大學物理演示實驗教學改革論文

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　　【摘要】物理演示實驗教學作為物理實驗教學中的重要一環(huán)，通過對具體物理現(xiàn)象的展示，不僅有助于學生理解和掌握物理理論知識，而且還對于激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生觀察能力、思維能力、創(chuàng)新能力、探索精神起著重要作用。本文介紹了華北理工大學物理實驗中心大學物理演示實驗課程建設(shè)過程中開展的工作，包括演示實驗進課堂、開展探究性學習的教學模式、構(gòu)建大學生科技創(chuàng)新實驗室等，籍此全面培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神和綜合實踐能力。

　　【關(guān)鍵詞】演示實驗；物理實驗；實驗室建設(shè)

　　物理學是一門實驗科學。所有物理定律的形成和發(fā)展都是建立在對客觀自然現(xiàn)象的觀察和研究的基礎(chǔ)上，物理演示實驗可以使學生加深對物理教學內(nèi)容的理解、鞏固記憶、激發(fā)興趣、誘導思考、糾正錯誤觀念，能使學生真實感地看到支配物理現(xiàn)象的規(guī)律如何起作用，通過對實驗現(xiàn)象的觀察分析，學習物理實驗知識，從理論和實踐的結(jié)合上加深對物理學原理的理解，進一步提高學生綜合素質(zhì)與創(chuàng)新能力與科學素養(yǎng)。華北理工大學物理實驗中心作為河北省省級實驗教學示范中心，一直在努力探索建立以工科為主、適用于各類別學生、具備創(chuàng)新和開拓特色的人才綜合培養(yǎng)新體系。2012年12月，物理實驗中心順利通過省級實驗教學示范中心驗收。在此期間，物理實驗中心通過一系列理論研究與實踐探索，在大學物理實驗課程在現(xiàn)有的三大平臺：基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計性實驗基礎(chǔ)上，將大學物理實驗課程進行模塊化。將“基礎(chǔ)實驗”作為“通用模塊”，全體學生必修；將綜合實驗、設(shè)計性實驗針對不同專業(yè)培養(yǎng)計劃，細化成相應(yīng)的“專業(yè)模塊”，不同專業(yè)的學生可在相應(yīng)的“專業(yè)模塊”內(nèi)根據(jù)自己的學習興趣自主決定選修內(nèi)容。初步形成了“大學物理模塊化”的課程體系。同時為配合開放式實驗教學模式，依托校園網(wǎng)建立了物理實驗中心網(wǎng)站，可實現(xiàn)網(wǎng)上選課、網(wǎng)上預約、瀏覽電子教案及典型教學案例、在線預習及模擬實驗。在省級實驗教學示范中心建設(shè)過程中，在學校的重視以及教務(wù)處等各部門的大力支持下，物理實驗教學中心成功建設(shè)了3間演示物理實驗室，教學內(nèi)容涉及力學、熱學、電學、光學、近代物理各個物理學分支的，開設(shè)60多項演示實驗項目。在為大學物理課程提供教學輔助的同時，每學年面向全校理、工、文、法學院各專業(yè)學生開設(shè)物理實驗欣賞公共選修課程供學生選修。近年來，從大學物理演示實驗教學的培養(yǎng)目標出發(fā)，結(jié)合我校教學實際對如何培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、探索精神和實踐能力等方面對大學物理演示實驗教學體系進行了如下探索性改革工作。

　　1演示實驗課程緊密結(jié)合理論課程教學

　　物理課程教學是離不開實驗課程教學的，而演示實驗做為實驗教學中的重要一環(huán)，既能增強學生對物理知識、物理現(xiàn)象的感性認識，又能培養(yǎng)學生的觀察能力、思維能力和邏輯分析能力，因此，物理演示實驗的教學在物理學課程的教學中有著非常重要的作用。首先，通過物理演示實驗的教學方式，原本枯燥、抽象的物理概念和公式，經(jīng)過一個動態(tài)的物理過程，變得生動、具體。其次，我們嘗試改變傳統(tǒng)的由教師演示、學生觀看的課堂教學模式，在教學過程中引入啟發(fā)式教學模式，增強與學生的互動，不僅可以大大調(diào)動了學生參與課程的積極性，而且還可讓學生在思考的過程中領(lǐng)略物理學思維方法的魅力，培養(yǎng)嚴謹求實的科學態(tài)度與精神。最后，在課堂演示教學后，我們往往將相關(guān)知識點進行拓展，廣泛與生活與實際應(yīng)用相聯(lián)系，啟發(fā)學生思考相關(guān)物理現(xiàn)象對科學技術(shù)以及人類社會進步的影響與作用，從而起到良好的教書育人效果。在課堂教學過程中，我們將一些比較便攜的實驗設(shè)備直接帶入課堂，直觀的演示給學生們觀看，如我們針對角動量守恒這一知識點，將角動量守恒演示儀帶入課堂演示給學生觀看；針對單縫、光柵衍射等比較抽象的知識點，直接將半導體激光器以及單縫、雙逢、光柵片代入課堂，在課堂講授相關(guān)知識點的同時，直觀演示給學生觀看。對于體積較大，結(jié)構(gòu)比較復雜，不便于運輸?shù)膶嶒烅椖浚�我們采取了錄像給學生觀看的方式，如針對波動中駐波的氣體火焰柱演示，針對磁學中超導的超導小火車演示，我們在課堂教學中都在講授相關(guān)知識點的同時，同步播放視頻錄像給學生觀看，使得知識點更加形象具體，學生學習興趣濃厚，教學效果良好。此外，為了給學生自學提供方便，打破課堂教學時間、空間的限制，我們將演示實驗項目的視頻開放提供在物理實驗中心網(wǎng)站上，全校學生可自由觀看，隨時隨地對自己感興趣的內(nèi)容進行自學。

　　2開展演示實驗探究性學習

　　我們將大學物理演示實驗分為驗證性實驗和探究性實驗兩大類。驗證性實驗是對一些物理定律的直觀展示，而探究性實驗則包含更廣泛的物理原理與更多值得討論的物理內(nèi)涵。相對與驗證性實驗，其更能使學生通過演示物理實驗課程的學習而得到思維方法與創(chuàng)新能力層面的鍛煉，也更有利于培養(yǎng)學生的科研能力，為學生向更高層次邁進打下良好基礎(chǔ)。在每學期我們安排有興趣的學生走進演示實驗室，觀看相關(guān)理論課程的實驗演示。此外，在演示實驗課程教學中，教師精心地為每個實驗設(shè)計了探究性思考題，鼓勵學生參與動手實踐，引導學生通過查閱資料、理論探究、實驗探究、改進性探究、拓展性探究和應(yīng)用性探究等多方面開展實驗的科學探究。實驗室全天開放，相關(guān)實驗室均配備專職實驗教師，可以對學生感興趣的實驗的提供深入的指導。在開展探究性學習的過程中，我們廣泛鼓勵學生自由結(jié)組，以校級、省級大學生創(chuàng)新實驗項目為依托，對自己感興趣的問題，自主選題，在有教師指導下自由申報創(chuàng)新項目，開展相關(guān)課題研究工作。如針對電磁感應(yīng)現(xiàn)象，學生在觀看了相關(guān)演示實驗后，提出能不能將電磁感應(yīng)的原理用于為鼠標提供電能，在教師的鼓勵下，幾名學生組成研究團隊，申報了校級創(chuàng)新實驗項目，并成功獲得資助，此后通過查閱資料，設(shè)計方案，反復試驗等環(huán)節(jié)，成功設(shè)計完成了自供電鼠標原型，相關(guān)項目也順利通過驗收結(jié)題。學生們在完成研究工作后，反映通過對課題的系統(tǒng)研究，全面鍛煉了自己的動手能力、創(chuàng)新能力，為自己進一步發(fā)展，向更高層次邁進打下了基礎(chǔ)。再如，學生觀看了傅科擺的演示后，提出能不能將太陽能供電與傅科擺演示相結(jié)合，做成太陽能驅(qū)動的環(huán)保演示實驗，在教師的幫助支持下，相關(guān)幾個學生組成的研究團隊也成功申報了校級創(chuàng)新實驗項目。

　　3構(gòu)建大學生科技創(chuàng)新實驗室

　　在教學改革中，我們構(gòu)建大學生科技創(chuàng)新實驗室，在整合物理實驗室現(xiàn)有多余的實驗儀器或舊儀器，收集舊設(shè)備、舊散件、舊材料的基礎(chǔ)上，添置多功能溫控焊臺、教學實踐用組合電動工具等，結(jié)合學校每年舉辦的創(chuàng)新設(shè)計大賽，建設(shè)創(chuàng)新實踐基地，面向全校學生開展創(chuàng)新競賽，對富有創(chuàng)新性的項目給予軟硬件支持。學生可以自行安排時間到創(chuàng)新實驗室進行創(chuàng)新實踐并有實驗室教師給予針對性的指導，好的獲獎作品針對性的予以陳列展示，啟發(fā)學生的思維，結(jié)合我校現(xiàn)有3個演示實驗室和現(xiàn)有實驗室，逐步建立科技演示室、創(chuàng)新實驗室、作品展示陳列室等。最大限度發(fā)揮基地為學生提供充分發(fā)揮潛力和創(chuàng)造力的平臺的作用。促進學生學習的積極性，也培養(yǎng)學生的科研能力和合作精神。學生參與創(chuàng)新活動，推動和促進基地的建設(shè)和發(fā)展。實施過程中師生合作共同參與項目研究的全過程，創(chuàng)建“項目探究式學習”模式。同時采用“學生負責制”的方式進行“，學生負責制”是指學生自己負責提出項目的研究內(nèi)容與實施方案，然后由教師組織學生討論，論證實驗項目的可行性。如項目可行，學生及自己組成的研究團隊將主導整個研究過程。在實踐過程中，我們的指導教師在學生的創(chuàng)新項目中擇優(yōu)進行推薦，成功申報立項全國大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目一項、河北省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目一項、校級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目十余項。

　　4引入啟發(fā)式教學模式

　　面對不同專業(yè)、不同學科層次組成的學生，物理實驗欣賞課程中我們引入了啟發(fā)式教學模式。傳統(tǒng)的演示實驗課程往往是通過教師機械的操作實驗儀器，講解實驗原理，學生被動接受知識的過程來完成的。而我們所采取的啟發(fā)式教學模式，首先由教師帶領(lǐng)學生觀察實驗儀器，分析儀器設(shè)備構(gòu)造，這使得對于機器設(shè)備沒有相關(guān)操作經(jīng)驗和基礎(chǔ)的文科類學生也能了解一些基本的儀器設(shè)備知識，為進一步自己動手操作演示實驗設(shè)備打下基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上由教師提出問題，學生們動手操作演示實驗儀器觀察實驗現(xiàn)象，在師生互動討論過程中總結(jié)實驗現(xiàn)象，分析其中物理機制。通過演示實驗課的教學實踐與不斷改進，不僅提高了學生的動手能力，培養(yǎng)了學生的參與意識，增強主觀能動性，而且讓學生能自主發(fā)揮想象力，不受實驗教材中條條框框的限制，真正實現(xiàn)了理論聯(lián)系實際。開課以來，學生興趣濃厚，經(jīng)常是下課后還在實驗室流連忘返，不是在觀看實驗演示，就是在探討實驗中的現(xiàn)象，或者思考在實踐中的應(yīng)用。他們普遍反映，演示實驗儀器種類多、內(nèi)容新，既有古老的經(jīng)典演示實驗，又有新的融合多種現(xiàn)代科學技術(shù)的演示實驗，通過演示實驗課的學習，大學物理的理論知識不再那么抽象、枯燥、平淡難懂了，變得直觀、生動、有趣，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力有很大的幫助，且與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密。

　　5結(jié)語

　　總之，通過演示實驗進課堂，開放大學物理演示實驗室，構(gòu)建創(chuàng)新實驗室的手段，實現(xiàn)理論與實驗課程的精確銜接，我們探索構(gòu)建了一套具有工科院校學科特色的課程體系。籍此培養(yǎng)學生主動學習精神，分析問題、解決問題能力，加強學生創(chuàng)新思維能力，鍛煉學生社會實踐能力，提高學生的社會核心競爭力。對通識教育體系下創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)具有重要意義，并可為其他基礎(chǔ)學科與專業(yè)課程教學改革提供相關(guān)經(jīng)驗與參考，探索出一條適合工科為基礎(chǔ)的綜合性大學基礎(chǔ)課程體系改革之路。

　　作者:薄惠豐 魏 環(huán) 張占新 王鳳鳴 胡鴻奎 單位:華北理工大學理學院

　　【參考文獻】

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