欲望。其次，要制定安全可行的体验式教学方式，在保证绝对安全的前提下，让孩子们体验身边的物理知识，科学解释物理现象产生的原因，通过通俗易懂的语言讲解给孩子们，让他们养成探究事物现象及本質的良好习惯，为将来养成科学的探究能力打下良好的基础。

（2）充分利用演示实验平台，完成对中小学教师的国培任务

目前一些高校承担着对中小学教师培训的国培任务，这样工作不仅是对他们知识上的补充，更重要的是要让他们建立一种科学探究式的物理教学模式。目前在中小学教育中许多实验还是躺在实验室及在教师的PPT中，孩子们根本不能亲自体验物理实验对知识理解的作用。在实施国培活动中要充分利用演示实验平台，让教师感受到实验教学在物理教学中的作用，这种感官及体验式的教学方式可以达到事半功倍的教学效果。首先，要通过演示实验室平台让中学教师真正感受到演示实验的重要性。其次，鼓励大家设计实验教具，在实验教具的设计与制作中真正体会到创新设计与物理讲授存在的差别，也能在很大程度上调动学生学习的积极性。

总之，通过设计科学的演示实验教学方式，合理运用演示实验平台，实现物理实验体验式教学方式。这会在很大程度上提高大学生探究能力、科研能力。充分利用高师院校的资源，更好地发挥其社会作用，为培养合格的中学物理教师搭建有效的平台。