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關于大學物理演示實驗教學模式的探討與實踐
論文摘要：闡述了大學物理演示實驗在教學中的重要作用，并對目前大學物理演示實驗教學模式的現狀及問題進行了分析，著重地介紹了長沙理工大學針對大學物理演示實驗的教學方式和考核方法所做的探討與實踐。
論文關鍵詞：大學物理；演示實驗；教學模式
物理學是研究物質運動變化的最一般規律和物質結構的自然科學學科，它是以實驗為本的科學，許多新應用技術領域的開拓都源于實驗物理學的重大進展。大學物理演示實驗對豐富多彩的物理現象進行觀察和探究，不僅可以幫助學生理解物理概念，提高學習興趣，而且可以激發學生的探索熱情、培養創新意識。目前，物理演示實驗課程被公認為是一門提高學生綜合科學素質的有效課程。
一、大學物理演示實驗的作用
大學物理演示實驗是教師演示物理現象并同步講解的實驗過程，可以將抽象的物理概念形象化，使物理規律直觀化，它對學生起示范作用，可以激發學生的學習興趣、提高學生的創新意識、開發學生的創造力和科學實驗能力。
1.演示實驗能加深概念和原理的理解
對于一些實際生活中難以見到的物理現象，學生的頭腦中沒有感性材料，只憑老師的語言敘述，學生難以理解。演示實驗可以將很難理解和想象的物理規律多次重復地展現在學生面前，使物理規律得到直接的實驗驗證。
2.演示實驗能激發學生的學習興趣
在物理教學中有很多的抽象概念，如果僅憑教師的講授，學生會感到枯燥無味。演示實驗生動直觀，可以消除學生在學習物理學中因抽象、枯燥而產生的畏難、厭煩的心理，激發學生學習物理學的興趣。
3.演示實驗能拓寬物理學的知識范圍
利用演示實驗中的文字、圖形、圖像、聲音、音頻和動畫，全范圍多視角展示物理現象和原理，這種方式彌補了大學物理教材無色彩無動態的缺陷，使有限的課時容納更多的信息，使講授內容具有真實感、實在感，更直觀形象、生動有趣，也更富于啟發性，從而提高了講授效率和效果，克服了大學物理教學普遍存在的內容多、學時少的不足，同時教學中的演示實驗為培養學生的能力提供一個良好的環境，既培養了學生的能力，又讓學生學到了更多的物理學知識。
二、大學物理演示實驗教學模式現狀及存在的問題分析
目前，全國各高校對大學物理演示實驗的建設都十分重視，做了很多工作。部分著名高校投入了大量的資金進行演示實驗室和演示長廊的建設，供學生觀摩與學習。然而，對于演示實驗的教學模式，很多高校沒有進行準確的評估和適當的改革，導致演示實驗的教學效果不盡如人意，主要表現在以下三個方面。
1.教學目標不明確
教學目標是指教學活動實施的方向和預期達成的結果，是一切教學活動的出發點和最終歸宿。教學目標對于教學活動具有導向功能、調節功能和激勵功能。因此，制定合理的教學目標，是順利開展教學活動以及取得預期教學效果的前提保證。然而，許多高校在演示實驗室的建設方面投入了大量的財力和物力，卻沒有對演示實驗的教學目標進行正確地定位。片面地認為演示實驗只是物理教學的一個輔助形式或者只把演示實驗作為一門選修課程和科普課程，導致演示實驗的積極作用沒有充分地發揮出來。
2.教學方式陳舊，教學班級安排不合理
多數高校的演示實驗授課方式仍然沿襲傳統理論課程的講授方式。在演示實驗課堂上，一般都是由老師先講解實驗內容和實驗步驟，然后進行儀器操作并講述實驗原理。在實驗講解過程中，學生只觀察到實驗現象卻自始至終都沒有參與到其中，無法對演示實驗有更加直觀和深入的理解。由于課堂時間的限制，在實驗講解完畢后，留給學生思考、討論和實際動手操作的時間十分有限，導致教學效果大打折扣。與此同時，在教學班級安排方面，部分高校仍然以自然教學班級為單位進行教學。由于演示實驗儀器數量固定而自然教學班級人數不統一，往往會造成實驗儀器數量的過剩或者不足。當自然教學班級人數較多時，教師無法有效地控制課堂秩序，同樣會令教學效果大打折扣。人數過多同樣會導致教師對每位同學的監督力度下降，一旦發生學生錯誤操作演示儀器而教師沒有及時發現的情況，就有可能造成演示儀器的損壞，無法繼續承擔教學任務。
3.教學評價體系不完善
大多數高校大學物理演示實驗課程成績的評定方法分為兩類，一類是以平時的實驗報告作為學生成績評定依據，根據學生的預習、實驗操作過程、數據處理等綜合評定一個實驗項目，一學期所有實驗項目的綜合評定即為該學生的實驗成績。另一類是采用筆試的方法。兩種考核方式弊端很大，學生只要寫好實驗報告或試卷考好，就能得到很好的成績，這樣學生更多的心思放在實驗報告上和書本上，而忽視了動手能力的培養，難以激發學生的創造性思維。部分高校將演示實驗劃分為選修課程或者科普課程，學生只是為了完成學分走進課堂，實驗教師也只是僅憑課堂出勤率和個人印象給學生評定成績，無法對學生的綜合成績給予評定。
三、大學物理演示實驗教學模式的探討與實踐
長沙理工大學于2006年9月一次性投入專項經費90萬元建設了物理演示實驗室。于2007年投入使用，能開出涵蓋力、熱、光、電、磁和近代物理等120多項定性或者半定量的演示實驗項目，承擔了全校理工科專業學生的演示實驗教學任務。與此同時，對于物理演示實驗的教學模式也進行了積極的探索與實踐，提出了探究模式和現象分析模式相結合的教學方式，讓學生成為演示實驗教學中的主角，充分地調動了學生的主觀能動性，取得了良好的教學效果。
1.準確定位演示實驗的教學目標
鑒于教學目標對于教學活動的導向功能、調節功能和激勵功能，必須對物理演示的教學目標進行準確合理的定位。演示實驗不應該被視為物理教學的一個輔助形式，而應該被視為學生獲取知識更加直觀更加有效的學習項目。因此，長沙理工大學將物理演示實驗定位成和大學物理實驗一樣的基礎實驗課程，制定了相同的教學計劃和考核標準。
2.合理安排教學班級
以自然教學班為單位進行實驗教學會造成實驗儀器過剩或者不足、課堂秩序不好掌控等問題，嚴重地影響實驗教學效果。為此，學校購買了實驗室管理系統并與教務系統進行數據對接，打破了以自然教學班為單位的教學安排模式。在實驗室管理系統的幫助下，實驗教師可以自由設定實驗課時間，同時根據實驗儀器的數目安排實驗課的人數。實驗教師還可以將實驗課程安排在周末或者晚上等理論課程較少的時段，保證學生上課時更有精神更有活力。學生登陸實驗室管理系統后，可以根據自己的時間安排進行選課，并可以在規定的時間內進行選課時間和選課項目的調整，最大限度實現了實驗課程的自我安排，大大地降低了因課程安排沖突或者其他原因造成的曠課幾率。
3.調整教學方式
與基礎實驗課一節課只安排一個實驗項目不同，演示實驗課每節課的實驗項目比較多，實驗現象直觀，實驗原理比較基礎，因此以講授為主的教學方式已經不能適應演示實驗課程。
經過多次的摸索和嘗試，目前演示實驗課程采用的是探究模式和現象分析模式相結合的教學方式，讓學生成為演示實驗教學中的主角，充分地調動了學生的主觀能動性，取得了良好的教學效果。具體做法如下：
（1）課前，實驗教師為每項演示實驗編號并根據自己試做演示實驗后的心得體會編寫實驗項目提示牌，包括實驗項目的名稱、實驗項目的具體操作步驟、實驗操作中的注意事項、分析實驗現象所需要的公式與原理以及與該演示實驗相關的擴展知識和思考問題。
（2）學生按照自主選定的時間和選擇的項目進入相應的實驗室并簽到，簽到表上的序號為每位學生的實驗序號，即每位學生所負責的實驗項目。學生按照序號找到實驗項目和提示牌。
（3）簽到完畢后，實驗教師宣講實驗規則。學生利用半個小時的時間根據書上對應的演示項目介紹以及該實驗項目的提示牌進行演示實驗試做。由于實驗項目被固定分配，降低了學生不當操作造成實驗器材損壞的幾率。在學生試做時間內，教師進行課堂巡視，及時解決學生在演示操作過程中所遇到的疑問和及時糾正學生的不當操作。
（4）學生準備完畢后，按照實驗序號的順序每位同學為大家進行實驗演示，概述實驗現象并總結實驗現象的實驗原理。講解完畢后，實驗教師對實驗原理進行補充與修正，并對學生的實驗操作表現進行實驗操作成績的評定。
（5）實驗項目依次講解完畢后，學生可以互相交叉試做演示實驗，實驗教師進行全場監督并解決學生提出的問題。
（6）每位學生根據自己負責的實驗項目書寫實驗報告，要求寫清楚實驗裝置介紹、實驗操作步驟、實驗現象，重點要闡述實驗現象的形成原理并對預留的思考題進行解答。
在這種教學方式中，學生是課程的主導者親自進行實驗操作和實驗原理總結。在操作過程中，學生始終在思考、探索，因此對實驗現象和實驗原理記憶深刻。由于對新教學方式的好奇，學生在聆聽別的同學進行講解時也更加專心，更利于實驗知識的記憶。
4.實施多樣性的實驗考核辦法
實驗考核成績是對學生實驗課程最直接的判定，不應單方面以最后的考核成績或者平時的實驗報告成績為評定標準，應該對學生在整個實驗過程的表現進行綜合評定。考核方式要能夠檢驗出學生的學習情況、反映出學生的實驗水平和實驗素養，并有助于提高學生的學習主動性和積極探索精神。大學物理演示實驗課程的實驗考核按平時成績和考試成績按比例記入總分，平時成績按實驗預習、操作，報告三個方面，分別按不同的權重綜合考核，記入成績；實驗考試可以是操作考試，進行基本技能實際操作考核，考核的內容可以是所開設的實驗題目中必須掌握的基本技能和常用儀器的使用。
四、教學效果
教學方式的轉變后，學生成為了課堂的主角，能在課堂上積極主動地進行操作演示和思考討論，并且可以提出很多問題。這說明教學方式的轉變使學生對演示實驗課程的學習充滿了興趣，能夠在教師的引導下自發獨立主動地完成實驗。在完成實驗報告的時候，學生也能積極思考，對提示牌中給出的問題進行了詳細的解答。多數同學還將自己實驗過程中的心得體會以及對實驗項目的建議寫入實驗報告。
總之，學生在演示實驗的學習過程中發揮了主體作用，提高了綜合分析能力和創新能力。
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