引言

大学物理是高等学校理工科各专业重要的通识性基础课程。课程所讲授的基本概念、基本理论和基本方法为后续专业课程打下坚实的理论基础，也是构成学员科学素养的重要组成部分。学好物理对于系统掌握自然科学基础知识、提高科学实践创新能力、创造性地解决实际工作中矛盾问题具有积极的作用。物理学又是一门以实验为基础的学科，物理的研究离不开实验，物理的学习同样也离不开实验。大学物理演示实验是课程教学中的一个重要实践环节，演示实验是从学科知识出发，通过表演性、示范性的实验直观展示现象，引导学员深入思考，理解抽象的概念，归纳规律，最终掌握知识。演示实验能有效提升学员对复杂的物理概念和物理规律的理解，对大学物理的教学有着积极的促进作用。

大学物理演示实验具有广泛性、传统性和基础性，如何将自然学科实验的系统性与人才培养目标的专业性有机结合，发挥基础实验的平台作用，厚实学员基础素质能力，拓展专业研究能力是当前演示教学及实验室建设的一个重点和难点问题。因此，针对大学物理演示教学内容丰富、培养能力多向与专业培养目标结合不紧密的突出问题，开展大学物理演示实验教学体系建设研究，进而有的放矢地进行改革尤为重要。

1 大学物理演示实验的现状

实验室的建设已成为衡量一所大学办学水平的一项重要指标。演示实验室作为培养学员素质的一个重要平台，国内外高校也都建设有自成体系的物理演示实验室，并在教学方面进行了诸多尝试，采取诸多教学形式，也取得了良好的效果。但是在教学实践中也存在不少的困难亟待解决，比如实验室资源利用率偏低，实验内容与教学实际联系不紧密，与专业课程衔接不通畅，对课堂的教学没有起到有效的教学辅助作用；演示实验教学效果不理想，对掌握基本理论知识的促进作用不够明显；学员参与演示实验的积极性不高，认识程度不够，将自己当成局外人，缺少深入的思考和讨论；实验室在厚实学员基础素质、拓展研究能力方面作用不明显；演示实验学员参与度不够，在学员动手能力、合作意识和创新能力的培养方面没有发挥出明显的促进作用等。

本文针对大学物理演示教学内容丰富、培养能力多向与专业培养目标结合不紧密的矛盾，结合学院自身办学特点，开展大学物理演示实验教学体系建设研究，从整体上对教学体系进行规划设计，与大学物理理论教学相辅相成，为培养高素质、专业化新型军事人才的培养目标服务。

2 大学物理演示实验教学体系建设

2.1 演示实验教学体系建设的基本原则和思路

我院大学物理演示实验教学体系的建设遵循三个原则。一是按照陆军基础实验室建设要求，结合我院《大学物理》《军事高技术基础》《理化前沿与现代军事》等课程的教学实际，建设更新理化演示创新实验室，更新、添置实验室的仪器设备，使演示实验室达到陆军规定标准，为提高学员的科学素质提供创新活动平台。二是发挥物理学科在科学技术中的基础作用，在实践活动中提高学员动手、思维能力和科学素养，建成联系工程实际、军事应用特色突出的科学素质教育基地，为学员的科技探究搭建一个实践活动平台。三是逐步完善演示与探究实验的结构和硬件配置，提高教学管理水平和实验室资源的利用率，使之成为展示我院基础教学软硬件水平、提升教学层次的亮点。

基于以上三个原则，大学物理演示实验教学体系建设包括对教学内容体系、实验体系、竞赛体系三个方面进行优化重组，探究其各自内涵、架构和相互关联，从体系性的角度切入，进行“教”“学”“研”一体化的大学物理演示实验教学体系建设研究，对建好物理学科，提高课程教学效能，培养通专结合的高素质、专业化新型军事交通人才具有积极的意义和较高的价值。

演示创新实验室的定位是将实验室建成以定性或半定量实验为依托，服务学院大学物理课程理论教学、培养学员探究能力和创新精神的科学实践基地。在此定位的基础上，演示实验室建成具有“一室、两用、三层、四区”的特色，既保障日常教学，又满足学员个性发展的多功能实验室。

“一室”是指建设一个内容体系相对完整、设施功能较为完备的集演示、体验、探究于一体的多功能实验室。实验室突出利用率和管理效率，充分发挥课堂教学效益与学习氛围效益，完成演示与探究实验的双重任务。

“两用”是指实验室具有课内和课外两种用途。课内进行实验展示，提高教学效果；课外开展实验探究，开展个性化教学，因材施教，充分发挥两个学习渠道的作用，提高学员科学素养。

“三层”是指演示与探究实验从性质上分为三个层次，即课上的演示实验、课下的体验实验和课外的探究实验。实验室从利用紧密配合教学、原理清晰、形象直观的演示实验来深化理解教学内容并启发科学思维，到让学员亲手操作的体会实验，进而到开扩学员视野、开发创造力的探究实验，循序渐进地将学员引入丰富多彩的物理世界，打牢物理基础。

“四区”是指实验室从功能上分为力热区、电磁区、光学区、近代和军事应用区。尤其是在军事应用区的建设上，将通过新增的实验设备，力求突出军事院校学科的军事应用背景，把大学物理的基础理论同军交应用紧密联系起来，形成具有我院特色的演示创新实验室。

2.2 教学内容体系的构建

围绕培养打赢智能战争的高素质、专业化新型军事交通人才总目标，以军委新时期战略方针为依据，立足未来战争的高技术特征，将军交投送相关军事行动与物理课程相关的军事高技术密切联系，进而对课程实战化教学实施路径进行系统设计，寻找教学内容与专业知识之间的联通交汇点。再以知识交汇点为节点，以节点为中心开展教学，并辅以演示实验，进行实战化教学设计，从“教”的方面建立基础课程支撑与各专业人才培养需求之间的链接通道。

内容体系构建的重点在于，突破基础课程重点阐述“基础”特性的逻辑，从专业培养目标终端反推专业类军事院校基础课程的支撑点，落脚在教学内容上，搭建从科学思维养成到军事创新能力生成的逻辑链路。表1是已构建的部分教学内容与军事应用案例的链路关系。

序号	实验项目	教学内容	军事应用
1	卫星定位系统	参考系、坐标系	卫星导航系统的测速和定位
2	陀螺仪	角动量守恒	陀螺仪与惯性导航
3	直升机	角动量守恒	武装直升机
4	电磁炮	电磁感应定律	电磁轨道炮、线圈炮
5	互感	自感与互感	天线的互扰和自扰
6	激光测距	光的直线传播 视差角	基于双眼效应的高炮测距机
7	望远镜	凸透镜 凹透镜 光学成像	军用望远镜
8	雷达原理	多普勒效应	雷达测距、雷达测速
9	相控阵雷达原理	光栅衍射	相控阵天线
10	看得见的激光	受激辐射、光源的相干性	激光武器

2.3 演示实验体系的构建

搭建“课内演示实验—俱乐部探究实验—专业方向主题创新实验”的三级实验教学培养体系平台。学员在学习理论课及其课内演示实验外，参加俱乐部探究实验，结合我院学科专业方向选题研究，厚实科学思维方法基础，进行初步科学研究训练。借助实验体系平台，从“学”的角度增强认识和掌握自然科学规律的自主能力，激发智力和潜能，提升个人的综合素养。该阶段重点在于，梳理我院各研究方向及研究领域的物理支撑点，并形成物理基础到学科专业方向的接力培养模式。

课内演示实验分为随堂演示实验和集中演示实验两类。对于适合携带的实验，采取带入课堂随堂现场演示，使学员更容易理解复杂、抽象的物理问题，这也是物理课程的特色之一。集中演示实验是按照课程教学计划的安排，上、下两个学期各安排一次进入演示实验室参观见习，进行充分的课下探究与实践。

按照学院学员发展中心活动安排，围绕学科竞赛型俱乐部的宗旨，大学物理学科的“格物俱乐部”结合我院学科专业方向和物理学科竞赛选题，借助演示实验室平台进行理论研究和实验探索。表2是2024年度俱乐部研究的一些题目。

序号	题目	研究内容
1	用光“欺骗”人工智能	现今人脸识别或图像目标检测有时会出错，请设计提供可行性的光学对抗样本迷惑AI视觉系统，以实现“欺骗”人工智能，并解释其基本原理。
2	给电磁波拍照	一列平面波垂直入射到一面理想的反射镜上。一块玻璃感光板斜放在镜子上，并与镜子成一个小夹角α。感光剂几乎是透明的，但在显影之后，一个有斑纹的图案就会因为电磁波的作用而出现。试预计将在显影后的“底片”上出现的黑色条纹的位置和间距。忽略由感光板引起的反射和衰减。
3	气动小车	世界范围内的局部军事冲突加剧，主要国家进一步加大以新型作战概念和新兴技术牵引作战装备极其动力的研发。气动技术是实现现代自动化控制的重要工程技术。设计制作一个以气球为动力的小车，使其在水平路面上行驶尽可能远的距离。要求构建小车系统的动力学模型，并优化相关设计参数。
4	空投液囊	航空空投囊是一种非常坚韧的空投袋，可作为紧急空投的油囊或水囊。从货舱内投放时，可以配置降落伞以较高高度投放，也可不配置降落伞直接低空投放。圆形设计方便在飞机内部滚动至舱门，以便空投。假设把装有液体的乒乓球作为空投囊从一定高度释放，探究其反弹高度和球内水的含量之间的关系。
5	吸管水泵	战场油料快速卸载中常用到自吸装置。自吸装置可以实现液气分离，在管内形成负压，使液体灌上。此类装置具有结构紧凑、操作方便、运行平稳、维护容易等优点。试设计一个简单的水泵，用一根吸管折成三角形，并在顶点处切开来实现。当这样一个三角形的一个顶点部分浸入水中并绕其垂直轴旋转时，水可能会通过吸管向上流动。探究几何形状和其他相关参数是如何影响抽速的。

2.4 学科竞赛体系的构建

遵循学员认知规律，以物理基础课程为平台，演示创新实验室为基地，构建“基础知识素养竞赛—俱乐部创新学术竞赛—专业类综合应用竞赛”的三级竞赛体系。基础知识素养竞赛重在厚实理论基础，俱乐部创新学术竞赛和专业类综合应用竞赛意在突出学习与探究相结合、物理知识与军事应用相结合、学术能力与交流能力相结合、个人与团队相结合的理念，深具科学素质培养价值。通过竞赛活动，提高学员自主学习能力、知识运用能力、信息获取能力和团队协作意识，使学员具备初步的科学研究能力，以“研”方式为我院的人才培养目标“会学习、会创新、会合作、有特长”提供基础支撑。该阶段重点在于，梳理学员可参加的物理相关竞赛，进行难度分级，形成阶梯式的竞赛培养体系。

3 结语

基于演示实验的特点，结合我院学科专业特色，对大学物理演示实验的教学体系进行梳理和构建，有针对性地加强大学物理演示实验与军事应用的有机融合，突出军事，贴近实战，坚持为战育人的教育理念，让课堂变成预战场，对我院的物理教学和学员科学素质的提升起到了较好地促进作用。

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