周菊林 梅孝安 李蓓 周華林 湖南理工學(xué)院 物電學(xué)院，湖南 岳陽 414000

文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的開設(shè)與探討

周菊林 梅孝安 李蓓 周華林 湖南理工學(xué)院 物電學(xué)院，湖南 岳陽 414000

針對當(dāng)代高科技的迅猛發(fā)展和時代的要求，許多大學(xué)都陸續(xù)開設(shè)了文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)，本文總結(jié)了文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)，分析了開設(shè)文科生大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的必要性，并對文科生的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的開課現(xiàn)狀進(jìn)行了探討和分析。

文科學(xué)生；演示實(shí)驗(yàn)；大學(xué)物理；物理實(shí)驗(yàn)；

students majored in liberal arts； demontrative experiments；college physics；physics experiment；

1.什么是大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)

大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個重要環(huán)節(jié)，它包含經(jīng)典物理、近代物理和物理學(xué)在科學(xué)技術(shù)上應(yīng)用的初步知識，包括力學(xué)、分子物理與熱學(xué)、電磁學(xué)、振動與波動、光學(xué)、近代物理與綜合等一百多個大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大多與實(shí)際生活、自然現(xiàn)象有關(guān)，還有許多項(xiàng)目是利用物理學(xué)基本原理結(jié)合創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)制作出來的，集知識性和趣味性于一體，既有古老的經(jīng)典演示實(shí)驗(yàn), 又有融合多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的演示探索實(shí)驗(yàn)，能適應(yīng)不同專業(yè)的學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的不同要求，部分演示實(shí)驗(yàn)還能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)模擬真實(shí)物理環(huán)境的能力，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)控、收集和處理，具有科學(xué)前沿性和濃厚的工程特色。所開設(shè)的內(nèi)容都是經(jīng)過精心組織設(shè)計(jì)的，課程結(jié)構(gòu)緊湊，內(nèi)容生動，深入淺出，小到身邊的自然現(xiàn)象，大到現(xiàn)代高新技術(shù)，都能在本課程中得到體現(xiàn)。如海市蜃樓、避雷針、超聲霧化、靜電除塵、3D影視等。

2.開設(shè)文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課的必要性

在物理教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)有著其他輔助教學(xué)手段不可替代的作用。通過演示實(shí)驗(yàn)，有利于幫助學(xué)生直觀、形象地理解物理現(xiàn)象的變化規(guī)律，形成正確的物理概念，清晰地揭示物理規(guī)律，啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和求知欲望。物理學(xué)的思想、觀點(diǎn)和方法給人以智慧和啟迪，是科學(xué)素質(zhì)教育中不可缺少的重要組成部分。對文科學(xué)生開設(shè)物理實(shí)驗(yàn),拓展物理學(xué)的科學(xué)普及功能，讓文科學(xué)生學(xué)習(xí)一些與現(xiàn)代生活密切相關(guān)的物理學(xué)基本知識，感受物理學(xué)中科學(xué)的思維方法,了解物理學(xué)與社會發(fā)展的密切關(guān)系，有利于文科學(xué)生文理互補(bǔ)和兼通，有效地提高文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[1]。在物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中文科學(xué)生受益匪淺:

2.1 有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法,物理學(xué)中體現(xiàn)的科學(xué)思維和科學(xué)方法不僅適用于物理學(xué)本身，同樣適用于自然科學(xué)和社會學(xué)科的各個領(lǐng)域，而且對解決日常工作生活中的各類問題都有著普遍的適用性。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于學(xué)生養(yǎng)成按科學(xué)方法思考問題、解決問題的習(xí)慣，有效地促進(jìn)文科學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2.2 有利于培養(yǎng)學(xué)生辯證唯物主義的世界觀, 學(xué)習(xí)理解物理現(xiàn)象中的對立統(tǒng)一及互相轉(zhuǎn)化、量變與質(zhì)變、局部與整體、現(xiàn)象與本質(zhì)、特殊與一般、主要矛盾與次要矛盾、矛盾的主要方面與次要方面等辯證關(guān)系，使學(xué)生形象而真實(shí)地感受唯物辯證法的運(yùn)用，熏陶和促進(jìn)學(xué)生自覺使用唯物辯證法的思想方法，去觀察、理解和處理所遇到的各種問題。

2.3 有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神與品德,在學(xué)習(xí)物理學(xué)成果的同時，倡導(dǎo)科學(xué)精神、弘揚(yáng)科學(xué)品德，對學(xué)生今后的行為規(guī)范、價(jià)值取向、綜合素質(zhì)和人格的培養(yǎng)起著潛移默化的作用。

2.4 有利于學(xué)生形成科學(xué)的自然觀和審美觀，物理學(xué)強(qiáng)調(diào)人與自然的和諧相處，具有明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統(tǒng)一等美學(xué)特征，有利于培養(yǎng)文科學(xué)生的科學(xué)的審美觀，通過對自然科學(xué)的探索和研究，去更好地了解自然、利用自然和保護(hù)自然，有利于幫助學(xué)生樹立科學(xué)的自然觀，糾正以往強(qiáng)單純強(qiáng)調(diào)征服自然、改造自然的偏向，增強(qiáng)熱愛自然、保護(hù)自然、造福人類的意識，培養(yǎng)學(xué)生對社會發(fā)展和人類與環(huán)境高度關(guān)注的社會責(zé)任感，促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

3.如何開展文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課

由于授課對象是高校文科學(xué)生，其教學(xué)目標(biāo)也不同于理工科物理演示實(shí)驗(yàn)課，因此，在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段上，都應(yīng)與理工科的物理演示實(shí)驗(yàn)有所不同，才能充分提高文科學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng)和科學(xué)探究精神[2]。結(jié)合文科學(xué)生的特點(diǎn)，我們在文科學(xué)生物理演示實(shí)驗(yàn)的課程教學(xué)中，做了以下幾點(diǎn)改革：

3.1 在教學(xué)內(nèi)容上，結(jié)合相關(guān)的物理演示項(xiàng)目補(bǔ)充基礎(chǔ)物理知識

利用文科物理課程，有針對性地向文科學(xué)生介紹補(bǔ)充一些物理基礎(chǔ)理論知識,不苛求全面、系統(tǒng)，但應(yīng)具有一定的涵蓋面和完整性，力求用通俗、簡潔的語言描述物理現(xiàn)象和規(guī)律，避免復(fù)雜的物理推導(dǎo)和數(shù)學(xué)計(jì)算。通過身邊生活中的物理現(xiàn)象來導(dǎo)入物理基礎(chǔ)知識,使學(xué)生感悟和認(rèn)識物理學(xué)的重要性，并懂得一些基本的物理原理[3]。

在介紹物理基礎(chǔ)知識的同時，介紹一些相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如汽車的結(jié)構(gòu)和控制、3D立體影像、光導(dǎo)纖維的工作原理及應(yīng)用、電磁波的發(fā)射與接收、空調(diào)制冷、超導(dǎo)與磁懸浮等，使文科學(xué)生對當(dāng)代科技的應(yīng)用和發(fā)展有了基本的了解。如:在模擬電冰箱演示實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以觀察到壓縮機(jī)工作時蒸發(fā)器和冷凝器的壓力大小，還可以輕輕觸摸壓縮機(jī)、蒸發(fā)器和冷凝器，感受蒸發(fā)器和冷凝器的溫度差異，通過學(xué)習(xí)可以了解到冰箱、空調(diào)器的工作原理，從而對熱力學(xué)第二定律有著進(jìn)一步的理解，還可以了解到制冷劑這種物質(zhì)的特性，了解到環(huán)保型制冷劑R134a是一種在高壓下容易液化又能在低溫下汽化的一種工質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)為-26℃，極易汽化，當(dāng)它在低溫下沸騰汽化時就會大量地吸收周圍的熱量，這樣就可以達(dá)到制冷的目的。

在超導(dǎo)磁懸浮的動態(tài)演示實(shí)驗(yàn)中，該裝置是一個盛放高臨界溫度超導(dǎo)體的簡易列車模型，當(dāng)將一個永磁鐵移近超導(dǎo)體表面時，磁通線進(jìn)入表面超導(dǎo)體內(nèi)，在超導(dǎo)體內(nèi)形成很大的磁通密度梯度，感應(yīng)出高臨界電流，從而對永磁鐵產(chǎn)生排斥，排斥力隨著相對距離的減小而增大，它可以克服超導(dǎo)體的重量，使其懸浮在永磁鐵上方的一定高度上。當(dāng)超導(dǎo)體遠(yuǎn)離永磁鐵移動，在超導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生負(fù)的磁通密度，感應(yīng)出反向的臨界電流，對永磁鐵產(chǎn)生吸力，也可以克服超導(dǎo)體的重量，使其倒掛在永磁鐵下方的某個位置上，并可在旋轉(zhuǎn)磁場加速裝置作用下，沿軌道以懸浮或倒掛懸浮狀態(tài)無摩擦地連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

通過學(xué)習(xí)光導(dǎo)纖維，學(xué)生就能明白為什么光線能在光纖中曲折前進(jìn)，仿佛光線被包層緊緊地封閉在芯線內(nèi)，就好像自來水只能在水管里流動一樣。初步了解光纖通信技術(shù)，為什么一對細(xì)如蛛絲的光導(dǎo)纖維能同時通一百億路電話！而一對金屬電話線至多只能同時傳送一千多路電話。鋪設(shè)1000公里的同軸電纜大約需要500噸銅，而改用光纖通信只需幾公斤石英就可以了。另外，利用光導(dǎo)纖維制成的內(nèi)窺鏡可以幫助醫(yī)生檢查胃、食道、十二指腸等的疾病。光導(dǎo)纖維把胃里的圖像傳出來，醫(yī)生就可以窺見胃里的情形，然后根據(jù)情況進(jìn)行診斷和治療。通過這些實(shí)例分析使文科生對現(xiàn)代高科技有進(jìn)一步的了解。

3.2 在教學(xué)理念上強(qiáng)化人文教育

在文科物理教學(xué)中，以文科學(xué)生易于接受的物理基礎(chǔ)知識為載體和出發(fā)點(diǎn)，充分發(fā)揮物理學(xué)的科學(xué)教育功能和思想文化教育功能，突出物理思想和科學(xué)方法教育，注重展示物理學(xué)的文化內(nèi)涵和人文精神，通過物理思想和人文精神的有機(jī)融合,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力、創(chuàng)新意識、勇于探求真理的創(chuàng)新精神和求真務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，形成科學(xué)的世界觀，提高文科學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，消除科學(xué)文化與人文文化之間的隔閡,以適應(yīng)知識經(jīng)濟(jì)時代對大學(xué)生知識結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新能力的要求。

將學(xué)習(xí)物理的過程升華為欣賞物理的過程，以物理學(xué)的美吸引學(xué)生, 以物理學(xué)的密切關(guān)系，關(guān)注物理學(xué)在解決能源、環(huán)境等社會問題中的積極作用，增強(qiáng)文科學(xué)生的科技意識、節(jié)能意識、環(huán)保意識和社會責(zé)任感。指導(dǎo)文科學(xué)生用理性的思維去分析問題和解決問題，提高文科學(xué)生的科學(xué)文化素養(yǎng)[4]。如物理學(xué)的發(fā)展史、重大物理學(xué)的發(fā)明發(fā)現(xiàn)等對人類生活的巨大推動作用。

3.3 在教學(xué)方法上，注重理論教學(xué)與實(shí)際操作相結(jié)合

物理演示實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的趣味性和知識性，有利于增強(qiáng)文科學(xué)生對物理現(xiàn)象的感性認(rèn)識, 幫助他們直觀、形象地理解物理現(xiàn)象和規(guī)律，啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)他們學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣和求知欲望。在課堂教學(xué)中，按力熱電光近代物理等先重點(diǎn)講授一部分理論知識,然后充分利用演示實(shí)驗(yàn)來展開教學(xué)。

在教學(xué)當(dāng)中應(yīng)鼓勵學(xué)生注重實(shí)際操作,積極參與動手實(shí)踐、探求科學(xué)奧秘，在教師指導(dǎo)下親自動手做一些實(shí)驗(yàn)。教師精心為每個實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探究性思考題，努力改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和思維習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生展開實(shí)驗(yàn)的科學(xué)探究，讓他們經(jīng)歷科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法，培養(yǎng)科學(xué)探究精神，從中樹立創(chuàng)新意識，促進(jìn)學(xué)生知識和能力的協(xié)調(diào)發(fā)展。如讓學(xué)生親自做魚洗實(shí)驗(yàn)，凈手摩擦洗耳，當(dāng)手的運(yùn)動速度達(dá)到一定值時，洗盆中才會出現(xiàn)水花四濺的現(xiàn)象，通過搓洗學(xué)生就會理解只有當(dāng)手的摩擦力引起的振動頻率和洗壁的固有頻率相等或接近時產(chǎn)生共振，由于洗底的限制，入射波和反射波相遇疊加形成駐波，從而出現(xiàn)水花四濺的現(xiàn)象[5]。

3.4 教學(xué)手段上，案例教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合

將文科類課程的案例教學(xué)方法引入文科物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，通過大量生動案例來展現(xiàn)物理，引導(dǎo)學(xué)生主動參與案例分析與討論，使物理演示實(shí)驗(yàn)課程變得親切、有趣，富有吸引力和說服力。

將案例教學(xué)與多媒體教學(xué)相結(jié)合，充分發(fā)揮多媒體教學(xué)的優(yōu)勢,將抽象的物理概念、常見的物理現(xiàn)象、生動的物理案例，通過圖片、動畫、視頻錄像、科教片插播等方式，形象直觀地展現(xiàn)出來, 增強(qiáng)課程的表現(xiàn)力和感染力，幫助學(xué)生更好地理解物理知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的興趣。

我們結(jié)合文科物理教學(xué)，收集和編制了幾十個多媒體教學(xué)案例，向?qū)W生提供有利于素質(zhì)教育的課堂教學(xué)案例。如納米技術(shù)及應(yīng)用，靜電的防治及應(yīng)用，激光原理與技術(shù)，現(xiàn)代能源技術(shù)，電磁波與現(xiàn)代通訊，傳感器與檢測技術(shù)，超導(dǎo)與磁懸浮等，使文科學(xué)生對當(dāng)代科技的應(yīng)用和發(fā)展有基本的了解。案例教學(xué)與多媒體教學(xué)的完美結(jié)合，大大提高了文科物理課程的生動性和吸引力。

4.當(dāng)代大學(xué)開設(shè)文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀分析

面向文科學(xué)生開設(shè)《物理演示實(shí)驗(yàn)》也是時代的要求，現(xiàn)在有些大學(xué)已開設(shè)了文科學(xué)生物理演示實(shí)驗(yàn)課，如復(fù)旦大學(xué)開設(shè)的《文科物理（理論與實(shí)驗(yàn)）》課已發(fā)展成國家精品課程，還建立了文科物理實(shí)驗(yàn)室（自學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室），對選課學(xué)生自由開放，這在全國尚屬首例。濟(jì)南大學(xué)則以16課時（1學(xué)分）面向文科學(xué)生開設(shè)了首創(chuàng)的《文科物理實(shí)驗(yàn)》短課時通選課，東南大學(xué)也開設(shè)了文科物理實(shí)驗(yàn)， 河北大學(xué)工商學(xué)院為使文科學(xué)生盡早修夠素質(zhì)學(xué)分，特開設(shè)《文科大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)》課程，在湖南大學(xué)、湖南師范大學(xué)也都向文科學(xué)生開設(shè)了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)。

我校的文科物理演示實(shí)驗(yàn)設(shè)定為人文素質(zhì)課為校選修課，36課時，兩個班共一百名學(xué)生，采用網(wǎng)上選課的方式，我們針對文科學(xué)生的知識特點(diǎn)，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念、教學(xué)方法和教學(xué)手段上都做了相應(yīng)的改革，并從以下幾個方面，指導(dǎo)文科學(xué)生開展大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的研究性學(xué)習(xí)，并作為學(xué)生平時成績考核的基本內(nèi)容。

4.1 認(rèn)識一位物理學(xué)家

要求每位學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，至少了解一位自己特別崇拜的物理學(xué)家的生平事跡。許多物理學(xué)家在科學(xué)研究過程中體現(xiàn)出百折不撓的科學(xué)精神，一絲不茍的科學(xué)態(tài)度，求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)。在學(xué)習(xí)物理學(xué)成果的同時，弘揚(yáng)物理學(xué)家的人格品質(zhì)，對學(xué)生素質(zhì)和人格的培養(yǎng)也起著潛移默化的作用。

4.2 了解一項(xiàng)發(fā)明由來

通過查找資料或?qū)＠?，了解一?xiàng)物理學(xué)相關(guān)發(fā)明的形成過程、基本原理、設(shè)計(jì)思路和應(yīng)用價(jià)值，通過研究性學(xué)習(xí)，進(jìn)行創(chuàng)新思維、創(chuàng)新方法的熏陶，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新素質(zhì)。

4.3 查找一個應(yīng)用案例

查找物理學(xué)在日常生活和所學(xué)專業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例，要求寫出詳細(xì)的調(diào)研報(bào)告或制作成課件，并挑選部分學(xué)生上講臺演講。培養(yǎng)學(xué)生信息收集、檢索、研究、整合能力和語言表達(dá)能力，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣，同時也為教師開展研究性教學(xué)提供豐富的素材。

4.4 撰寫一篇心得體會

從任何角度，撰寫一篇學(xué)習(xí)物理演示實(shí)驗(yàn)的心得體會，如探究物理問題的方法或思路、學(xué)習(xí)物理演示實(shí)驗(yàn)的收獲、物理學(xué)與哲學(xué)的關(guān)系、物理學(xué)發(fā)展與人類社會發(fā)展的關(guān)系等，培養(yǎng)學(xué)生對社會發(fā)展的高度責(zé)任感。

5.結(jié)語

通過針對文科生大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)并適當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，使文科學(xué)生不僅懂得了身邊生活中的物理現(xiàn)象，還可以了解多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，彌補(bǔ)了文科學(xué)生物理知識的不足，有效地提高文科學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[6]。如何更好地開展文科學(xué)生的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)也在不斷探索與研究中，我們將不斷改革創(chuàng)新，充分挖掘?qū)W校的教學(xué)資源，利用物理演示實(shí)驗(yàn)提高文科學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新能力，共同促進(jìn)社會的可持續(xù)發(fā)展。

[1]董軍.淺議物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用[J].黑龍江科技信息,2010，01：27～28

[2]方興安，胡建華.文科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開設(shè)的實(shí)踐與思考[J].物理實(shí)驗(yàn),2004,07:31～32

[3]何雄輝.文科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討和研究[J].湘潭師范院校學(xué)報(bào)<自然科學(xué)版>,2007，02：43～44

[4]鐘曉燕，劉文軍.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)踐和探索[J].中國科技信息,2010，04：238～239

[5]張智.大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)[M].長沙：湖南大學(xué)出版社，2008：28～29.

[6]耿愛叢，趙慈，黃英群.淺談大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的作用及改進(jìn)措施[J].中國電力教育，2008，06：97～98.

ow to develop college physics demontrative experiments to students majored in liberal arts

Zhou Julin，Mei xiaoan，Li Bei，Zhou Hualin
（School of Physics and Electronic，Hunan Institute of Science and Technol，oYgyueyang hunan414000，China）

It is analysised the characteristics of college physics demontrative experiments to students majored in liberal arts and the benefits of electing college physics demontrative experiments are appointed out,the status quo of college physics demontrative experiments to students majored in liberal arts in our school is also stated。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.23.156

湖南省教育廳教改資助項(xiàng)目(2009257),湖南理工學(xué)院院級資助項(xiàng)目(2010KT16)

周菊林(1968-),女,湖南汨羅人,碩士,湖南理工學(xué)院物電學(xué)院高級工程師,主要從事大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),研究方向:光學(xué)與熱學(xué).的真陶冶學(xué)生，以物理學(xué)家的事跡感化學(xué)生。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注物理學(xué)與人類社會發(fā)展

DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2011.24.142