浅议文科大学物理演示实验课程

论文摘要：由于高考采用文、理分科考试，导致教学知识片面化、学生思维模式化。文科生是我国未来社会事物和文化活动的组织者及管理者，因而提高文科生综合素质尤为重要。从完善教学资源、研究教学形式和培养文科生综合素质等方面介绍了北京工商大学开设的大学物理演示实验课程。

论文关键词：文科；大学物理；演示实验；教学软件

为适应科技和社会的飞速发展，必须培养具有实践能力和创新意识的复合型、应用型人才。人才培养的现代化需要教学手段的现代化。在教育部公布的2003～2007年教育振兴运动计划中明确指出：“创建国家级教育信息化应用支撑平台，加大涵盖各级各类教育的信息资源开发，形成多层次、多功能、交互式的国家教育资源服务体系。”随着现代信息技术在教育领域中的广泛运用，计算机、多媒体及网络教学在高校的教学改革中已越来越重要。 物理学是整个自然科学和现代技术发展的基础，它以实验为基础，而演示实验是最直观有效、形象生动的实验教学形式。通过物理演示实验，学生能更好地理解物理概念、掌握物理规律、培养实验技巧、提高创新能力。物理的创新成果都源自于实验。因此，物理演示实验教学应成为培养学生综合素质的重要环节。 北京工商大学十分重视实践教学，近年来加大了对物理演示实验室的投入，购置了大批国内一流的先进演示设备，建成了物理演示实验室，为学生提高科学素质、改善知识结构创造了很好的条件。但目前物理演示实验室主要面临三方面的不足：演示实验室虽具有少量教学辅助资料，但难于满足全校学生对高科技资源的需求；实行单一的“表演实验”教学模式，学生主要是观察者，处于被动地位，这种教学模式难以激发他们的学习兴趣，限制了创新能力的培养；大学物理文科教学已经得到越来越广泛的重视，并在文科人才的素质教育中扮演了十分重要的角色。物理演示实验虽已在北京工商大学工科专业学生中广泛开展，但参与的文科学生很少，因而物理演示实验教学改革迫在眉睫，创建基于多媒体技术的演示实验教学模式是当前我国高等教育发展的必然趋势，也将填补北京工商大学物理演示实验室在这方面的空白。下面结合实践教学在培养文科人才素质教育中的地位和作用，主要从教学资源的完善、教学形式和文科课程改革三方面进行有益的探讨。

一、完善大学物理演示实验教学资源

近几年，学校投入170万资金购置了大批国内一流的演示实验设备，建成了230平方米的物理演示实验室，能演示150多项实验。在2007年北京市本科教学评估期间，北京工商大学物理演示实验室受到评估专家和学校领导的高度评价。虽然物理演示实验室的建设受到学校领导高度重视，学校也投入了较高力度的人力、物力、财力，向学生开放演示实验室。但物理演示实验室目前仅有实验操作说明书，缺乏配套教学资料。所以，编写演示实验教学课件、开发现代化教学软件迫在眉睫。 从2009年学校向文科生试开设大学物理演示实验课程开始，教师从力学、热学、电磁学、光学、振动和波动五方面整理了物理理论知识和编写了适合文科学生的PPT教学课件，并指导学生使用照相机或摄像机在演示实验室拍摄演示实验仪器图片和视频。拍摄照片需要实验仪器和背景对比强烈，简单清晰。拍摄后指导学生使用Photoshop软件进行后期处理。教学视频中最好包括教师演示和讲解过程，这样有利于吸引观看教学视频学生的注意力，可形象生动地展示物理现象，有利于教师对物理原理的解释。除此之外，根据教学内容的需求，通过互联网的下载、图像扫描、手动制作等方式也可收集其他物理演示实验教学资料。另外，我们还与公司IT专业技术人员探讨多媒体教学软件所需要使用的汇编语言、软件界面的设计和分类、软件所需图片和视频嵌入的稳定性，最终使用actionscript语言编写了多媒体物理演示实验教学软件，该软件在课堂上使用后极大地提高了学生的学习兴趣。

二、采用灵活多样的大学物理演示实验教学形式

许多高校已经采用了灵活多样的现代化物理演示实验教学形式，如利用计算机和网络的物理演示教学、双语物理演示教学以及利用“投票机”（voting machine）让学生选题判断的物理演示教学等都极大地激发了学生的学习兴趣。虽然北京工商大学物理演示实验室已配备了导学仪、计算机、高清大屏幕电视等多种形式的现代化多媒体教学设备，但目前仅采用单一的“表演实验”教学模式，每个班的工科学生仅利用两节课时间在实验室观看教师演示实验仪器，学生处于被动地位，限制了学生创新能力的培养，教学效果不甚理想。 针对向文科生开设的大学物理演示实验课程，教师采用了多种教学和管理形式：大学物理演示实验双语教学模式让文科学生了解了物理专业英语，有利于培养学生的国际交流能力、主动参与国际合作与国际竞争的能力，积极响应了教育部提出的“积极推动使用英语等外语进行教学，以适应经济全球化和科技革命的挑战”的教育方针；教师采用理论分析与实验演示相结合、学生亲自动手操作实验仪器等教学模式，对学生采用实验报告、实验操作和PPT演讲等形式的考核方式，这种教学方式使学生接受的信息量增多，丰富了教学内容，极大地提高了课堂的教学效果，培养了学生的实践能力和创新意识、团队协作精神及语言表达能力；教师队伍中有多年丰富教学经验的教授和副教授，也有具有极强科研能力和外语水平的博士，还有调试和维修实验仪器的专业技术人员，从而保证了教学质量。 三、大学物理演示实验教学课程注重文科学生综合素质的培养

各大高校教育以提倡大学生素质教育为前提，不少院校针对理工科大学生相继开设了美术、声乐、大学语文等课程，从而加强了他们的人文知识教育。而对于文科大学生科学素质的教育工作起步较晚，进展也相对缓慢。因此，有必要培养文科学生的观察力、想象力、逻辑思维能力和实践创新能力，针对文科生开设大学物理演示实验教学有助于学生开拓思路、锻炼能力，促进各学科之间的渗透和互补，对提高文科生的科学文化素质具有重要意义。 北京工商大学于2009年春季首次向文科学生专门开设了“物理探索与实践”大学物理演示实验选修课，第一次开课限选人数为35人。为了提高教学效果，教师们从教学内容、教学方法、教学过程管理、实验仪器维护等方面进行了探讨，教学效果良好。在总结了第一次开课的教学经验后改进和完善了教学课件，于2011年春季再次开设了该选修课，选课人数达到80人，分两个小班授课。文科学生普遍反映本选修课使他们更好地理解了物理概念和规律，提高了实践动手能力，开阔了学习视野，培养了团队合作意识，激发了学生的学习热情。 对于向文科学生新开设的大学物理演示实验课程，教师们一致认为应以突出素质教育为指导思想，改变灌输式的教学方法，以学生独立操作实验为主、教师启发式指导为辅的方式，实行“观察实验—理论解释—动手实践—演讲总结”的分层次教学模式。第一，学生在演示实验室先观察实验现象。例如，在讲解“法拉弟笼”实验时，先让学生观察50～100kV高压电源向法拉第笼放电现象，因为笼体的屏蔽作用，笼内的同学安然无恙。学生对此惊讶不已，觉得不可思议，急切想知道其中缘由。第二，教师在课堂上用PPT课件详细解释了静电屏蔽的电学原理，并启发学生思考：在生活中是否存在类似现象？学生想到了高压线圈外的铁架，还有些同学想到如果将易发生雷电地区的房屋装上这些具有屏蔽作用的笼网，可以保护人身安全。这样的演示实验让学生感觉到物理现象就在我们身边，对所学知识印象深刻。第三，让文科生参与到普通大学物理实验中，讲述实验原理、实验操作方法和数据处理过程，提高了他们的动手能力和逻辑思维能力。第四，在每学期末，教师指导学生课后从网络收集课程相关信息，让学生制作感兴趣的实验项目专题PPT，通过学生PPT演讲的形式来讨论。这种教学方式培养了学生的自主学习能力、设计制作PPT能力和语言表达能力。 文科学生与理工科学生学习物理知识有着本质不同。首先，课时差距很大。该课程每学期共34学时，这要求教师要精选物理内容；其次，物理基础的不同使得任课教师在教学深度和难度上要把握得当；另外，学习目的不一致，文科生大学生物理演示实验课程旨在提高其综合素质，而不是像理工科那样与专业课程教学相结合。所以，教师可以从以下几个方面来准备教学。 1.介绍物理学史，培养科学精神 物理学史反映了人类对自然界各种物理现象的认识过程，研究物理学发生和发展的基本规律，研究物理学概念的思想发展和变革过程。科学精神是指由科学性质所决定并贯穿于科学活动之中的基本的精神状态和思维方式，是体现在科学知识中的思想或理念。教师在教学过程中应注重传递科学家所具有的探索精神、求真精神、创新精神和献身精神以及科学家们所表现出的谦虚、诚实、合作、淡泊名利的优秀品质。例如，演示实验室具有冰箱原理展示仪器，在讲述与之相关的卡诺循环物理原理时介绍了法国青年工程师卡诺如何在前人研究基础上找到了提高蒸汽机效率方法的研究过程，由此激励学生在学习中应像卡诺那样具备不断探索的精神。 2.渗透物理思维方法 培养学生科学的思维方法比单纯传授知识更重要。教学过程中应让学生掌握如何思考、如何分析问题和解决问题的方法。例如，在学生进行示波器实验中，有些学生调不出李萨茹图形，教师启发学生从X/Y轴信号是否输入正确、两轴信号频率比值是否合适、两轴信号在示波器上显示位置以及模式选择等方面来进行分析，大部分学生最终解决了该问题，并加深了学生对该实验物理原理的理解。虽然“物理探索与实践”选修课针对北京工商大学文科专业学生开设，但因高考时分文、理科生源，学生的实验动手能力水平参差不齐，如何调动不同层次学生的积极性和主动性，使每个学生都能最大限度地从课堂中获益，还有待进一步探索教学方法。 3.教学与实践相结合 教师在传授理论知识的同时必须辅之以实践教学环节，使学生学有所获。我们研究确定了工科和文科学生力所能及的演示实验研究课题，培养了他们独立思考的能力，让学生参与调试，真正将理论与实际相结合。最终，教师指导学生获得了三项物理演示实验竞赛奖：2011年北京市大学生物理实验竞赛一等奖，2011年北京市大学生物理实验竞赛三等奖，全国高校第十届物理演示教学仪器一等奖。