浅谈“理论教学和演示实验”相结合的教学方式在大学物理教学中应用

白忠臣 郝礼才 廖莎

【摘要】大学物理是一门很重要的课程，是理工类本科开设的重要的公共基础课程，因此学好大学物对提升学生对物理知识的应用能力，锻炼良好的物理思维具有重要的意义。为了让学生更好的理解和掌握物理技能和方法，本文以杨氏双孔干涉为出发点，在理论教学的基础上，再加之实验演示，针对如何提升学生的物理思维，开展了“理论教学和演示实验”相结合的研究工作。

【关键词】大学物理 理论教学 演示实验 物理思维

【中图分类号】G642.1 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）21-0172-02

引言

物理学是一门很重要的基础学科，其中大学物理又是物理学的一门重要的课程，同时大学物理也是一门实验课程。大学物理中的光学部分，比如光的几何三大定律，光的衍射和干涉等规律都是在实验的基础上总结出来的。为了让学生更加充分的理解这些知识，仅仅依靠传统的理论教学是远远不够的，还需要在此基础上，再加之演示实验。因此演示实验在大学物理等实验课程的教学中，有着非常重要的作用。

与传统的以理论教学为主的教学方式相比，把“理论教学和演示实验”相结合的教学方式更加容易激发学生学习物理的兴趣和积极性，更加容易打开学生的物理思维，更加容易的培養学生的实践动手能力和创新能力。但是，对比欧洲发达国家各大学的物理演示实验教学的发展状况，我国的课堂演示实验的整体发展仍处于初级阶段[1]。和发达国家的差距主要集中在演示内容的多样化，演示课程的专业化和演示手段的多样化等方面，除了部分的重点大学外，国内大多数的一般院校在大学物理教学模式基本上是理论教学[2]。大多数学生的反映是：课程枯燥无味，没有兴趣，无法理解和应用所学的知识。针对这一现象，本文提出“理论教学和演示实验”相结合的教学方式，即在理论教学的基础上，再加之演示实验，打开学生学习大学物理的思维模式，让学生能够灵活运用所学的知识。

一、传统的教学方式

传统的教学方式就是理论教学，即在课堂上，老师通过黑板板书和多媒体课件，介绍基本理论，然后推导公式，最后得出理论结果。通过理论教学可以使学生系统地学习和掌握学科的概念体系，培养学生的理性思维能力，所以通过理论教学来彰显学术性，鼓励通过理论创新[3]。

以杨氏双孔干涉为例，往往是老师在黑板上介绍光的干涉的基本理论，即当频率相同、振动方向相同、有恒定相位差的两列光波，在空间范围内叠加时，某些地方振动加强，某些地方振动减弱，光强形成了稳定的强弱分布的现象叫做光的干涉；然后推导公式，当频率相同、振动方向相同、有恒定相位差的两列光波可以表示为：，，在空间某点P点相遇后的场强经推导后为：，其中相位差，公式中的为光程差；得出理论结果为：当相位差时，即光程差为半波长的偶数倍时，干涉加强，出现亮条纹；当相位差时，即光程差为半波长的奇数倍时，干涉减弱，出现暗条纹，因此干涉的结果是：某些地方振动加强，某些地方振动减弱，光强形成了稳定的强弱分布的现象。

二、“理论教学和演示实验”相结合的教学方式

1.演示实验

一般认为，演示实验是指在课堂上教师为配合课堂教学而对学生所做的表演性、示范性实验。而物理演示实验就是把要研究的物理现象展示在学生眼前，引导学生观察思考，配合讲授或穿插学生讨论等方式完成课堂教学任务[4]。演示实验是让学生实实在在接触到实验仪器装置并同步观察到实验现象。演示实验对学生起着潜移默化的直接示范作用，可以指导学生分析物理现象，获得生动直观的感性认识，从而更好地理解和掌握物理概念和规律。

实物演示实验所用仪器和设备要尽量简单、轻便；演示现象须直观、明晰；演示过程时间要短且可见度高，以培养学生的观察与分析问题的能力。以杨氏双孔干涉为例，在实验室里找到光源、单孔屏、双空屏和观察屏后（如图1），分析每个所用光学器件的作用。光源的作用是提供光；单孔屏的作用是把光源发出的光变成点光源，因此单孔的孔径要小；双空屏的作用是把来自单孔屏的空变成两束相关光；观察屏的作用是观察干涉图样。然后按照实验要求，搭建光路，并根据观察屏上的干涉图样调试光路。最后，观察到观察屏上的干涉结果是等间隔的明暗相干的同心圆环；并且通过改变双空屏和观察屏的距离发现，条纹间距发生改变。

2.“理论教学和演示实验”相结合

理论教学和演示实验相结合，即在理论教学的基础上，加之实验演示。以杨氏双孔干涉为例，首先理论教学给学生讲解基本理论，介绍干涉的基本理论，然后推导公式，最后得理论结果；同时在实验室演示杨氏双孔干涉实验。用理论知识去指导实验，比如根据推导出的条纹间距（代表光的波长；D代表双孔屏和观察屏之间的距离；n代表干涉级数；d代表双孔之间的距离），分析得到，条纹间距e随着双孔屏和观察屏之间的距离D的增大而变大；同时在实验上，固定双孔屏不懂，移动观察屏，增加双孔屏和观察屏之间的距离，观察观察屏上的条纹间距，用实验结果去验证理论公式的正确性。

一边理论教学，一边演示实验，这种“理论教学和演示实验”相结合的教学方式让学生更加容易接受所讲的知识，更加容易打开学生的思维；同时鼓励学生积极参与演示实验，边演示边提出疑问，让学生主动去思考，与学生共同探索其中的物理规律。

3.教学实践的几点思考

（1）注意和学生之间的互动

演示实验不仅是为了让学生获得较为直观的感性认识，更重要的是打开学生的物理思维，培养学生的实践动手能力和创新能力[5]。此时，学生不再像传统教学模式的理论教学那样，不再被动地接受教师所讲的实验原理和方法，记住实验步骤与实验结果。传统的教学演示就是教师演示，学生看不参与，学生有种“看热闹”的心态。真正有效的课堂演示实验，应是教师示范与学生参与相结合。鼓励学生积极参与演示实验。在进行演示实验时，应采用与学生讨论分析的方法，边演示边提出疑问，让学生主动去思考，与学生共同探索其中的物理规律。

（2）多种演示实验相结合的方式

有时往往受实验器材、空间、时间的限制，无法让学生观察到实物演示实验全过程，为了不影响教学效果，我们可以事先在实验室录制实验过程，制作成多媒体视频演示实验[6]，同样可以让学生观察每个细节，有助于物理知识的掌握；而对有些无法直接观察、不能事先录制的实验，可以应用Flash、Auto-cad、Author-ware 等计算机软件进行模拟，制作成仿真动画实验，从而使本来单一的演示实验变得多样化，对教学效果和教学质量的提高也能起到积极的促进作用。

三、结语

本文以杨氏双孔干涉为出发点，分析了“理论教学和演示实验”相结合的教学方式在大学物理中的重要性。把理论教学与演示实验结合起来的大学物理教学中，学生不仅是实验的观察者，更是参与者和讨论者。演示实验在大学物理教学中起着积极的促进作用，也可以培养学生理论联系实际、创新精神和实践操作能力。

参考文献：

[1] 何林李， 王艳伟， HELinli，等. 大学物理中“理论教学与演示实验结合”新模式的探索与实践[J]. 科教导刊， 2015（1）：69-70.

[2] 李世刚， 张文保. 物理演示实验现状综述[J]. 科技信息， 2010（28）：458+461.

[3] 肖伟才. 理论教学与实践教学一体化教学模式的探索与实践[J]. 实验室研究与探索， 2011， 30（4）：81-84.

[4] 张冬梅. 高中物理演示实验的设计方法研究与实践[D]. 山东师范大学， 2008.

[5] 袁海雁， 张士威. 浅谈教师在物理实验课程的开发与利用--自制教具激发学生实践创新能力[J]. 文理导航·教育研究与实践， 2015（3）.

[6] 周小红， 吴平， 王莉，等. 对大学物理理论课与演示实验及其视频相配合的新模式的探索[J]. 物理与工程， 2009， 19（4）：32-33.