大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的定位及有效教學(xué)方法探討

1、 摘要本文介紹了大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中的作用和地位,并從有效教學(xué)的角度探討大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法。關(guān)鍵詞演示實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)創(chuàng)新能力隨著時(shí)代的發(fā)展,社會(huì)越來(lái)越需要具有較高科學(xué)素質(zhì)的人才。在當(dāng)前高等教育步入大眾化教育的形勢(shì)下,許多高校在教學(xué)中開(kāi)始重視理論教學(xué)中的實(shí)踐滲透。不少高校在大學(xué)物理課程教學(xué)中逐漸認(rèn)識(shí)到演示實(shí)驗(yàn)的重要性,開(kāi)設(shè)了演示實(shí)驗(yàn)課程并建立起了專門的演示實(shí)驗(yàn)室。然而在大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)施過(guò)程中,由于認(rèn)識(shí)上的片面導(dǎo)致一些問(wèn)題,如投入欠缺、定位不明等;又由于教學(xué)方法的不當(dāng)而產(chǎn)生低效甚至無(wú)效的現(xiàn)象。在此,我們從演示實(shí)驗(yàn)面向不同對(duì)象教學(xué)等特點(diǎn)出發(fā)作詳盡討論,就大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的

2、作用和定位作進(jìn)一步說(shuō)明,同時(shí)從有效教學(xué)的角度,就相應(yīng)的教學(xué)方法作進(jìn)一步探討。1大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的作用及定位物理學(xué)是關(guān)于自然科學(xué)基本形態(tài)的科學(xué),物理概念的認(rèn)識(shí)與確立,新規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與觀察都依賴于實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ),是檢驗(yàn)物理理論的標(biāo)準(zhǔn),教育部明確規(guī)定理工科專業(yè)學(xué)生必修大學(xué)物理理論及實(shí)驗(yàn)課程。但物理演示實(shí)驗(yàn)既不同于大學(xué)物理理論課程教學(xué),也不同于普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),有其自身特點(diǎn),許多高校積極探索將其形成一門課程。因此,必須將物理演示實(shí)驗(yàn)與物理理論教學(xué)和普通物理實(shí)驗(yàn)課程區(qū)別開(kāi)來(lái),對(duì)其定位必須有明確的認(rèn)識(shí)。大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)面向的對(duì)象是全體大學(xué)生,對(duì)于理工類專業(yè)學(xué)生而言,物理演示實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的一個(gè)重要

3、組成部分,也是不可缺少的一部分。在幫助學(xué)生建立物理概念和物理思想,推導(dǎo)物理規(guī)律的學(xué)習(xí)過(guò)程中,有著十分重要的作用,同時(shí),對(duì)于培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ灿兄卮笠饬x。此外,演示實(shí)驗(yàn)?zāi)芑橄鬄榫唧w,化枯燥為生動(dòng),把要研究的物理現(xiàn)象清楚地展示在學(xué)生面前。它有益于增強(qiáng)授課的科學(xué)性、精彩性、趣味性,因而也是提高教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要手段。對(duì)于非理工科專業(yè)學(xué)生而言,接受物理演示實(shí)驗(yàn)的教育能很好地增強(qiáng)他們的科學(xué)素養(yǎng),并自覺(jué)地運(yùn)用物理學(xué)思想、方法去研究他們所學(xué)的學(xué)科,推廣科普知識(shí)和技術(shù),物理演示實(shí)驗(yàn)有著其他課程無(wú)法替代的作用。2大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)相對(duì)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程以及中學(xué)物理

4、課堂演示實(shí)驗(yàn),大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)主要具有以下幾個(gè)特點(diǎn):1大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)通常是定量驗(yàn)證物理規(guī)律,大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)往往是定性說(shuō)明物理現(xiàn)象,并主要是為了配合大學(xué)物理課程教學(xué)內(nèi)容的,演示實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容一般與教材教學(xué)內(nèi)容是密切相關(guān)的。2大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)與中學(xué)物理課堂演示實(shí)驗(yàn)不盡相同,中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容較為簡(jiǎn)單,演示實(shí)驗(yàn)也是選取較為簡(jiǎn)單、易攜帶和操作性容易的實(shí)驗(yàn),教師一般可將這些演示實(shí)驗(yàn)裝置帶到課堂配合所要傳授的知識(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。而大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)相對(duì)而言,具有涉及知識(shí)面廣、實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、不便攜帶等特點(diǎn),所以,對(duì)于絕大部分演示實(shí)驗(yàn),一般很難在課堂教學(xué)中直接演示的。3大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)面對(duì)的對(duì)象是大學(xué)生,所以,它不僅僅

5、就是向?qū)W生展示物理現(xiàn)象,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力,使學(xué)生能夠從物理現(xiàn)象中找出規(guī)律,還應(yīng)當(dāng)在培養(yǎng)學(xué)生的探索能力和創(chuàng)新能力方面提出更高的要求。3大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的有效教學(xué)方法探討基于大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)具有上述特點(diǎn),所以,其教學(xué)方法不能簡(jiǎn)單參照其他課程的演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法,也不能完全按照中學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法。這就很有必要探索適合大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)的有效教學(xué)方法。所謂“有效教學(xué)”,是指師生遵循教學(xué)活動(dòng)的客觀規(guī)律,以最優(yōu)的速度、效益和效率促進(jìn)學(xué)生獲得整合、協(xié)調(diào)、可持續(xù)的進(jìn)步和發(fā)展,從而有效地實(shí)現(xiàn)預(yù)期的教學(xué)目標(biāo),滿足社會(huì)和個(gè)人的教育價(jià)值需求而組織實(shí)施的教學(xué)活動(dòng)。有效教學(xué)基本特征有:以學(xué)生發(fā)展為本的教學(xué)目標(biāo);預(yù)

6、設(shè)與生成的辯證統(tǒng)一;教學(xué)有效知識(shí)量高;教學(xué)生態(tài)和諧平衡;學(xué)生發(fā)展取向的教師教學(xué)行為等。以下是筆者對(duì)大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)方法的一些嘗試。3.1課堂演示與課下演示相配合相對(duì)中學(xué)物理而言,大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容要難一些,也要多一些,如前面所述的一樣,很多實(shí)驗(yàn)由于不便攜帶,難以在課堂上當(dāng)場(chǎng)演示。所以,可以通過(guò)兩種方法來(lái)開(kāi)展演示實(shí)驗(yàn):一是將部分容易攜帶、簡(jiǎn)單的演示實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)大學(xué)物理教學(xué)課堂;二是建立專門的大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)室,學(xué)生以班為單位在課下進(jìn)入演示室參觀和學(xué)習(xí)演示實(shí)驗(yàn),采用將課堂(1中國(guó)計(jì)量學(xué)院浙江杭州310018;2浙江工商大學(xué)浙江杭州310018中圖分類號(hào):G642.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):167

7、2-7894(201021-111-02111 (上接第88頁(yè)4新器件和模塊不斷推出。高檔的PLC除了主要采用CPU以提高處理速度外,還有帶處理器的EPROM或RAM 的智能I/O模塊、高速計(jì)數(shù)模塊、遠(yuǎn)程I/O模塊等專用化模塊。5編程工具豐富多樣,功能不斷提高,編程語(yǔ)言趨向標(biāo)準(zhǔn)化。有各種簡(jiǎn)單或復(fù)雜的編程器及編程軟件,采用梯形圖、功能圖、語(yǔ)句表等編程語(yǔ)言,亦有高檔的PLC指令系統(tǒng)。6發(fā)展容錯(cuò)技術(shù),采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。7追求軟硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。什么是PLC?它是一種即時(shí)系統(tǒng),有別于個(gè)人電腦。傳統(tǒng)式以繼電器為主的電機(jī)控制系統(tǒng)中,每當(dāng)變更設(shè)計(jì)時(shí),整個(gè)系統(tǒng)幾乎都要重新制作,不但費(fèi)時(shí)又費(fèi)

8、力;同時(shí)由于繼電器還有接點(diǎn)接觸不良、磨損、體積大之缺點(diǎn),因此造成成本升高、可靠性低、不易檢修等問(wèn)題。為了改善這些缺點(diǎn),美國(guó)DEC在1969年首度發(fā)表:可程式控制器(Programmable Controller。程式控制器在發(fā)表初期被稱為Programmable Logic-Controller,簡(jiǎn)稱PLC,最先的目的是取代繼電器,以執(zhí)行繼電器邏輯及其他計(jì)時(shí)或計(jì)數(shù)等功能的順序控制為主,所以也稱順序控制器,其結(jié)構(gòu)也像一部微電腦,所以也可稱為微電腦可程式控制器(M CPC,直到1976年,美國(guó)電機(jī)制造協(xié)會(huì)正式給予命名為Programmable Controller,即可程式控制器,簡(jiǎn)稱PC。由于目

9、前個(gè)人電腦(Personal Computer極為普遍,加上常與可程式控制器配合使用,為了區(qū)分兩者,所以一般都稱可程式控制器為PLC以加以分別。PLC內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖程式輸入裝置:負(fù)責(zé)提供操作者輸入、修改、監(jiān)視程式用作的功能。中央處理單元(CPU:負(fù)責(zé)PLC 管理、執(zhí)行、運(yùn)算、控制等功能。程式記憶體:負(fù)責(zé)儲(chǔ)存使用者設(shè)計(jì)的順序程式參數(shù)及注解等。資料記憶體:負(fù)責(zé)儲(chǔ)存輸入、輸出裝置的狀態(tài)及順序程式的轉(zhuǎn)換資料。系統(tǒng)記憶體:儲(chǔ)存PLC執(zhí)行順序控制所需的系統(tǒng)程式。輸入回路:負(fù)責(zé)接收外部輸入元件信號(hào)。輸出回路:負(fù)責(zé)接收外部輸出元件信號(hào)。其工業(yè)用途非常廣泛,如半導(dǎo)體晶圓廠的各種自動(dòng)化設(shè)備的控制,大樓電梯機(jī)械,停車設(shè)

10、備,路邊的紅綠燈變換,控制自動(dòng)化生產(chǎn)線?？傊?目前市面上之PLC種類繁多,依照制造廠商及適用場(chǎng)所的不同而有所差異,但是每種廠牌可依機(jī)組復(fù)雜度分為大、中、小型;而一般工廠及學(xué)校通常使用小型PLC,其中以日系M ITSUBISHI三菱F系列及我國(guó)士林電機(jī)所生產(chǎn)之A系列PLC較受國(guó)人愛(ài)用。而本CAI將以三菱FX2PLC 為主加以介紹,望使用者能對(duì)PLC有更深的了解,在使用PLC時(shí)能更得心應(yīng)手?？沙淌娇刂破鲀?nèi)部基本結(jié)構(gòu)可用下圖來(lái)表示,其內(nèi)部處單元包括CPU、輸入模組、輸出模組三大部門,PLC的CPU會(huì)經(jīng)由輸入模組取得輸入元件所產(chǎn)生的訊號(hào),再?gòu)挠洃涹w中逐一取出原先以程式書寫器中輸入的控制指令,經(jīng)由運(yùn)算部

11、門邏輯演算后,再將結(jié)果輸出模組加以驅(qū)動(dòng)外在的輸出元件。參考文獻(xiàn)1張萬(wàn)忠.可編程控制器應(yīng)用技術(shù).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001(12.2于慶廣.可編程控制器原理及系統(tǒng)設(shè)計(jì).北京:清華大學(xué)出版社.2004.3常斗南.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998(7.編輯李葉亞手參與演示實(shí)驗(yàn),通過(guò)教師的指導(dǎo),進(jìn)一步培養(yǎng)他們的實(shí)際操作能力。同時(shí),學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手,也可以加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)。3.3固定教學(xué)時(shí)間和開(kāi)放教學(xué)相結(jié)合隨著當(dāng)前高等教育的不斷改革和深化,大學(xué)物理課程教學(xué)課時(shí)也在不斷減少,除少量大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)可以在課堂上演示外,絕大部分實(shí)驗(yàn)只能通過(guò)課余時(shí)間進(jìn)行。因此,可針對(duì)每個(gè)班級(jí),安排少量固定時(shí)間在專門的演示實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行教學(xué)。然而,大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很多,在有限的時(shí)間內(nèi)一一講解,也是不可能的。所以,開(kāi)放演示實(shí)驗(yàn)室也不失為一個(gè)明智之舉。3.4演示實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合傳統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是以教師為主體,學(xué)生僅僅是旁觀者,一般學(xué)生不參與實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作。這對(duì)于培養(yǎng)總之,大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)不僅在大學(xué)物理教學(xué)中起著積極的促進(jìn)作用,也可以培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力,還可提高理論教學(xué)的質(zhì)量,為學(xué)生將來(lái)從事科學(xué)研究