摘要：本文介绍了中国计量大学物理系基于演示实验的电磁学课堂教学改革。我们实践发现，在电磁学课堂教学过程中，引入实物演示实验和视频动画演示实验，极大地改善了课堂教学效果，提高了教学质量，而且师生关系也得到了加强。
关键词：演示实验；电磁学；教学改革
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）02-0269-02
一、现实背景
美国物理学家密里根曾说过：“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验；有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面。只有使用两条腿，才能前进。”物理学是一门集理论和实验的综合性学科，其中许多的物理规律就是在实验中被发现、总结、验证。而电磁学是物理学本科专业的必修课程，同时也是一门基于实验的主干课程。它是物理学的一个重要分支，是研究电和磁的相互作用现象，其内容主要包含电现象、磁现象和电磁现象，其知识体系具有一定的抽象性，许多物理原理的解释必须要借助实验的现象才能有深刻地理解。此外，电磁学的知识部分是比较枯燥的，教学过程中存在一定的难度，学生们听课也容易产生畏惧情绪，进而会影响教学质量。
在过去很长一段时间里，国内的课堂教学模式，一般采用讲授法，即老师在讲台上讲，学生在下面听，而且唯书本是从，忽略了实践动手操作的重要性，对实验的重视程度远远不够，在实际的课堂教学环节中很少有实验教学的出现。在这样的背景下，想要在课堂教学过程中推广演示实验具有一定的难度。但是课堂教学演示实验具有独特的知识性、趣味性、示范性和实践性，对学生的理解和动手能力的培养有很大的帮助。
近期，随着多媒体技术在教学中的广泛应用，教师不再局限于用它来展示物理概念、规律的文字描述以及公式的推导，也逐渐引入一些物理过程的视频动画等来代替实物操作的演示实验，在一定程度上改善了课堂教学效果。而在国外，很多大学如麻省理工学院的物理教学过程中，通过助教配合，运用道具演示一些比较简单且容易实现的实验，使得学生更加直观地来理解物理概念或者含义。我们不难发现，在物理课堂教学中引入演示实验，其重要性是显而易见的。另外，随着演示实验在大学课堂教学中的作用日益凸显，对其进行的研究也越来越多。
二、研究意义
正如前面所说，物理学是一门以观察和实验为基础的自然科学，物理学的概念、规律及公式等往往是以实验为基础的。因此物理教学实验就成了物理学课堂教学不可或缺的组成部分。传统意义上的物理教学实验主要可以分为探究性实验与演示性实验。两者之间最主要的区别是实验目的的不同。探究性实验要求学生参与实验的设计与操作，目的在于加强学生的实验设计思维能力与实际动手操作能力。与之相对，演示性实验更多的是教师在教授物理学的概念、规律及公式的同时向学生演示相关实验，这类实验一般要求实验可操作性强以及实验现象明显，目的在于加深学生对于其物理概念、规律及公式的理解与记忆。
目前对于物理课堂教学和实验教学这一块的教学模式仍然是非常的单一，往往只注重课堂教学，而不注重物理实验教学。这不仅与有些院校不够重视物理实验教学有关，还有就是没有真正认识到物理实验的本质作用。另外，仅仅把物理实验当作一种课堂训练或是一种技能是不够的。演示实验是作为教学中的一项重要教学内容。通过理论讲解和演示实验的结合，它可以实现一些抽象的物理现象或物理活动的再现，从而加强学生对抽象物理活动和物理现象的认识和理解，帮助学生掌握和归纳物理规律，还能培养学生的观察能力和逻辑思维能力，进而激发学生的学习兴趣，提高学生的学习效率。
三、改革与实践
电磁学的课堂教学从研究对象及内容上相对于物理学的其他分支有着更大的挑战性，这主要体现在电磁学的概念更加抽象，规律及公式更加深奥，相关的物理现象也更加复杂。这不仅对学生的理解能力提出更高的要求，客观上也加大了教师的教学难度。传统的电磁学教学模式是教师在课堂上讲解，学生被动地在听，这个模式是以教师为中心的一种教学模式，这种方法是有诸多弊端的。虽然教学过程中可能有师生互动的情节，但是通过实际的课堂教学反馈，发现了很大一部分学生在电磁学理论的学习上遇到了比较大的困难。
因此，对电磁学课堂教学的改革就显得尤为重要，我们在中国计量大学物理系的电磁学课堂中引入了演示实验，其中包括实物操作和视频动画演示实验，将理论教学与演示实验相结合。通过这种教学模式与传统的教学模式进行对比，就可以清楚地知道实行课堂改革之后的效果和作用。针对电磁学的教学内容，我们通过以下三个部分来具体分析。
1.电学演示实验在课堂教学中的作用。相对于电磁学的其他分支，电学本身包含的难点并不是很多，但电学是电磁学的基础，对电学的学习是整个电磁学的入门阶段，在这一阶段，学生还未形成对电磁学特有的认知，也没有形成特定的思维方式，所以往往在理解电磁学概念时表现出一定的主观性、片面性和表面性。针对这些问题，我们引入了避雷针演示实验让学生尖端放电现象，从而帮助学生加快电学知识的认知及加深对于电学概念的理解。
2.磁学演示实验在课堂教学中的作用。在这个电磁学理论中磁学部分占了相当大的内容，并且磁学的内容比之前的电学难度更大，故而磁学演示实验在课堂教学中的作用更加突显。在实际教学环节中，我们引入安培力演示实验，学生就很容易明白通电导线在磁场中是怎么受到磁场力的作用的。对于课堂里比较难做的实验，我们用视频动画演示，然后做进一步的讲解和讨论。
3.电磁学演示实验在课堂教学中的作用。在电磁学学科发展历史中，电磁感应现象被发现之后，原本两个相对独立的学科——电学与磁学，发展成为了一个密不可分的整体。从这个意义上讲，在现在及未来很长的一个历史阶段，经典电磁学研究的重点将是有关电与磁的相互联系以及相互作用。结合这样的一个大背景，对于电磁学的学习不仅要重视电学与磁学的学习，更重要的是在此基础上对电磁相互作用的学习。但电和磁一相互作用，在实际教学环节中，我们发现学生就很难来理解其物理概念或者含义。所以我们引入多个课堂演示实验，例如引入楞次定律演示实验来理解磁场的变化是如何产生电的。另外，也引入多个视频动画演示，使得学生直观地理解相关的物理概念或者含义。
通过实践，我们发现，在课堂上经过教师对物理知识的讲解和梳理，再结合简单方便、直观明了、形象生动的物理演示实验，将这些抽象、复杂的物理过程或现象展现在学生面前，能够让学生切身地感受到电磁学在生活中的存在，从而有效地帮助学生理解并掌握其中的相关知识，从而极大地改善课堂教学的效果。另一方面，演示实验可以将抽象理论概念转化为直观的实验现象呈现给学生，进一步地引导学生思考和探索问题，从而提高了课堂的教学质量，学生的学习效率也有了很大的提高。与此同时，以演示实验观察提高理论水平，拓宽了学生的想象思维，对培养学生的创新能力也起了一定的作用。此外，通过讲解和演示，师生之间的这种教与学的亲密性、互动性也得到了加强，学生更爱学，老师更爱教。
作者：陈苗根
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