关于科学实验节目丰富大学物理演示实验资源的实践研究*

【摘" 要】 文章针对中央台大型科学实验节目《加油！向未来》中的科学实验视频，提出了将其遴选与编辑为大学物理演示实验资源的设想。通过选取典型的科学实验视频，讨论将物理问题嵌入其中的方法，极大地丰富了大学物理演示实验的教学资源。课前预习与课堂应用的实际效果表明，这些经过精心遴选的科学实验视频能够有效激发学生的探究兴趣，促使学生更快地融入讨论情境，进而提升了学生运用物理知识解释日常物理现象的能力。

【关键词】 《加油！向未来》；科学实验视频；演示实验；实验资源

一、研究背景

在大众化教育的浪潮中，越来越多的物理教育工作者深刻认识到，利用现代教育技术来提升学生学习大学物理的积极性至关重要，并为此开展了一系列深入研究。物理教学与实验紧密相连，因此，运用现代教育技术来优化大学物理的演示与分组实验非常重要。然而，部分演示与分组实验因费用高昂、危险性大及可视性不佳，难以在普通大学的实验室中顺利开展，这凸显了制作高质量实验视频资源的必要性。

近年来，中央台凭借其资金、团队和制作技术的优势打造实验视频，成功降低了实验风险，提升了实验的可视性，并推出了备受瞩目的大型科学实验节目《加油！向未来》。该节目以综艺为形式，以科学为内核，其中不乏与大学物理紧密相关的节目或片段，如“中国穿甲弹（动能定理应用）”“随“蛟龙号”下潜的牙膏（展示液体的不可压缩性）”以及“歼-10与张培萌赛跑（探讨变加速运动）”等。在著名主持人的精彩引领下，《加油！向未来》自播出以来，不仅取得了显著的社会效应，还向大众普及了科学知识，激发了人们对科学的浓厚兴趣。

展望未来，随着人工智能等新科技的不断进步，《加油！向未来》等科学实验节目将继续发挥其引领作用，为我国科学普及事业贡献更多力量。同时，这些节目的推出也圆了大学物理教师因条件限制无法亲自完成某些实验的梦想。如果深入分析该节目中的资源，精心筛选出与大学物理教学内容密切相关的物理实验，并将其应用于课堂和分组实验中，无疑将极大地激发学生的学习兴趣。这种做法不仅能使大学物理课堂与科技、生活紧密相连，使课堂教学形式更加丰富多彩，还能给学生留下更为深刻的印象，帮助他们更好地理解相关物理知识点。在中学教育领域，已有一些教师尝试借助《加油！向未来》中的资源来改进物理教学，并取得了显著成效。然而，目前大学物理教学领域中，甚少有教师采用类似方式来优化大学物理教学。

因此，本研究以现代教育教学理论为指导，针对独立学院学生的中学物理基础和心理特点，深入研究中央台大型科学实验节目《加油！向未来》等影视资源中与大学物理密切相关的节目或片段，旨在科学地将这些资源应用于大学物理的课前预习、课堂教学和课后探究中，并在相关视频中嵌入基于这些大型实验的大学物理习题和思考题。通过这种方式，学生将带着问题去“研究”相关电视节目或片段，而非仅仅作为旁观者。此举不仅丰富了大学物理演示实验资源，还激发了学生学习和探究大学物理的兴趣，培养了他们自主学习和终身学习的习惯，实现了课内课外、线上和线下学习的相互促进。

二、独立学院学生的物理基础与心理特点分析

独立学院学生的数学和物理入学平均成绩，相较于大多数公办本科院校的学生，确实存在一定的差距。这种差距导致部分学生因未能进入自己心仪的大学而产生自卑心理，进而在大学学习过程中缺乏自信。此外，独立学院的部分学生在中学阶段对物理和数学的学习往往缺乏足够的兴趣，他们对待物理概念和规律的学习态度较为敷衍，浅尝辄止，缺乏主动探索物理现象和规律的好奇心和内在驱动力。

因此，当这些学生面对数学和逻辑思维能力要求更高的大学物理学习时，他们很容易感到困难和挫败，这无疑会进一步削弱他们学习大学物理的兴趣和动力。针对独立学院学生的物理基础和心理特点，大学物理的教学资源建设应当积极寻求创新。具体而言，可以借助科学实验节目来丰富演示实验资源。这些节目中的优秀主持艺术和竞争性的互动体验设计，能够极大地提高大学物理教学的趣味性、互动性和竞争性。通过给予学生更强烈的视觉和听觉刺激，可以有效地激发他们的学习兴趣和动力，从而提高大学物理的教学质量。

三、实验视频遴选、编辑及问题嵌入的原则与方法

（一）视频遴选与编辑的原则

深入分析《加油！向未来》吸引年轻人的因素，不难发现，除了主持艺术外，节目中那些出人意料的实验结果也是一大亮点。例如，黄瓜排斥磁铁的实验，其结果超出了常人的思维范畴，且实验设计精巧，可视性强。同时，一些震撼的实验场面，如“短跑运动员与歼-10”的赛跑，也能有效激发学生的参与意识。基于这些特点，教师在筛选视频时，应优先选择与大学物理教学内容联系密切、趣味性强、在实验室难以完成且蕴含丰富物理知识的节目或片段。

以“甜咸大战”为例，该节目不仅包含了尖端放电、静电屏蔽、物质的导电性、高压的获得等物理知识，而且知识密集度高、场面震撼、危险性大，普通实验室难以实现，因此成为首选。再如“中国穿甲弹”，不仅蕴含着动能定理等知识，还通过高速摄影与慢放技术，清晰展示了“穿甲”过程，可视性强。另外，“90秒大战钕铁硼”的实验结果同样出人意料，且涉及退磁测量问题，有助于培养学生的工程意识，这类视频也应被选入。

（二）物理问题嵌入的方法

尽管《加油！向未来》等节目中已有专家的解释，但由于受众广泛，难以完全贴合大学和中学物理教学场景。因此，教师可以结合大学物理教学内容和节目情景，编制相关问题和试题，并借助学习通等平台制作视频实验资源包。这样，学生在观看视频时，就能带着问题去思考，而非仅仅看热闹。

目前，在剪切的视频中主要嵌入了两类问题和习题。第一类是定性思考题，要求学生说明实验所蕴含的物理知识及其原理。以“90秒大战钕铁硼”为例，要求学生说明铁磁质的磁化机制以及存在居里温度的原因。第二类是定量计算题，要求学生从网上自主搜索相关实验数据进行分析。例如，在观看“歼-10与张培萌赛跑”后，学生需搜索“歼-10”和张培萌的数据进行定量分段分析；而观看“中国穿甲弹”后，学生则可以根据中国穿甲弹的发射数据，计算穿甲弹能穿过的钢板块数。以此，教师可以在制作的短视频中巧妙地嵌入相应的问题和习题。

四、典型实验视频的遴选、编辑与问题嵌入案例

（一）中国穿甲弹视频案例

该视频在室外实景场地精心拍摄，借助高速摄影技术，通过慢放镜头生动展现了中国穿甲弹穿透10层钢板的震撼瞬间，充分彰显了动能武器的强大威力。在被学生深深震撼之后，应适时嵌入两道习题以加深理解：

问题1：如穿甲弹速度为v0时刚好穿过10块钢板，求刚穿过第一块钢板时的速度v1？解答此题需要学生对穿透过程进行合理简化，假设钢板的阻力与穿甲弹的速度无关。在此基础上，通过对动能减少量等于克服钢板阻力所做的功进行计算（设一块钢板厚度为d），可以求出穿过第一块钢板时的速度v1。

问题2：如果阻力随速度线性减小，那么穿过第一块钢板时的速度会变大还是变小？对这个问题的分析可以进一步提升学生运用积分方法解决物理问题的能力。

（二）落塔实验视频案例

落塔实验视频展示了羽毛与铁球在真空环境下的下落情况：在一个高高的亚克力管内抽成真空，里面用电磁铁夹着铁球和羽毛，研究两者在被释放时哪个下落得更快。虽然中学生们都听说过比萨斜塔实验，也似乎理解了伽利略的解释，但要真正做好这个实验并不容易，因为一般实验室并没有这样的实验装置。通过观看《加油！向未来》中的“落塔实验”视频，可以从实验设计的角度嵌入以下问题，帮助学生深入理解这一实验的精妙之处：

问题1：为什么选择亚克力而不是玻璃来制作落塔？亚克力管透明度高，便于从外部观察内部物体的运动情况。同时，为了准确区分物体可能的先后落地现象，亚克力管必须具备足够的高度和强度。否则，落塔可能会因大气压力而损坏，且难以仔细观察实验结果。而亚克力的强度比玻璃大10倍左右，完全能够满足实验要求。

问题2：在释放物体时，如果一个物体发生转动，它们还会同时落地吗？在实验中，物体的释放方法至关重要。由于两个物体都不是严格意义上的“质点”，释放时可能会导致物体下落过程中伴随转动。这就需要学生思考转动对下落速度的影响。因为转动会产生动能，从而减少下落的平动动能和下落速度，可能导致物体先后落地。这说明即使是简单的演示实验，也需要精心设计才能确保实验成功。

五、实验视频资源对学生能力提升的作用分析

借助科学实验节目，可以极大地丰富演示实验资源。在课堂中播放这些经过精心剪辑，并嵌入了相关问题的短视频，不仅能够提升学生的逻辑思维能力，还能让他们有身临其境的感觉。以伽利略的“落塔实验”为例，虽然所有学生都知道他用逻辑推翻了“重物落得更快”的物理教条，也听说过传说中的“斜塔实验”，但真正见过“落塔实验”的学生却寥寥无几，有些学生期待能在教室里进行实验验证。而通过观看剪辑并加入问题的视频，学生们不仅能目睹真正的“自由落体”运动，感受铁球和羽毛同时落地的震撼，还能深刻体会到设计这一实验的不易。

此外，一些经过编辑的视频还能提升学生解决复杂问题的能力。以“甜咸大战”为例，该视频涉及特斯拉线圈、静电屏蔽、尖端放电和材料导电性等多方面的知识，综合性极强。要理解这些内容，学生需要知道特斯拉线圈如何产生高压、如何实现静电屏蔽、尖端放电的原理、金属导体的结构以及电器为何需要接地等知识。通过观看和分析这样的视频，学生的综合性问题解决能力将得到提升，课程教学的研究性也会得到加强。

将《加油！向未来》等科学实验节目的影视资源片段融入物理教学，是一种基于项目和案例的教学方法。这种方法可以激发学生的学习兴趣。在课前，学生可以通过课程网站等平台观赏和分析相关节目或片段。节目的竞争性和趣味性会激发学生的探究愿望。他们会查阅教材中的相关内容，初步了解大型实验背后的物理原理，并通过课程网站和授课群的讨论区提出自己的疑惑和问题，从而达到课前高质量预习的目的。任课教师则可以针对学生提出的疑惑和问题，精选节目中的片段，与学生一起深入剖析大型实验中包含的与教学内容高度契合的物理理论和规律。由于部分学生可能已经进行了高质量的预习，甚至通过网络和教材对教学内容进行了深度研究，因此在课堂上，可能会出现少数几位几乎可以与任课教师匹敌的实验研究“专家”，这无疑会提高课堂讨论的研究性。

以视频“90秒大战钕铁硼磁铁”为例，要看懂这段视频，学生需要了解退磁的原理。这就要求他们在课前了解强磁性材料、磁化机制和退磁方法，并研究钕铁硼的分子结构对磁性的影响。只有这样，他们才能理解哪种方法可以实现退磁的目的，从而提升研究能力。

六、结语

依据既定的遴选与编辑原则，教研组对精选视频进行了细致的剪辑与编辑，并融入了相关的物理问题及习题。此举旨在增强学生的逻辑思维能力，提升他们解决复杂及综合问题的能力，同时丰富课堂教学的研究性。这些优化后的视频已在南通大学杏林学院的物理教学中，进行了初步尝试，效果显著。然而，目前仅制作并剪辑了少量视频，未来仍有大量视频资源有待挖掘与运用。同时，针对已嵌入问题的视频，教研组仍需不断精进，以追求更佳的教学效果。

为便于教师与学生使用，计划借助学习通、课堂派等现有教学平台，制作更为实用的课件。在具体实施上，可以在课前精心挑选并剪辑相关内容，随后通过微信群或课程网站提前发送给学生，供其自主预习。这样，在课堂讨论时，学生能更深入地探究问题，从而进一步提升课堂教学的研究性，最终实现高效课堂的愿景。

参考文献：

［1］ 于秀玲，樊娟娟，尤明慧，等. “互联网+大学物理”教学模式探索研究［J］. 教育现代化，2019，6（85）：274-275+284.

［2］ 张小娟，张宁，鄢泽林，等. 独立学院大学物理教学的改进措施研究［J］. 广西物理，2012，33（02）：52-54.

［3］ 王婷. 节目《加油！向未来》中教学资源的开发［J］. 理科爱好者：教育教学，2020（03）：247-248.

［4］ 王飞，蔡丽芬. 《加油！向未来》节目中实验探究课程的开发：以“摩擦找重心实验”为例［J］. 湖南中学物理，2020，35（03）：65-66.