张晓航、罗吉祥、李永刚、宋慧

（南昌工程学院，南昌330099）

摘要：在理论力学的课堂理论教学中，大量应用自制的演示实验，将力学的美展示给学生看，活跃课堂气氛，激发学生的学习热情和兴趣。

关键词：理论力学，演示实验，教学模式，兴趣

 

一、引言

孔子曰“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”

爱因斯坦说，兴趣是最好的老师。

梁启超提到“我是个主张趣味主义的人……因为学问的本质能够以趣味始，以趣味终，最合于我的趣味主义条件，所以提倡学问。”^[1]

传统的力学教学以推导公式为主，经常会让学生觉得力学枯燥，望而生畏，敬而远之，觉得学习是为了应付最后的期末考试，不少学生不喜欢甚至厌弃力学。这肯定是不成功的教学，也绝非我们教师教学的初衷。

在中学的物理、化学课堂教学中，课堂演示实验是一种很好的辅助教学方式，得到教师和学生的广泛认可^[2]。对于大学教学则普遍认为大学的课堂教学要讲究理论性，要体现课程内容的逻辑性，注重数学理论的应用，注重逻辑推导，而课堂演示实验因为是以感性为主而被认为是初级的教学方式在课堂教学中基本被摒弃。在大学教学中没有必要用演示实验这是教学认识上的一个误解。演示实验在课堂中所激发的学生的学习兴趣的功能不管对中级教育和高等教育都是相当重要的。

理论力学课程是工科力学系列课程中学生接触的第一门力学课程，此课程教学效果好坏将对后续的力学课程产生深远的影响。在理论力学的教学过程中，我们一直在努力地探索，一直在思考如何提高学生的学习兴趣，如何活跃课堂气氛，让学生喜欢上力学。一次偶然的机会，我们看到美国麻省理工学院的Walter Lewin教授的介绍，说他的课极具特色，我们找到Lewin教授的“牛顿力学”的课程网站，上面有Lewin教授所上课程的全部课堂教学录像，下载下来看，一下子被Lewin教授生动的上课吸引住了，看完了一堂课，就急着想看下一堂课的录像。我们从没有过这样的感觉，原来力学那么有魅力，有那么大的吸引力，原来力学课可以这样教！Walter Lewin教授在每堂课中都安排了课堂演示实验，让学生参与其中，把学生深深地吸引住了。

从那以后，我们尝试在理论力学课堂上穿插进演示实验，平时在课前自己动手做些简单的演示实验设备，逐渐积累，演示实验的数目逐渐增多。受Lewin教授卓越教学风范的影响，我们课题组着手研制“理论力学”课程课堂演示实验设备，最终完成37项演示实验设备，涵盖了“理论力学”课程所有章节^[3][4]。在制作和准备演示实验时，自己一边制作，一边用力学知识进行分析和解释，自己不断对演示实验结果感到惊奇，也由于解释了实验现象而感到快乐，动手能力也得到了提高。我们急切地想把这种快乐在课堂上与学生分享。

二、实践

2008年以来，我们在理论力学课堂授课中，穿插了一定数量的演示实验，大大激发了学生的学习热情，收到了很好的教学效果。2010年刘谦的魔术风靡全国，我们的课堂演示实验有魔术一样的吸引力，在演示中又可以让学生参与其中，与学生互动，将原理教学和魔术般的演示效果结合起来，有魔术而且当场揭开谜底。每次做演示实验，将要演示结果时，不少学生会大声说：“见证奇迹的时刻到了。”演示完实验，教师用学生刚学过的理论给学生们作解释，学生都恍然大悟。上过作者课的学生曾这么描述“我喜欢我们的力学老师，根本原因是老师经常拿着常见的日用品給我们在课堂上做力学实验，这给予我巨大的吸引力，结果这学期我天天坐在教室的第一排……更有一次，老师让我把自行车搬到教室来当驱动单轮的‘发动机’，简直太有意思了！老师让我们在尖叫中学习，真是太有激情了。”

课堂上，我们逐渐掌握了几个能充分发挥演示实验效果的技巧。其一是先不告诉学生实验的结果，让学生去猜，让学生去分析，有时甚至从直觉方面引导学生到一个错误的结果，这样造成演示结果与直觉的结果的迥异不同，给学生留下深刻印象。比如在用玩具陀螺演示角动量定理的演示实验中，如图1左，陀螺轴的一端用线拴住，另一端用手拿住，陀螺轴线保持水平。

图1. 玩具陀螺演示实验

这时问学生，此时陀螺静止不转假如我拿陀螺一端的手放开，陀螺会怎么运动？学生议论开了，纷纷发表他们的看法，有学生说：会下掉，有学生说：下掉后作左右摆动等等。我放手之后，陀螺如绝大多数学生想象的样子往下掉，完全符合他们的直觉。紧接着我问大家：是不是很神奇？大家唏嘘：难道这个都神奇啊？达到这个效果后，我们把陀螺旋转起来，还是如前用手抓住一端，把陀螺转轴放水平后，放开持陀螺一端的手，这时陀螺没有掉下去，轴线一直保持水平绕栓着的线转动，如图1右。学生都叫起来，几乎不敢相信自己的眼睛。演示实验的效果达到了，这时学生都非常渴望知道为什么会这样。我们就开始用动量矩定理给学生解释实验结果，让学生明白如果不是这样，那就违反了动量矩定理这个自然规律了。

做好演示实验的第二个技巧是掌握好做演示实验的时刻。要是在一次上课时间里有两个演示实验，我们会把一个演示实验放在课堂中间某个合适时刻，结合课堂里的理论，做验证性实验，同时引导大家用学过的理论分析实际观察到的实验现象。另外一个演示实验最好是放在快下课之前，教师要提前演练，要知道做完这个实验需要几分钟，这样就按照这个这个时间做演示实验，基本上是做完演示实验给学生布置完对演示结果的思考就下课。学生连续上了两堂50分钟的课，快下课的时候是最累的，精神最容易懈怠，这时一听老师要做演示实验，要表演魔术了，一下子精神又抖擞起来。这时候的实验结果往往又是学生没有估计到的，这时我们就让学生带着愉快的心情下课，另外我会问学生为什么观察到这个现象。感兴趣的学生会在课后思考实验现象，会动脑筋思考去找到答案。

将演示实验的效果发挥得淋漓尽致，最好是让学生参与到课堂演示实验中来，这样更能调动学生的积极性。比如我们给学生演示一共振的实验，我们拿了一个高脚玻璃酒杯放在讲台上，用食指粘水湿润后放在杯子顶部的边缘上，手指沿边缘滑动时，杯子就会发出响亮的嗡嗡之声。学生觉得不可思议，是不是假的？我们就拿着杯子走到学生中间，让他们用自己带的水杯倒出水把手指弄湿，按我们的方法，把手指放在玻璃杯的边缘上，只要压在杯子边上的力适中，将手指沿边缘滑动，稍稍试验，就有学生成功了，玻璃杯在手指滑动转圈中发出响亮的嗡嗡之声。我们抓住时机就说：你们看，这位学生成功了，这实验不是我的专利。学生们相信了实验结果，纷纷地问：这神奇的声音到底怎么产生的？其它杯子也会发出这声音吗？受我们演示实验的感染，学生在课外自己开始观察和思考身边的力学现象，用他们学到的力学知识进行解释和欣赏，这些都在本课程最后的学生大作业论文中得到体现。

我们的教育理念就是“寓学于乐”，在掌握基础的同时，快乐学习，并在学习中感受力学之美。这里涉及两个问题，一个是教学艺术，我们在实践和探索中总结了如上的三点，以调动学生的积极性，提高他们学习的热情和兴趣。另外教师要在平时不断积累实验素材。我们广泛地阅读了与经典力学有关的书籍，不时能发现一些有意思的演示实验的素材补充到我们的演示实验中。我们后来获得学校资助，成立理论力学演示实验制作课题组，将已有的和新的演示实验罗列一起，成为一系列自制的课堂演示实验，共37项，涵盖了本校理论力学课程的所有内容。

三、总结

物理学家杨振宁指出物理现象的重要性，他说“很多学生在学习中形成了一种印象，以为物理学就是一些演算。演算是物理学的一部分，但不是最重要的部分。物理学最重要的部分是与现象有关的。绝大部分物理学(概念)都是从现象中来的。现象是物理学的根源。”^[5]

高等教育界也认识到了演示实验对课堂教学的重要性，教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会对理工科类大学物理课程教学提出基本要求，“应充分利用演示实验帮助学生观察物理现象，增加感性知识，提高学习兴趣。大学物理课程的主要内容都应有演示实验，其中实物演示实验的数目不应少于40个”^[6]

“学无止境，教无止境”，我们课题组也将精益求精，在理论力学演示实验应用于课堂理论教学的实践中不断探索，教师在教学中收获快乐，学生在学习中感受快乐。

 

参考文献：

[1]. 别莱利曼. 趣味力学. 湖北: 湖北少年儿童出版社，2009

[2]. 王少东. 如何开展课堂演示实验[J]. 试验教学与仪器，2012年第9期，pp.15-16

[3]. 哈尔滨工业大学理论力学教研组. 理论力学. 北京: 高等教育出版社，2009

[4]. R.C.Hibbeler. Engineering mechanics.第10版, 影印版.北京: 高等教育出版社

[5]. 杨振宁. 杨振宁文集[M]．上海：华东师范大学出版社. 1998：508

[6]. 教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会．理工科类大学物理课程教学基本要求[M]．北京：高等教育出版社，2008