郝杰

【摘 要】高職院校構(gòu)建大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)動(dòng)感創(chuàng)新性平臺(tái)，需要以創(chuàng)新教育為核心，合理配置教學(xué)內(nèi)容，完善大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)，建立保障體系措施，促進(jìn)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科研一體化。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理教學(xué)；演示實(shí)驗(yàn)；動(dòng)感創(chuàng)新平臺(tái)

物理演示實(shí)驗(yàn)是通過(guò)對(duì)具體物理現(xiàn)象的展示，將抽象的理論形象化，引導(dǎo)學(xué)生分析和觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，增加感性認(rèn)識(shí)，是提高學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思維能力的教學(xué)路徑。

近年來(lái) ，一些高職院校開始“3+2”、“4+0”本科專業(yè)培養(yǎng)，各院校對(duì)物理實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)投入明顯加大，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的數(shù)量與質(zhì)量得到了一定的改善，這為提升大學(xué)物理教學(xué)質(zhì)量、開展科研工作提供了重要保障。但同時(shí)由于歷史原因，高職院類大學(xué)物理重視不夠，物理實(shí)驗(yàn)處于停開或半開狀態(tài)，物理實(shí)驗(yàn)室各方面的投入更是嚴(yán)重匱乏，特別是演示實(shí)驗(yàn)，演示實(shí)驗(yàn)的原理一般較為簡(jiǎn)單，故很多教師和學(xué)生對(duì)這些簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)重視不夠，對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新價(jià)值及實(shí)踐價(jià)值認(rèn)識(shí)不到位，演示實(shí)驗(yàn)沒(méi)有起到應(yīng)有的作用。我們借助 2013年南京科技職業(yè)學(xué)院科研北斗創(chuàng)新平臺(tái)“物理實(shí)踐技術(shù)創(chuàng)新研究中心”，以及“大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)動(dòng)感創(chuàng)新平臺(tái)的構(gòu)建”課題，力圖建立一種演示實(shí)驗(yàn)動(dòng)感創(chuàng)新平臺(tái)，并試圖將其推廣到高職院校大學(xué)物理教學(xué)實(shí)踐。

1 平臺(tái)構(gòu)建的思路和運(yùn)行模式

1.1 平臺(tái)構(gòu)建的思路

在平臺(tái)的探索實(shí)踐中，逐步形成了“通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)使課堂與實(shí)驗(yàn)教學(xué)無(wú)縫對(duì)接，以物理演示實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新制作實(shí)驗(yàn)室為基地，提出培訓(xùn)、創(chuàng)作、交流相結(jié)合的模式，融入創(chuàng)新教育理念，對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng) 、規(guī)范 、創(chuàng)新的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，給學(xué)生一個(gè)發(fā)揮潛能和創(chuàng)造力的空間”的建設(shè)理念，加快演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改進(jìn)與創(chuàng)新。

以“測(cè)量粘滯系數(shù)實(shí)驗(yàn)”為例，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，多管落球法是常用來(lái)測(cè)量液體粘滯系數(shù)的實(shí)驗(yàn)。這種測(cè)量方法理論較簡(jiǎn)單，測(cè)量思路也很清楚，但過(guò)程很繁雜，稍微的松懈就會(huì)對(duì)結(jié)果造成很大影響，導(dǎo)致最終數(shù)據(jù)完全失去線性關(guān)系。筆者在教學(xué)實(shí)踐中，引導(dǎo)學(xué)生一起分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的問(wèn)題：（1）難以控制鋼球釋放的位置和速度。實(shí)驗(yàn)要求小鋼球沿中心軸線下落，但實(shí)驗(yàn)中小鋼球由人工釋放，無(wú)法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)將小球從管子中心軸線位置放入；（2） 落入液體中的鋼球堆在管子底部，鋼球難以取出；（3） 鋼球下落時(shí)間測(cè)量誤差較大。時(shí)間的測(cè)量是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。用秒表計(jì)時(shí)，要求實(shí)驗(yàn)者手眼一致，但實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)者反應(yīng)很難達(dá)到完全準(zhǔn)確，可能提前或延遲；且計(jì)時(shí)時(shí)，眼睛不一定完全平視液面；（4）實(shí)驗(yàn)受溫度變化影響較大。蓖麻油溫度隨實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度變化而發(fā)生變化，當(dāng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境不是恒溫態(tài)時(shí)，對(duì)于多管法，不同管徑的管子中待測(cè)液體溫度不同，即便是單管法，同一根管子管內(nèi)不同位置液體溫度也不同，失去測(cè)量意義。根據(jù)這些存在問(wèn)題，對(duì)傳統(tǒng)的粘滯系數(shù)測(cè)定儀作了改進(jìn)，裝置設(shè)計(jì)的基本思路）：（1） 用有定位作用的量筒蓋和軟磁鐵釋放鋼球，保證鋼球能沿量筒中心軸線無(wú)初速度下落；（2）將平直或凹陷的量筒內(nèi)底面做成斜面；（3）用激光光電計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)；（4）粘滯系數(shù)管用雙層中空玻璃做成。通過(guò)分析問(wèn)題，尋找解決問(wèn)題突破口，到最終設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案，這一系列過(guò)程加深了學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)的理解體會(huì)，通過(guò)“光電法測(cè)量小球下落時(shí)間”、“用氣墊導(dǎo)軌測(cè)液體的粘滯系數(shù)”、“組合式粘滯系數(shù)測(cè)量?jī)x” 系列演示實(shí)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生將知識(shí)融會(huì)貫通，將電學(xué)、力學(xué)、光學(xué)與本實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)。

1.2 演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新制作實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行

對(duì)于演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新制作實(shí)驗(yàn)室，我們準(zhǔn)備各種元器件、工具原材料以及實(shí)驗(yàn)室在物理實(shí)驗(yàn)課上不能成套利用的實(shí)驗(yàn)儀器，吸引同學(xué)走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，開展科技創(chuàng)新活動(dòng)。學(xué)生集思廣益、討論研究、自主設(shè)計(jì)，教師再加以適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，使學(xué)生感到制作一件作品并沒(méi)有想象中那么困難。

以學(xué)生創(chuàng)新作品“馬呂斯定律演示儀”為例，光學(xué)馬呂斯定律教學(xué)中，缺少直觀、驗(yàn)證性演示實(shí)驗(yàn)，不利于教師教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)與掌握。“馬呂斯定律演示儀”所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種光學(xué)馬呂斯定律教學(xué)實(shí)驗(yàn)演示裝置，利用光電影像和光電數(shù)字技術(shù)，并借助計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)直觀演證馬呂斯定律，從而幫助學(xué)生掌握和應(yīng)用該定律。學(xué)生基于光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)原理，在光源與光電管之間添加一對(duì)起偏、檢偏片，通過(guò)旋轉(zhuǎn)檢偏片，改變檢偏片的偏振化方向與起偏片的偏振化方向之間夾角，用數(shù)字微電流測(cè)量?jī)x的示數(shù)變化反映透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)變化，同時(shí)采用光電影像技術(shù)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，在計(jì)算機(jī)顯示屏上展現(xiàn)像、數(shù)、圖，直觀、形象地驗(yàn)證光學(xué)馬呂斯定律。作品在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，學(xué)生遇到了很多困難：如何將馬呂斯定律與光電效應(yīng)聯(lián)系起來(lái)并有機(jī)結(jié)合，兩塊偏振片如合固定安放，攝像頭的如何取景，數(shù)學(xué)模型如何建立，如何展示演示結(jié)果。為此學(xué)生查閱了大量資料，經(jīng)過(guò)反復(fù)討論實(shí)驗(yàn)，最后研制成功。“馬呂斯定律演示儀”借助光電效應(yīng)，滿足了實(shí)驗(yàn)、理論一體化教學(xué)需求，在開發(fā)過(guò)程中激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新欲，訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新能力，適宜在實(shí)驗(yàn)室中推廣使用。

2 平臺(tái)構(gòu)建的體系措施

2.1 發(fā)揮專業(yè)特色，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與科研一體化

為營(yíng)造良好的探索、創(chuàng)造氛圍與環(huán)境，應(yīng)充分利用教師的科研項(xiàng)目和成果資源，讓其轉(zhuǎn)化成教學(xué)資源，使教學(xué)與科研緊密相結(jié)合，并體現(xiàn)學(xué)校自身的學(xué)科、專業(yè)、師資特色，使大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為物理課堂、實(shí)驗(yàn)與科研整體中不可分割的一部分。

演示實(shí)驗(yàn)的開發(fā)應(yīng)用過(guò)程，不僅是對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過(guò)程，同時(shí)也是提升教師團(tuán)隊(duì)整體科研能力的過(guò)程。近五年，南京科技職業(yè)學(xué)院科研北斗創(chuàng)新平臺(tái)“物理實(shí)踐技術(shù)創(chuàng)新研究中心”教師團(tuán)隊(duì)已申報(bào)專利20余項(xiàng)，如“一種液體黏度測(cè)量?jī)x的光電測(cè)試裝置”、“一種用于液體黏度測(cè)量的光電接受轉(zhuǎn)換部件”、”旋光實(shí)驗(yàn)演示裝置”等，已取得授權(quán)的發(fā)明專利5項(xiàng)、實(shí)用新型專利10余項(xiàng)，并將專利結(jié)果實(shí)施到教學(xué)實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)與科研一體化。

2.2 平臺(tái)全面開放

（1）全面開放演示實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生參觀過(guò)程中主要由實(shí)驗(yàn)員（可聘請(qǐng)學(xué)生）講解，在講解中注重與學(xué)生的討論，鼓勵(lì)學(xué)生說(shuō)出自己的想法和問(wèn)題，錯(cuò)誤無(wú)責(zé)，創(chuàng)新有獎(jiǎng)，突出對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。學(xué)生根據(jù)自己的興趣與特長(zhǎng)自主選題，完成一項(xiàng)創(chuàng)意性演示儀器的設(shè)計(jì)制作，并投入到物理教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生從中得到創(chuàng)造精神和實(shí)踐能力的全面的鍛煉與提高。

（2）將教師的專利成果、科研項(xiàng)目與學(xué)生分享、討論、研究，吸收有創(chuàng)新能力的學(xué)生與教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員一起共同完成演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

3 結(jié)束語(yǔ)

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)動(dòng)感創(chuàng)新平臺(tái)運(yùn)行高效，提高了學(xué)生創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力，提升了大學(xué)物理課程教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科研一體化。如何適應(yīng)當(dāng)下物理教學(xué)發(fā)展的要求，提高演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果，深化大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，值得我們不斷研究探索。

【參考文獻(xiàn)】

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