大学物理演示实验教学现状调查分析①

(武警后勤学院，天津 300309)

物理学是基于实验的科学，物理教学不仅要使学生掌握、理解物理规律，还要通过实验、应用科学方法，来体会探索、求解、验证的过程，培养学生敢于提出问题、积极解决问题的能力、严密的逻辑思维能力和敢于创新的实践能力。大学物理演示实验教学非常重要，深受学生喜爱，演示实验为师生提供了近距离交流的机会，拉近了学生与物理的距离；演示实验能够突出实践对理论的检验过程，从现象入手，化抽象为具体，帮助学生理解物理定理、定律；通过引导学生观察和思考，配合适当的讲解，使学生能够在理解物理概念、掌握物理规律的基础上，进行自主探究学习，培养他们的想象力、创造力和发散性思维。

1 部分高校演示实验室简介

近年来，国内部分高校对物理演示实验都十分重视，投入了大量的资金，用于演示实验室和走廊演示实验的建设和改造。

(1)南开大学物理演示实验室面积为200多平方米，陈列了100多个大学物理实验项目，经过多年发展，自制了一批有特色的实验仪器，承担了供全校学生选修的物理演示实验课程、大学物理集中演示实验，以及基础物理课程的随堂演示实验，同时还是大学生的创新实践基地。作为天津市科普基地，南开大学物理科普教育基地不仅满足了大学物理教学的需求，还兼顾了面向中小学生以及市民的科普需求，成为“服务本科课程，面向大众开放”的特色实验室。

(2)天津科技大学演示实验室的建设已具备一定规模，设置了光、电、力、热演示实验项目，承担了较多的演示实验课，并采用独有的教学模式，将大学物理演示实验融入大学物理实验课程，分两个阶段开设演示实验，第一阶段安排面向大一新生的物理演示实验，以提升学生的物理学习兴趣，第二阶段在学生完成大学物理实验课程之后，展示有一定难度的演示实验，帮助学生找到自己的兴趣方向，培养他们勇于探索和创新的科学精神。

(3)天津师范大学物理与材料科学学院的“科学体验馆”作为天津市科普基地，总面积达270平方米，以“童趣—开悟—探究(实践)”为设计思路，设置三个层次的科普培训项目，主要承担全市大、中、小学等的科普讲座和科普活动。

(4)天津工业大学建有“趣味与演示实验室”，主要采用三种形式进行教学，一是课堂演示，教师根据讲课内容提前做好准备，把仪器带到课堂，边讲边做；二是把几个内容相近的实验事先安排好，组织学生分批观摩；三是定时开放演示实验室，组织学生自己动手调试、操作，鼓励学生参与演示仪器的制作和开发利用。

(5)天津大学演示实验室开设了供全校选修的物理演示实验课程，实验室设有3D电影等趣味性强的演示实验项目。

(6)北京交通大学物理演示与探索实验室是首批国家级物理实验教学示范中心，实验室可用于科普开放的实验近300项，内容涉及力、热、声、光、电磁、近代物理等，通过不断探索，不仅能满足大学物理实验教学的要求，还探索出了一套较为完善的科普活动模式。

(7)清华大学物理演示实验室使用面积约为200多平方米，主要是为大学物理课堂教学服务，分为课堂演示实验室和物理演示大厅两部分。历经多年的建设，现有演示实验200个、演示实验视频几百个，在课堂上把实验的精华部分展示给学生，收到了较好的效果。演示实验大厅是属于提高层次的部分，向大学生展示由本校教师研制的有趣味、有深度的物理演示实验。

(8)北京大学物理演示实验室使用面积约470平方米，始建于1950年，现为北京市重点实验室。实验室有各种演示仪器150多套，每学年面向全校1000多名学生开设近150多个演示实验，内容涉及力、热、电磁、光、近代物理等。该实验室从2012年开始参加北大科普基地项目，开展各项科学普及工作，产生了良好的社会影响。

(9)复旦大学物理演示实验室陈列了一百多套仪器，并录制了大量的演示实验视频，涵盖物理学各分支内容。还开设了36学时的物理演示实验拓展课程，供本科生选修，以培养学生能力为目的，鼓励学生大胆创新，学生可以自由选题、安排研究进度，课程具有高度的开放性。

(10)湖南大学大学物理演示实验室面积达300多平方米，有力热、电、光、磁四个实验室，开出的实验约有200多项。作为湖南省科普教育基地，该实验室不仅承担大学物理教学任务，也为社会的科普教育工作做出了贡献。

综上所述，国内重点高校十分重视演示实验，如清华、北大等高校建有专门的物理演示实验室，也具有一定的规模，可演示上百项演示实验，能提供多种模式的实验教学。但有许多高校因为场地、资金、重视程度、师资力量等原因，并没有建立专门的物理演示实验室，甚至有的高校直接省略了演示实验的教学。各高校演示实验室的规模和数量有显著差异，可见对演示实验的重要性认识不一致，重视程度各不相同。

2 演示实验内容

物理演示实验是大学物理教学的一个非常重要的辅助，需跟大学物理内容相匹配。表1列举了笔者考察的几所院校开设的演示实验的内容和数量。从数量上看，近代物理的演示实验数目在这几个高校中所占比例相对较少，经典物理部分占了很大比例。

表1

3 演示实验教学模式

各高校根据实际情况，物理演示实验教学采用了以下模式。

(1) 课堂演示

当在课堂上讲到某些知识点时，以演示实验的方式进行辅助，主要以教师演示为主，学生进行观察。课堂演示可以很好地把实验现象和物理知识结合起来，具有形象直观的特点，可帮助学生理解抽象的物理概念和规律，从而激发其学习兴趣，有效提升课堂效率。但在实际应用中也存在一些问题，如一些演示实验仪器难搬动，要求教师花较多的精力去准备，但又不计工作量，教师的积极性不高。为此，很多高校采用了实验视频、动画等多媒体技术在课堂展示演示实验，如复旦大学录制了很多演示实验视频，中南大学制作了具有仿真功能的实验动画，天津中德应用技术大学自主研制了演示实验器具，并拍成视频在课堂上展示。

(2) 集中演示

在大学物理的一些章节教学结束后，根据教学需要和学生学习需求，一般以班级为单位，集中安排课时进行实验演示，一般时长为1到2个学时。集中演示是课堂演示的延伸与补充，能有效激发学生学习和探究的兴趣，课堂氛围往往更加活跃，师生互动也会更频繁，学生能近距离进行实验观察。目前集中演示的方式一般是自主参观实验室，观看实验视频、实验资料等，学生最初上课时有积极性，时间一长就容易变成走马观花，所以演示实验室需要配备有经验的教师，引导学生提问、认真讲解、适时演示实验。目前来说很多高校由于专职实验人员有限，导致演示实验的开展最后变成“参观”或者“表演”，无法满足学生自主探究的需求。北京交通大学理学院积极探索人员机制改革，充分调动资源，组建学生管理团队、研究生助教团队，形成了在传统教学模式的基础上，让学生参与其中、以学生为主体的较开放的教学模式，颇有成效。

(3) 开设选修课

由学生自主选修，课程模式比较自由，学生可根据自己的兴趣爱好或者学习需求选修一些难度较高、综合性强的实验，该类课程面向全校学生或者修过大学物理课程的学生，教学过程包括预约实验、教师讲解指导、师生交流探讨、参加考核、综合评定成绩。学生通过教师讲解演示、自主观察现象、提出问题、动手操作、查阅资料、选择课题、研究课题、汇报、撰写报告等，以培养学生的科学探索精神。四川大学物理科学与技术学院在必修课的基础上，开放了16个探索性、设计性强的选修实验，供学生自主选做、探究。北京交通大学允许学生预约申请进入演示实验室，选做演示实验，对于有较好想法、能提出较好演示方案的学生，学院还可提供经费和实验条件支持他们进行研究。复旦大学开设了36学时的物理演示实验拓展课，课程内容具有高度的开放性和发散性。

(4) 全开放式教学

这种教学模式对学生没有考核要求，学生自愿在预约时间进入演示实验室参观或实验，他们都是真正感兴趣、想探索物理世界的学生，学生和教师可以进行更深入的交流。全开放性的教学模式对学校的软硬件设施要求都较高，要求有专门的实验教师、实验室管理团队进行日常维护，只有少部分有实力的学校，如建设了省级科普基地的院校能够采用这种模式。

各校实验展示的形式多样，除了传统的实物演示，动画、视频和专题网站等，基于多媒体和互联网技术的演示实验展示形式也为越来越多的高校所使用。

4 结语

当前，在物理演示实验建设方面，重点高校的实力要明显高于非重点高校，东部地区的高校要明显领先于中西部地区。教育行政部门和高校普遍认识到演示实验的重要性和对教学的促进作用，大力建设物理演示实验室，南开大学、天津科技大学、天津师范大学等都在积极开展演示实验室的充实建设工作，并逐步进入正常运行，在具体的教学模式上各学校也能结合自身特点采取不同的方式，希望有志之士都积极参与到物理演示实验教学的研究中来，努力提高大学物理教学质量。