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关于大学物理演示实验教学模式的探讨与实践
论文摘要：阐述了大学物理演示实验在教学中的重要作用，并对目前大学物理演示实验教学模式的现状及问题进行了分析，着重地介绍了长沙理工大学针对大学物理演示实验的教学方式和考核方法所做的探讨与实践。
论文关键词：大学物理；演示实验；教学模式
物理学是研究物质运动变化的最一般规律和物质结构的自然科学学科，它是以实验为本的科学，许多新应用技术领域的开拓都源于实验物理学的重大进展。大学物理演示实验对丰富多彩的物理现象进行观察和探究，不仅可以帮助学生理解物理概念，提高学习兴趣，而且可以激发学生的探索热情、培养创新意识。目前，物理演示实验课程被公认为是一门提高学生综合科学素质的有效课程。
一、大学物理演示实验的作用
大学物理演示实验是教师演示物理现象并同步讲解的实验过程，可以将抽象的物理概念形象化，使物理规律直观化，它对学生起示范作用，可以激发学生的学习兴趣、提高学生的创新意识、开发学生的创造力和科学实验能力。
1.演示实验能加深概念和原理的理解
对于一些实际生活中难以见到的物理现象，学生的头脑中没有感性材料，只凭老师的语言叙述，学生难以理解。演示实验可以将很难理解和想象的物理规律多次重复地展现在学生面前，使物理规律得到直接的实验验证。
2.演示实验能激发学生的学习兴趣
在物理教学中有很多的抽象概念，如果仅凭教师的讲授，学生会感到枯燥无味。演示实验生动直观，可以消除学生在学习物理学中因抽象、枯燥而产生的畏难、厌烦的心理，激发学生学习物理学的兴趣。
3.演示实验能拓宽物理学的知识范围
利用演示实验中的文字、图形、图像、声音、音频和动画，全范围多视角展示物理现象和原理，这种方式弥补了大学物理教材无色彩无动态的缺陷，使有限的课时容纳更多的信息，使讲授内容具有真实感、实在感，更直观形象、生动有趣，也更富于启发性，从而提高了讲授效率和效果，克服了大学物理教学普遍存在的内容多、学时少的不足，同时教学中的演示实验为培养学生的能力提供一个良好的环境，既培养了学生的能力，又让学生学到了更多的物理学知识。
二、大学物理演示实验教学模式现状及存在的问题分析
目前，全国各高校对大学物理演示实验的建设都十分重视，做了很多工作。部分著名高校投入了大量的资金进行演示实验室和演示长廊的建设，供学生观摩与学习。然而，对于演示实验的教学模式，很多高校没有进行准确的评估和适当的改革，导致演示实验的教学效果不尽如人意，主要表现在以下三个方面。
1.教学目标不明确
教学目标是指教学活动实施的方向和预期达成的结果，是一切教学活动的出发点和最终归宿。教学目标对于教学活动具有导向功能、调节功能和激励功能。因此，制定合理的教学目标，是顺利开展教学活动以及取得预期教学效果的前提保证。然而，许多高校在演示实验室的建设方面投入了大量的财力和物力，却没有对演示实验的教学目标进行正确地定位。片面地认为演示实验只是物理教学的一个辅助形式或者只把演示实验作为一门选修课程和科普课程，导致演示实验的积极作用没有充分地发挥出来。
2.教学方式陈旧，教学班级安排不合理
多数高校的演示实验授课方式仍然沿袭传统理论课程的讲授方式。在演示实验课堂上，一般都是由老师先讲解实验内容和实验步骤，然后进行仪器操作并讲述实验原理。在实验讲解过程中，学生只观察到实验现象却自始至终都没有参与到其中，无法对演示实验有更加直观和深入的理解。由于课堂时间的限制，在实验讲解完毕后，留给学生思考、讨论和实际动手操作的时间十分有限，导致教学效果大打折扣。与此同时，在教学班级安排方面，部分高校仍然以自然教学班级为单位进行教学。由于演示实验仪器数量固定而自然教学班级人数不统一，往往会造成实验仪器数量的过剩或者不足。当自然教学班级人数较多时，教师无法有效地控制课堂秩序，同样会令教学效果大打折扣。人数过多同样会导致教师对每位同学的监督力度下降，一旦发生学生错误操作演示仪器而教师没有及时发现的情况，就有可能造成演示仪器的损坏，无法继续承担教学任务。
3.教学评价体系不完善
大多数高校大学物理演示实验课程成绩的评定方法分为两类，一类是以平时的实验报告作为学生成绩评定依据，根据学生的预习、实验操作过程、数据处理等综合评定一个实验项目，一学期所有实验项目的综合评定即为该学生的实验成绩。另一类是采用笔试的方法。两种考核方式弊端很大，学生只要写好实验报告或试卷考好，就能得到很好的成绩，这样学生更多的心思放在实验报告上和书本上，而忽视了动手能力的培养，难以激发学生的创造性思维。部分高校将演示实验划分为选修课程或者科普课程，学生只是为了完成学分走进课堂，实验教师也只是仅凭课堂出勤率和个人印象给学生评定成绩，无法对学生的综合成绩给予评定。
三、大学物理演示实验教学模式的探讨与实践
长沙理工大学于2006年9月一次性投入专项经费90万元建设了物理演示实验室。于2007年投入使用，能开出涵盖力、热、光、电、磁和近代物理等120多项定性或者半定量的演示实验项目，承担了全校理工科专业学生的演示实验教学任务。与此同时，对于物理演示实验的教学模式也进行了积极的探索与实践，提出了探究模式和现象分析模式相结合的教学方式，让学生成为演示实验教学中的主角，充分地调动了学生的主观能动性，取得了良好的教学效果。
1.准确定位演示实验的教学目标
鉴于教学目标对于教学活动的导向功能、调节功能和激励功能，必须对物理演示的教学目标进行准确合理的定位。演示实验不应该被视为物理教学的一个辅助形式，而应该被视为学生获取知识更加直观更加有效的学习项目。因此，长沙理工大学将物理演示实验定位成和大学物理实验一样的基础实验课程，制定了相同的教学计划和考核标准。
2.合理安排教学班级
以自然教学班为单位进行实验教学会造成实验仪器过剩或者不足、课堂秩序不好掌控等问题，严重地影响实验教学效果。为此，学校购买了实验室管理系统并与教务系统进行数据对接，打破了以自然教学班为单位的教学安排模式。在实验室管理系统的帮助下，实验教师可以自由设定实验课时间，同时根据实验仪器的数目安排实验课的人数。实验教师还可以将实验课程安排在周末或者晚上等理论课程较少的时段，保证学生上课时更有精神更有活力。学生登陆实验室管理系统后，可以根据自己的时间安排进行选课，并可以在规定的时间内进行选课时间和选课项目的调整，最大限度实现了实验课程的自我安排，大大地降低了因课程安排冲突或者其他原因造成的旷课几率。
3.调整教学方式
与基础实验课一节课只安排一个实验项目不同，演示实验课每节课的实验项目比较多，实验现象直观，实验原理比较基础，因此以讲授为主的教学方式已经不能适应演示实验课程。
经过多次的摸索和尝试，目前演示实验课程采用的是探究模式和现象分析模式相结合的教学方式，让学生成为演示实验教学中的主角，充分地调动了学生的主观能动性，取得了良好的教学效果。具体做法如下：
（1）课前，实验教师为每项演示实验编号并根据自己试做演示实验后的心得体会编写实验项目提示牌，包括实验项目的名称、实验项目的具体操作步骤、实验操作中的注意事项、分析实验现象所需要的公式与原理以及与该演示实验相关的扩展知识和思考问题。
（2）学生按照自主选定的时间和选择的项目进入相应的实验室并签到，签到表上的序号为每位学生的实验序号，即每位学生所负责的实验项目。学生按照序号找到实验项目和提示牌。
（3）签到完毕后，实验教师宣讲实验规则。学生利用半个小时的时间根据书上对应的演示项目介绍以及该实验项目的提示牌进行演示实验试做。由于实验项目被固定分配，降低了学生不当操作造成实验器材损坏的几率。在学生试做时间内，教师进行课堂巡视，及时解决学生在演示操作过程中所遇到的疑问和及时纠正学生的不当操作。
（4）学生准备完毕后，按照实验序号的顺序每位同学为大家进行实验演示，概述实验现象并总结实验现象的实验原理。讲解完毕后，实验教师对实验原理进行补充与修正，并对学生的实验操作表现进行实验操作成绩的评定。
（5）实验项目依次讲解完毕后，学生可以互相交叉试做演示实验，实验教师进行全场监督并解决学生提出的问题。
（6）每位学生根据自己负责的实验项目书写实验报告，要求写清楚实验装置介绍、实验操作步骤、实验现象，重点要阐述实验现象的形成原理并对预留的思考题进行解答。
在这种教学方式中，学生是课程的主导者亲自进行实验操作和实验原理总结。在操作过程中，学生始终在思考、探索，因此对实验现象和实验原理记忆深刻。由于对新教学方式的好奇，学生在聆听别的同学进行讲解时也更加专心，更利于实验知识的记忆。
4.实施多样性的实验考核办法
实验考核成绩是对学生实验课程最直接的判定，不应单方面以最后的考核成绩或者平时的实验报告成绩为评定标准，应该对学生在整个实验过程的表现进行综合评定。考核方式要能够检验出学生的学习情况、反映出学生的实验水平和实验素养，并有助于提高学生的学习主动性和积极探索精神。大学物理演示实验课程的实验考核按平时成绩和考试成绩按比例记入总分，平时成绩按实验预习、操作，报告三个方面，分别按不同的权重综合考核，记入成绩；实验考试可以是操作考试，进行基本技能实际操作考核，考核的内容可以是所开设的实验题目中必须掌握的基本技能和常用仪器的使用。
四、教学效果
教学方式的转变后，学生成为了课堂的主角，能在课堂上积极主动地进行操作演示和思考讨论，并且可以提出很多问题。这说明教学方式的转变使学生对演示实验课程的学习充满了兴趣，能够在教师的引导下自发独立主动地完成实验。在完成实验报告的时候，学生也能积极思考，对提示牌中给出的问题进行了详细的解答。多数同学还将自己实验过程中的心得体会以及对实验项目的建议写入实验报告。
总之，学生在演示实验的学习过程中发挥了主体作用，提高了综合分析能力和创新能力。
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