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大學(xué)物理演示實驗教學(xué)探索論文
1演示實驗的教學(xué)現(xiàn)狀
實驗是物理教學(xué)的重要內(nèi)容和有效手段,也是物理研究的一種基本研究方法,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造力的最佳途徑,因此演示實驗普遍使用在中學(xué)和大學(xué)的物理課堂教學(xué)中。演示實驗可以從以下幾個方面輔助課堂教學(xué):(1)建立教學(xué)情境以激發(fā)學(xué)生進一步探索的興趣;(2)提供可觀察到的素材以促進學(xué)生邏輯思考;(3)訓(xùn)練學(xué)生的觀察能力,促進其將已掌握的理論知識運用于實驗現(xiàn)象分析;(4)通過實驗可以訓(xùn)練學(xué)生的實驗操作和初步的科學(xué)研究技能。因此,演示實驗在物理教學(xué)中的地位不可替代,甚至可以說一節(jié)物理課如果沒有實驗是不完整的[1—6],F(xiàn)實中演示實驗在大學(xué)物理教學(xué)中卻存在諸多不盡如人意的地方:(1)課前實驗儀器的調(diào)試和準(zhǔn)備工作非常繁雜,由于現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展使得大部分物理實驗都可以采用動畫或多媒體視頻形式播放出來,所以部分老師更愿意用后面的替代方式。(2)重視分組實驗,輕視演示實驗,各高校一般都對分組實驗投入較多,臺套數(shù)齊全,而演示實驗由于設(shè)備昂貴,種類繁多,反而不及分組實驗受到重視,甚至有觀點認(rèn)為既然有了齊全的分組實驗可供學(xué)生動手操作,演示實驗或可免除;(3)由于大學(xué)物理課程一般放在一年級或二年級開設(shè),這個階段正好是大學(xué)階段課業(yè)集中的時候,導(dǎo)致許多學(xué)生對于課前的預(yù)習(xí)敷衍了事,教學(xué)效果不良;(4)演示實驗報告由于不需要處理數(shù)據(jù),因此質(zhì)量普遍不高,部分照抄實驗指導(dǎo)書或者從網(wǎng)上直接下載,能認(rèn)真分析并提出合理建議的學(xué)生比較少。
2充分發(fā)揮演示實驗作用,促進理論教學(xué)
大學(xué)物理課程中部分概念和規(guī)律比較抽象,如果僅僅進行理論分析或者多媒體演示難以獲得良好的教學(xué)效果,演示實驗可以將教師將要講授的內(nèi)容以客觀現(xiàn)實的形式展現(xiàn)在學(xué)生面前。(1)我們根據(jù)不同專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容在每學(xué)期期末的時候就將第二個學(xué)期的大學(xué)物理演示實驗項目按照教學(xué)大綱的要求整理發(fā)到每個任課教師的手上,包括實驗名稱、實驗內(nèi)容和實驗儀器。(2)認(rèn)真研究每個演示實驗項目,由于每年都有新的項目增加和新的老師加入,教研室的一項重要教研活動就是系統(tǒng)地向任課教師介紹演示實驗內(nèi)容、講解實驗流程和分析實驗現(xiàn)象,介紹工作由教研室的老師輪流承擔(dān)以促進任課教師的業(yè)務(wù)水平。(3)部分實驗由實驗員配合任課教師隨堂演示。部分演示實驗需要專業(yè)人員操作則可以由實驗教師配合任課教師完成,如高壓線帶電操作實驗,高壓輸電線的電壓可以達(dá)到5kV—50kV,具有一定的危險性,演示前由任課教師向?qū)W生介紹實驗內(nèi)容、實驗原理和主要的實驗儀器,實驗的操作則由實驗教師完成,這樣一方面增加了實驗的安全性,另一方面也提高了實驗的成功率。
3構(gòu)建開放式的實驗教學(xué)管理體制,不斷更新演示實驗項目
在大學(xué)物理演示實驗教學(xué)管理體制改革的過程中,逐步實現(xiàn)演示實驗與課堂教學(xué)有機結(jié)合,演示實驗與分組實驗教學(xué)相結(jié)合,實現(xiàn)了演示實驗室的開放管理,加快了演示實驗項目的改進與創(chuàng)新。對于剛進入大學(xué)校園的本科生,如何實現(xiàn)由應(yīng)試教育向素質(zhì)教育的轉(zhuǎn)型,顯然立刻要他們進行研究創(chuàng)新型實驗或者設(shè)計性實驗是不合適的,但是在這個層面培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識、營造創(chuàng)新氣氛、鍛煉探究能力則是有益的。因此對演示實驗室實行開放式管理則可以滿足學(xué)生的需要,教研室研討提出不同層次的實驗項目,演示實驗室則根據(jù)實驗項目要求學(xué)生獨立操作、研究實驗現(xiàn)象并撰寫實驗報告。另外演示實驗室也為不同學(xué)科的師生提供了科研的場地,使科研和教研互相促進形成良性循環(huán),建設(shè)與改革實踐表明實行大學(xué)物理演示實驗室的開放式管理和增設(shè)開放性演示實驗等建設(shè)思路和運行模式是正確的、可行的。
4理論聯(lián)系實際,探索培養(yǎng)應(yīng)用技術(shù)性人才教育模式
為了培養(yǎng)學(xué)生的工程應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識,我們還組織學(xué)生對一些演示實驗項目進行分析和討論,通過學(xué)生自主搜集資料,對實驗項目的原理和應(yīng)用進行探究,通過撰寫小論文或設(shè)計小課題的形式培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生搜集和整理信息、團隊協(xié)作的能力。如超導(dǎo)磁懸浮的動態(tài)演示實驗,將一個簡易列車模型放置在盛放臨界高溫超導(dǎo)體之上,當(dāng)永磁體靠近超導(dǎo)體表面時即可在超導(dǎo)體內(nèi)部形成極大地磁通密度梯度,形成很大的感應(yīng)電流而對永磁體產(chǎn)生強烈的排斥效應(yīng),斥力與距離成反比,在一定的高度可以克服超導(dǎo)體的重量而使其懸浮于永磁體之上。當(dāng)超導(dǎo)體離開永磁體時,在其內(nèi)形成負(fù)的磁通密度梯度而產(chǎn)生反向的感應(yīng)電流,對永磁體產(chǎn)生吸引的作用,同樣在某個距離可以使超導(dǎo)體倒掛在永磁體的下方,并可在旋轉(zhuǎn)磁場加速裝置作用下,沿軌道以懸浮或倒掛懸浮狀態(tài)無磨擦地連續(xù)運轉(zhuǎn)。學(xué)生觀察與操作結(jié)束后對超導(dǎo)體有了初步的認(rèn)識,要求他們查找目前磁懸浮系統(tǒng)的分類、原理及其特性,再進一步分析我國自制的磁懸浮列車的現(xiàn)狀、特點及在世界所處的水平等。在電冰箱制冷的演示實驗中,氟利昂容易在低溫下氣化和高壓下液化,而它再次在低溫下氣化時將大量吸熱,由于它的沸點極低,常壓下為—29。8℃,故可以利用它來制冷。學(xué)生在實驗時注意觀察蒸發(fā)器和冷凝器的壓力,觸摸感受蒸發(fā)器、冷凝器和壓縮機的溫度,從而可以了解空調(diào)和冰箱的工作原理,從現(xiàn)實的角度掌握熱力學(xué)第二定律。學(xué)習(xí)結(jié)束后可以要求學(xué)生調(diào)查為什么國際上會禁止氟利昂作為制冷劑,調(diào)查制冷劑的分子結(jié)構(gòu)和特性,討論有哪些新型的制冷方式和制冷劑。通過一個演示實驗可以激發(fā)學(xué)生的探究熱情,也有利于學(xué)生對于生活中的常用電器進行研究,開闊視野,增長知識。再通過小論文和小課題的形式鍛煉學(xué)生的理論應(yīng)用能力和歸納總結(jié)能力,通過相互探討開拓學(xué)生的視野、學(xué)習(xí)他人的思考方式,最終問題的解決獲得成就感和自信心,激發(fā)他們的求知欲,為學(xué)生在以后和生活和科研中解決問題提供借鑒。
5建設(shè)演示實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程
加強仿真實驗室的建設(shè)和演示實驗網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè)對演示實驗課程建設(shè)至關(guān)重要,我們通過搜集、自己拍攝和設(shè)計制作,形成了一整套的演示實驗教學(xué)資源、生活中的物理常識以及各種演示動畫等,通過編輯做成的視頻文件大小為1~5MB左右,播放時間為30s~2min左右,方便學(xué)生從網(wǎng)站上直接觀看,對所有的視頻教程都配有文檔型的解說文件,以及相應(yīng)的學(xué)習(xí)提問。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺,學(xué)生和教師可以方便地交流、討論。
6改進實驗教學(xué),充分使用演示實驗資源
課堂演示和開放式實驗室也難以保證每個學(xué)生都能做好演示實驗,為了充分實驗室資源,適用素質(zhì)教育的需要,我們在2013級到2014級的所有開設(shè)了大學(xué)物理課程的本科生之中進行了新的教學(xué)嘗試。2013年,根據(jù)教研室的研討結(jié)果,將大學(xué)物理演示實驗作為大學(xué)物理課程教學(xué)考核的一個內(nèi)容,要求所有學(xué)生都要做一次2學(xué)時的演示實驗,考核的內(nèi)容為實驗過程和實驗報告,滿分為5分計入到大學(xué)物理課程的平時成績。這種教學(xué)方式在本屆的2522名學(xué)生中實行,我們通過教師的操作講解以及穿插提問,提示學(xué)生注意實驗現(xiàn)象和操作方法,留1學(xué)時的時間給學(xué)生自己操作,課后完成實驗報告,通過對2498名參與學(xué)生的報告批閱情況來看這樣一種教學(xué)方式取得良好的教學(xué)效果。2014年將這種教學(xué)方式做了進一步的改進,將演示實驗室的時間段分配給各位任課教師,由任課教師根據(jù)教學(xué)進度、班級數(shù)量和每班人數(shù)安排相應(yīng)的時間段,學(xué)期末再集中安排若干學(xué)時的開放實驗室,給感興趣的學(xué)生再次提供操作和學(xué)習(xí)的機會,這種教學(xué)方式也取得了良好的教學(xué)效果。
7結(jié)束語
開放式的實驗室管理、隨堂演示都給本校的大學(xué)物理演示實驗帶來了良好的教學(xué)效果,但是隨著招生規(guī)模的增加和教育技術(shù)的不斷發(fā)展,演示實驗的開展也不斷遇到挑戰(zhàn):實驗儀器的大型化;校區(qū)的增加使得授課教室與演示實驗室不在同一棟教學(xué)樓;教師的教學(xué)進度基本相同等都帶來諸多問題。這些都需要教師發(fā)揮智慧找到更好的解決辦法,讓演示實驗在物理教學(xué)中發(fā)揮更大的作用。
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