物理教学论文
物理教学中演示实验是最直观的教学手段， 它对于传授物理基础知识， 培养学生的观察能力、思维能力、探索精神都有不可忽视的作用。特别是在物理演示实验教学中渗透科技创新， 培养大学生科研能力和训练起到重要的作用。
1 物理演示实验的重要性
物理学是一门实验科学， 这决定了物理教学， 特别是基础物理教学的基本特征。演示实验在物理教学中占有十分重要的地位。
1.1 有利于形成清晰的物理图像
演示实验能化抽象为具体， 化枯燥为生动， 使学生充分获得生动的感性认识。像静电场中电荷的电力线分布、电介质的极化、通电线圈的磁现象等电磁实验， 还有光学的干涉、衍射实验， 力学中的陀螺旋进实验等等， 不通过实验演示， 是很难让学生形成清晰的物理图像。
图1就是电介质的极化过程图表及演示仪器， 我们知道有机分子电介质在无外电场时， 电偶极子趋向随机排列， 对外不呈现电性；有电场存在时， 电偶极子趋向于按电场方向排列， 即电极化过程， 对外呈现电性。图1中绳上悬挂小木杆， 模拟为电偶极子， 在两极板间未加电压时， 这些电偶极子排列杂乱无章， 通电后， 模拟电偶极子立即沿电场定向排列。由于静电感应和石蜡的极化使两端带上等量异号电荷而形成电偶极子， 电偶极子在电场中受力矩作用而使它们趋向于电场方向排列。
图1
1.2 有利于激发学生的学习兴趣
物理教学中， 演示实验具有生动、直观、新奇的特点， 能充分发挥实验的趣味性、奇异性、多变性， 能创造出生动的情景， 激发学生的学习兴趣。人们都知道水往低处流， 但有些自然现象让人遐想， 例如有的地方的"车往坡上滑、水往高处流"这些奇异景观的怪坡现象， 还有实验室里锥体上滚实验现象， 为什么这样多的人都会产生错觉呢？我们知道， 参照系是物理学为了定量地描述物体的运动而选定的。怪坡是处在两段陡坡之间， 从一端往前看， 迎面是山。从另一端往后看， 是路面和天空的交界线。加上四周全是倾斜的山坡， 找不到一个可以作为基准的水平面。这种地形地貌的烘托， 很容易引起视觉上的误差。在实验室通过锥体上滚实验就是为了让学生们通过观察双锥体沿斜面上滚的现象， 加深了解在重力场中物体总是以降低重心、趋于稳定的规律运动。演示时把观察与讲解相结合， 通过讲解来指导观察， 引导思维；以观察来推动思维的发展， 提高学习兴趣。
1.3 有利于理解物理概念和物理规律
建立物理概念和规律是人脑对物理现象和过程等感性材料进行科学抽象的产物。在获得感性知识的基础上， 提出问题， 引导学生进行分析、综合、概括， 排除次要因素， 抓住主要因素， 找出一系列所观察到的现象的共性、本质属性， 才能使学生正确地形成概念、把握规律。演示实验不仅直观， 而且有说服力。如刚体在做定轴转动时， 当合外力矩为零则角动量的总值保持不变的原理， Iω=常量。教师上课过程中配合花样溜冰来进行讲解， 因为I的大小和身体的各部分距转动轴的距离的平方成正比， 所以四肢伸开或收缩可以相当大地改变I的值。如果花样杂技演员或跳水运动员作翻筋斗动作时， 当他们从跳板向前跃起时绕通过质心的水平轴有一初角速度ω0, 从而有绕通过质心的水平轴的角动量I0ω0.如果他在空中双臂抱起， 使他的手和腿部收缩到靠近身体的质心的位置， 从而减小转动惯量， 就可以增大转动角速度， 便可以在空中多旋转几周。[1]通过这个实例来讲解角动量守恒这一物理规律， 就会使学生很快就明白。然后， 我们在实验室再次安排茹科夫斯基转椅及转台车轮， 让学生自己亲身体验， 达到充分理解角动量守恒这一物理规律。
对于可见度小， 不易观察， 且只能水平演示、观察的内容， 例如水波的干涉、衍射现象， 用发波水槽借助投影仪演示， 既起放大作用， 又使其有动感， 使学生看到清晰的干涉条纹， 对学生形成正确概念有极大的帮助。
1.4 有利于帮助学生理解物理事件的本质和规律
实际的物理变化过程是极其复杂而又相互联系的， 演示实验的安排和设计就是为了解决物理问题中的重点或难点， 突出整个事件的本质部分， 使学生得到清晰而明确的物理情景或者变化的过程， 它可以排除不必要的干扰， 有时还能对事件进行放大或缩小。如声音是由物体振动产生的， 教师在演示中用一只细线悬挂着的乒乓球把音叉的振动放大， 使学生能较好地认识到产生声音的本质。
1.5 教师的演示实验能起到言传身教的作用
通过物理演示实验教学能使学生正确的理解和掌握事物发展的本质和规律， 同时培养学生的观察能力、分析综合能力及逻辑思维能力， 加深对所讲授内容的理解， 启迪学生思维， 活跃课堂气氛起到十分必要的作用。把物理实验现象清楚地展示在学生面前， 它有助于突破理论教学中的教学难点， 使难讲的教学内容生动易懂， 达到事半功倍的教学效果；特别是教师对待演示实验的严谨作风和科学态度也会对学生的实验素养起到潜移默化的作用。如同济大学的吴於人教授建立的物理探索室， 教学目标就是探奥索秘、春华秋实， 她治学严谨的科学态度， 时刻感染着、带动着她的学生。
2 物理演示实验所面临的实际问题
2.1 侧重于知识传授， 忽视能力的培养
高校目前的教学内容以传授知识、教学方法以课堂讲授为主， 这种教学学生学得较被动， 学习积极性不高。而且， 一部分教师的思路狭窄， 创造性不强， 很大程度上影响了学生创新能力的发展， 造成学生思维滞塞。而且， 现在高校评价学生的标准主要是学习成绩， 在一定程度上导致学生片面追求成绩， 忽视其他能力尤其是科研能力的培养， 使他们动手能力不强、实践活动能力薄弱。
2.2 硬件条件不到位
硬件条件是开展大学生科技创新活动的重要物质保证。科研经费不足是阻碍科技创新的重大问题， 像学生在学习过程中小发明、小制作， 这些活动必须通过反复实验、研究才能达到最终的制作要求， 这就要有经费的前期投入， 这笔经费无法解决， 对此， 深有感触。
2.3 计算机模拟演示替代真实实验
多媒体可以在教室里展示课堂上实验无法演示的宏观的、微观的、极快的、极慢的物理过程， 它突破时间、空间的束缚， 进行逼真的模拟， 灵活地放大或缩小物理场景， 将物理过程生动形象地展现于学生眼前， 使学生认识加强， 理解透彻。例如， 对于"电场中电子的运动"分析， 笔者利用Flash软件， 制作了电子在电场中加速的全过程。它安全逼真， 激发学生学习兴趣， 使学生在学习过程中保持精力高度集中， 思维高度活跃， 求知欲高度旺盛的状态。利用多媒体进行大学物理教学， 不但为教和学增添了信息的传输和接收通道， 而且为教学创设了良好的情境， 师生们置身于"情"、"景"中， 以"物"思"理", 又以"理"认"物", 这对提高物理课的素质教育教学有着广泛的前景。但是通过计算机进行模拟实验毕竟不是真实的物理实验过程， 它往往会让学生产生疑问？赵凯华教授在全国物理演示实验研讨会强调过：大学物理实验最重要的是实物物理实验， 其次是物理演示实验音像资料；最后是多媒体动画。因为动画与制作者对物理过程的理解有关， 理解有误可能会误导学生[2].只有让学生参与到实验中去体会实验过程， 才能领会实验的真正乐趣， 计算机仿真模拟实验是不能替代演示实验的。
3 在大学物理演示实验教学中培养学生自主创新能力
演示实验不仅能让大学生理解知识， 还能让大学生提高兴趣， 启发他们的创新思维。让学生们在体会、理解演示实验过程中产生亲自动手去做的热情， 引导大学生的创新实践活动。演示实验室可以提供一个创作灵感得以发挥的平台， 以"活跃校园科技学术气氛， 增强大学生科技创新意识， 提高大学生科技实践能力， 培养科技创新人才"为指导思想， 开展具有知识性、学术性、实践性的课外科技学术活动， 充分调动大学生参与的积极性， 让他们有机会去探索、去实践。演示实验室还可以为学生提供技术指导、提供非常规仪器、提供特殊加工等。给学生提供了创新实践活动的条件， 提高了学生的创新实践能力。
3.1 变"表演式"为"互动式", 增加学生的参与[3]
为提高教学效率， 笔者在进行演示实验教学过程中， 适当增加学生的参与活动。一方面提高学生学习的自觉性， 另一方面锻炼学生对知识的讲解能力。例如， 笔者在进行电冰箱演示实验的教学过程中， 打破常规提前布置作业， 让学生上网查询电冰箱工作原理， 并结合所学的热力学第一、第二定律来分析并讲解电冰箱工作原理， 使学生们参与到演示实验教学中， 体会教学的苦与乐， 增强学习的积极性。在演示实验教学过程中还可以让学生各自预测一下演示结果， 在观察演示实验后， 互相讨论， 提高学习兴趣。
3.2 依托现有演示仪器为科技创新提供素材
为了增强学生参与科技创新， 培养创新意识和能力， 在教学中针对不同的仪器在进行讲解演示实验的同时， 可以提出本仪器的改进方法， 并以组为单位， 利用课余时间进行演示仪器的改造或者模仿。笔者在进行麦克斯韦速率分布律演示实验教学时， 就让2007级学生依据速率分布仪和热学教材中[4]伽尔顿板演示统计规律的实验， 研发伽尔顿板演示仪器， 共有4种伽尔顿板演示仪， 其中第1种是麦克斯韦速率分布律演示仪和伽尔顿板演示仪结合的一种关于统计规律的热现象演示器， 这是由2007级学生独立完成的仪器制作。这个教学活动不仅为实验室添加了伽尔顿板演示仪器， 同时还增加了学生创新意识， 增长了动手能力。还可以将一些微小演示仪器改为放大演示仪器， 一些大的演示仪器制作成小的演示仪器， 使演示实验真正地走进学生中， 增强学习兴趣， 提高教学效果。同时增加演示仪器套数， 为学校节省仪器资金。
3.3 开放演示实验室
开放演示实验室进行开放式演示实验教学是国内许多高校都普遍使用的一种做法， 它可以使学生亲身体验和观察那些因课内时间不足而没有做的演示实验， 是一种符合我国国情的创造性做法[3].
总之， 演示实验室是培养学生创新人才的重要活动场所， 演示实验教学是促进创新教育的重要力量。在物理教师和学校多方共同努力下， 不断创新演示实验教学模式和内容， 加强综合素质的训练与培养， 提高学生的创新思维能力、实际操作能力和实验设计能力， 培养出新型的创新人才。
参考文献
[1]赵景员， 千淑贤。力学。北京：人民教育出版社， 1979.312
[2]路峻岭。物理演示实验教程。北京：清华大学出版社， 2005.
[3]汪文明， 余兰山， 郭军。大学物理演示实验创新的探索。高等函授学报 （自然科学版） , 2005 （12） 15, 16
[4]李椿， 章立源， 钱尚武。热学。北京：高等教育出版社， 1979.83