丁云

（苏州大学文正学院光电与能源工程系，江苏苏州 215104）

大学物理是理工科专业的重要基础课程，肩负理工科人才的科学思维、科学方法、工程问题解决等能力培养任务。从物理思维的特征来看，就“物”论“理”，“物”中有“理”，即“物”想“理”，喻“理”用“物”是物理思维的基本特征[1]。在实践教学中，讲授法是最常用的方法之一，但是许多物理知识抽象、难懂，单纯地将概念、原理平铺直叙地讲授给学生，容易造成学生学习上的兴趣丧失。因此，除了讲授法之外，教师还可以辅以其他教学方法，演示实验法就是高效可行的一种教学手段。物理有别于其他学科的一个重要特点是物理是一门实验科学，大部分的物理规律都是在实验的基础上总结而来的，实验—理论—实验是物理学发展的基本模式。因此，实验是物理教学必不可少的一部分，在大学物理教学中引入演示实验也变得尤为重要。

虽然在相关理工科专业的培养计划中，通常会单独开设大学物理实验课程，但是和教学相关的演示实验和一些传统的大学物理实验侧重点有很大的区别，前者重在引入知识点，引导学生如何探究物理基本规律和方法；后者重在培养学生的实验技能。在大学物理基础内容的讲授方面，教师在课堂上直接向学生展示与教学内容相关的示范性实验，一方面使艰涩难懂的物理知识变得直观生动，为理论内容的讲解提供了有力证明；另一方面也激发了学生的好奇心和学习兴趣，培养学生独立思考、勇于实践、敢于创新的科学精神，形成科学的态度和价值观，这对于理工科的学习是至关重要的。因此，演示实验，特别一些和日常生活紧密联系的演示实验，能够较好地提高教学效果。该文基于一堂《劈尖干涉》公开课，探讨了演示实验对大学物理教学的重要性以及改进演示实验对大学物理教学效果的几点建议。

1 演示实验对大学物理教学的重要性

1.1 演示生活中的现象，激发学生的学习兴趣

物理学对大部分学生来说，概念、规律以及原理十分抽象，而直观的物理现象在生活中无处不在。因此，在教学过程中引入来源于生活的实验现象，引导学生利用所学知识对物理现象进行分析，将抽象的物理理论形象化，使学生感受到学有所用，能够激发学生的学习兴趣，这也是演示实验的设计目的。

例如，在《劈尖干涉》公开课的教学设计中，笔者使用了肥皂膜干涉实验作为新课引入环节，采用了自制的金属圈为实验教具，课堂上让学生自己用金属圈制作一个肥皂膜，观察肥皂膜的白光干涉现象，效果良好。学生直观地观察到了肥皂膜干涉的彩色条纹，首先对本章所阐述的光的干涉知识点有了巩固的效果，其次对该节课所讲授的劈尖干涉现象有了直观的印象。演示实验来源于日常生活，这样使学生从身边的生活现象，进一步理解物理知识，掌握物理知识，提高了学生的学习兴趣。

1.2 验证所学知识，拓展学生思维

在演示实验的过程中通过教师的诱导、启迪，指导学生透过表面现象把握事物本质，可以培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力以及科研创新能力。大学物理演示实验要努力培养学生的创新意识和创新能力，这是目前各高校物理教学改革的一个主要内容[2]。物理规律的探索和发现离不开科学实验，在教学过程中教师往往着重于举例论证或者数学推导，强调规律的应用而忽略了对物理规律探索过程的教学，因此必须辅以直观的演示实验，展现物理规律的探索过程，才是真正的科学精神的传授。例如，通常在双缝干涉的教学过程中，双缝干涉规律的讲授是通过数学推导完成的，要求学生掌握双缝干涉的特点，学会分析明暗条纹的位置。而在实际教学过程中，笔者使用了文正学院创新实验小组的学生在教师的指导下设计制作的“可移动光学演示仪”，向学生展示了双缝干涉和迈克尔逊干涉仪的实验现象。学生首先观察双缝干涉实验现象，对双缝干涉条纹就清晰直观的感受，再进行理论的分析推导，将实验现象量化为物理规律；而在《劈尖干涉》的教学中，再一次演示双缝干涉实验，学生巩固了既有知识点的同时，也主动提出问题：实际的双缝干涉条纹虽然明暗相间，但是各级明条纹光强显然不是相等的，并且出现了明条纹的“缺失”现象。这些问题的提出为下一章节光的衍射的讲授埋下了伏笔。

另外，在该节课的最后，再次向学生演示肥皂膜实验，学生会发现实际的肥皂膜干涉与课本上介绍的劈尖干涉的条纹等间距这一特点并不完全吻合，通过启发式教学，引导学生思考“演示的肥皂膜干涉的条纹为什么出现上宽下窄的现象”“为什么条纹从金属圈的中间部分才开始出现”等问题。因此，演示实验让学生亲身体验了科学的探究过程，既可以帮助学生验证物理规律的正确性、巩固所学知识，也引导和开发了学生的思维能力，锻炼学生的综合分析能力，强化了物理教学目的。

1.3 失败的演示实验是科学精神的传授

首先演示实验都是教师精心设计的教学环节的一部分，实验用具和实验操作上必须提前准备，确保实验的顺利开展，然而实验失败也是有可能会发生的。所谓“成也物理败也物理”，教师在教学过程中要允许出错不怕出错。实验失败了可以引导学生对实验失败的原因进行探究，找出失败的原因并提出解决的方法，同样可以培养学生的探索精神和分析问题的能力。探索实验失败的原因也体现了科学精神。

2 改进演示实验对大学物理教学效果的几点建议

2.1 提高学生参与度，激发学生兴趣

演示实验要求简单易做，演示给学生看的同时也可以让学生照着演示自己动手做，激发学生的动手积极性和学习兴趣。课堂演示实验仪器除了购买成品仪器，还可以根据实际需要使用生活中常见的随手可得的材料制作。例如，肥皂膜干涉实验，学生课前拿到了笔者预先准备的小号金属圈，在课堂演示实验环节中就可以自己动手做一个肥皂膜来观察现象，这样学生的学习积极性和主动性更高。学生会因为自己参与到教学实践当中而产生成就感，进一步激发他们的好奇心和求知欲。

此外，演示实验的仪器可以根据实验特点组织学生开展演示实验仪器的开发和制作。例如，该校物理创新实验小组通过学院投资、教师指导、学生组队研发的“可移动光学演示仪”，该平台可以展示光的干涉、衍射、偏振等涉及光的波动性的所有演示实验，为大学物理光学教学丰富了实验仪器的同时，还培养了学生的实践动手能力。

2.2 实验现象鲜明，可见度高

演示实验面向全体学生，应该做到每个学生都能够清晰地看到实验现象，因此演示实验的各个细节都要提前进行确认。然而在我国大学物理教学中，建立专用的大学物理演示实验教室的学校并没有很多，演示实验直接在理论课堂中随堂进行的情况比较常见。如果出现无法顾及整个班级同学观察现象的，可以考虑采取提前录制实验的方法，在课堂演示的同时，利用教室多媒体进行同步播放，保证所有同学都能观察到演示实验的现象和结果。

2.3 实验过程中注意引导学生思考

科学发现根植于探究与讨论，因此课堂上结合一些与教学内容密切相关物理演示实验，开展启发式、研讨式等教学活动，可为大学物理理论课教学注入新的活力[3]。学生观察演示实验，往往被实验装置和新奇的实验现象吸引而忽略了其物理本质。教师在演示实验过程中要时刻注意引导学生观察现象，提示学生注意看什么、怎么看。这个过程就要求教师在课前精心设计提问内容和方法，引导学生将具体的现象与抽象的知识有机结合起来，认真观察，积极思考并做好相应的实验记录。例如，肥皂膜干涉实验中，笔者为学生准备了下面几个问题：（1）你看到了什么现象？（2）你看到了什么颜色的条纹？（3）这些颜色是怎么分布的？ 然后引导学生记录观察到的条纹现象，再开始新课《劈尖干涉》的教学。教师一边演示一边提问，既可以集中学生的注意力，还可以培养学生的思维能力，锻炼学生的综合分析能力，强化教学目的。

2.4 成立演示实验室，建立演示实验网络教学平台

建立专门的演示实验室可以使一些前沿的或者携带移动不便的演示实验仪器有用武之地，同时建立演示实验网络教学平台可以作为一种教学资源，方便学生随时查阅和学习。此外，有了专门的演示实验室，对于趣味性较强的演示实验，不仅仅是理工科学生，文科生也可以通过开设趣味物理等选修课的形式，学习到一些与日常生活密切相关的物理知识，感受物理学的思维方法，提高学生的综合素养。

3 结语

物理学是实验科学，物理教学应当以培养学生的发现问题、解决问题的能力，提高大学生科学素质为最终目标，教师应该充分认识演示实验教学在物理教学中的重要作用。精心设计的演示实验，既丰富了教学内容，改进了教学手段，还提高了教学质量。在大学物理教学中引入演示实验，将抽象、艰涩的物理知识概念、规律、原理清晰、直观地展示给学生，能够提高学生学习兴趣，帮助学生加强物理规律理解，培养学生的独立思考、勇于实践、敢于创新的科学精神，提高实践教学效果。