【摘要】物理演示實驗教學作為物理實驗教學中的重要一環，通過對具體物理現象的展示，不僅有助於學生理解和掌握物理理論知識，而且還對於激發學生學習興趣，培養學生觀察能力、思維能力、創新能力、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、構建大學生科技創新實驗室等，籍此全面培養學生創新精神和綜合實踐能力。
【關鍵詞】演示實驗；物理實驗；實驗室建設
物理學是一門實驗科學。所有物理定律的形成和發展都是建立在對客觀自然現象的觀察和研究的基礎上，物理演示實驗可以使學生加深對物理教學內容的理解、鞏固記憶、激發興趣、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象的規律如何起作用，通過對實驗現象的觀察分析，學習物理實驗知識，從理論和實踐的結合上加深對物理學原理的理解，進一步提高學生綜合素質與創新能力與科學素養。華北理工大學物理實驗中心作為河北省省級實驗教學示範中心，一直在努力探索建立以工科為主、適用於各類別學生、具備創新和開拓特色的人才綜合培養新體系。2012年12月，物理實驗中心順利通過省級實驗教學示範中心驗收。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有的三大平臺：基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗基礎上，將大學物理實驗課程進行模組化。將“基礎實驗”作為“通用模組”，全體學生必修；將綜合實驗、設計性實驗針對不同專業培養計劃，細化成相應的“專業模組”，不同專業的學生可在相應的“專業模組”內根據自己的學習興趣自主決定選修內容。初步形成了“大學物理模組化”的課程體系。同時為配合開放式實驗教學模式，依託校園網建立了物理實驗中心網站，可實現網上選課、網上預約、瀏覽電子教案及典型教學案例、線上預習及模擬實驗。在省級實驗教學示範中心建設過程中，在學校的重視以及教務處等各部門的大力支援下，物理實驗教學中心成功建設了3間演示物理實驗室，教學內容涉及力學、熱學、電學、光學、近代物理各個物理學分支的，開設60多項演示實驗專案。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、法學院各專業學生開設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目標出發，結合我校教學實際對如何培養學生的創新思維、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，既能增強學生對物理知識、物理現象的感性認識，又能培養學生的觀察能力、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，經過一個動態的物理過程，變得生動、具體。其次，我們嘗試改變傳統的由教師演示、學生觀看的課堂教學模式，在教學過程中引入啟發式教學模式，增強與學生的互動，不僅可以大大調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略物理學思維方法的魅力，培養嚴謹求實的科學態度與精神。最後，在課堂演示教學後，我們往往將相關知識點進行拓展，廣泛與生活與實際應用相聯絡，啟發學生思考相關物理現象對科學技術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裝置直接帶入課堂，直觀的演示給學生們觀看，如我們針對角動量守恆這一知識點，將角動量守恆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，直接將半導體鐳射器以及單縫、雙逢、光柵片代入課堂，在課堂講授相關知識點的同時，直觀演示給學生觀看。對於體積較大，結構比較複雜，不便於運輸的實驗專案，我們採取了錄影給學生觀看的方式，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知識點的同時，同步播放視訊錄影給學生觀看，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，我們將演示實驗專案的視訊開放提供在物理實驗中心網站上，全校學生可自由觀看，隨時隨地對自己感興趣的內容進行自學。
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新能力層面的鍛鍊，也更有利於培養學生的科研能力，為學生向更高層次邁進打下良好基礎。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組，以校級、省級大學生創新實驗專案為依託，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新專案，開展相關課題研究工作。如針對電磁感應現象，學生在觀看了相關演示實驗後，提出能不能將電磁感應的原理用於為滑鼠提供電能，在教師的鼓勵下，幾名學生組成研究團隊，申報了校級創新實驗專案，併成功獲得資助，此後通過查閱資料，設計方案，反覆試驗等環節，成功設計完成了自供電滑鼠原型，相關專案也順利通過驗收結題。學生們在完成研究工作後，反映通過對課題的系統研究，全面鍛鍊了自己的動手能力、創新能力，為自己進一步發展，向更高層次邁進打下了基礎。再如，學生觀看了傅科擺的演示後，提出能不能將太陽能供電與傅科擺演示相結合，做成太陽能驅動的'環保演示實驗，在教師的幫助支援下，相關幾個學生組成的研究團隊也成功申報了校級創新實驗專案。
3構建大學生科技創新實驗室
在教學改革中，我們構建大學生科技創新實驗室，在整合物理實驗室現有多餘的實驗儀器或舊儀器，收集舊裝置、舊散件、舊材料的基礎上，添置多功能溫控焊臺、教學實踐用組合電動工具等，結合學校每年舉辦的創新設計大賽，建設創新實踐基地，面向全校學生開展創新競賽，對富有創新性的專案給予軟硬體支援。學生可以自行安排時間到創新實驗室進行創新實踐並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，啟發學生的思維，結合我校現有3個演示實驗室和現有實驗室，逐步建立科技演示室、創新實驗室、作品展示陳列室等。最大限度發揮基地為學生提供充分發揮潛力和創造力的平臺的作用。促進學生學習的積極性，也培養學生的科研能力和合作精神。學生參與創新活動，推動和促進基地的建設和發展。實施過程中師生合作共同參與專案研究的全過程，建立“專案探究式學習”模式。同時採用“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專案的研究內容與實施方案，然後由教師組織學生討論，論證實驗專案的可行性。如專案可行，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新專案中擇優進行推薦，成功申報立項全國大學生創新創業訓練計劃專案一項、河北省大學生創新創業訓練計劃專案一項、校級大學生創新創業訓練計劃專案十餘項。
4引入啟發式教學模式
面對不同專業、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式教學模式。傳統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。而我們所採取的啟發式教學模式，首先由教師帶領學生觀察實驗儀器，分析儀器裝置構造，這使得對於機器裝置沒有相關操作經驗和基礎的文科類學生也能瞭解一些基本的儀器裝置知識，為進一步自己動手操作演示實驗裝置打下基礎，在此基礎上由教師提出問題，學生們動手操作演示實驗儀器觀察實驗現象，在師生互動討論過程中總結實驗現象，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，培養了學生的參與意識，增強主觀能動性，而且讓學生能自主發揮想象力，不受實驗教材中條條框框的限制，真正實現了理論聯絡實際。開課以來，學生興趣濃厚，經常是下課後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象，或者思考在實踐中的應用。他們普遍反映，演示實驗儀器種類多、內容新，既有古老的經典演示實驗，又有新的融合多種現代科學技術的演示實驗，通過演示實驗課的學習，大學物理的理論知識不再那麼抽象、枯燥、平淡難懂了，變得直觀、生動、有趣，對培養學生的創新能力有很大的幫助，且與現實生活聯絡緊密。
5結語
總之，通過演示實驗進課堂，開放大學物理演示實驗室，構建創新實驗室的手段，實現理論與實驗課程的精確銜接，我們探索構建了一套具有工科院校學科特色的課程體系。籍此培養學生主動學習精神，分析問題、解決問題能力，加強學生創新思維能力，鍛鍊學生社會實踐能力，提高學生的社會核心競爭力。對通識教育體系下創新應用型人才的培養具有重要意義，並可為其他基礎學科與專業課程教學改革提供相關經驗與參考，探索出一條適合工科為基礎的綜合性大學基礎課程體系改革之路。
作者:薄惠豐 魏 環 張佔新 王鳳鳴 胡鴻奎 單位:華北理工大學理學院
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