科技創(chuàng)新在物理教學(xué)中的滲透

韓萬強(qiáng)　劉清秀

[摘 要]文章論述了物理學(xué)與科技創(chuàng)新的密切關(guān)系,并提出如何在物理教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中滲透科技創(chuàng)新的思想。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)新思想;物理教學(xué);滲透

[中圖分類號(hào)]G633.7 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1005-6432(2009)18-0114-02

物理學(xué)是揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué),科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與物理學(xué)有著直接的關(guān)系,若沒有物理基本定律與原理的指導(dǎo),就不可能有今天人類社會(huì)的大發(fā)展。

1 物理學(xué)的發(fā)展與科技創(chuàng)新——科技創(chuàng)新的重大意義

從社會(huì)發(fā)展的歷程看,科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新使人類社會(huì)取得了一次又一次飛躍式的發(fā)展,使人類的生活發(fā)生日新月異的變化,而這些發(fā)明創(chuàng)造無一不和物理學(xué)的發(fā)展有密不可分的聯(lián)系。18世紀(jì),熱力學(xué)的發(fā)展使得蒸汽機(jī)得以發(fā)明,從而使整個(gè)歐洲爆發(fā)了工業(yè)革命,19世紀(jì)電磁理論的發(fā)展使得電力電器出現(xiàn)大發(fā)展,誘發(fā)了第二次工業(yè)革命,到20世紀(jì)初,超高壓裝置、超低溫設(shè)備、油擴(kuò)散真空泵的先后發(fā)明,為現(xiàn)代創(chuàng)造極端物質(zhì)材料提供了條件。隨著電力和電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用,出現(xiàn)了各種用途廣泛的精確計(jì)量的電動(dòng)裝置和電子儀器。自倫琴發(fā)現(xiàn)X射線、湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子以后,相繼又有阿普頓質(zhì)譜儀的發(fā)明以及同位素測定、紅外線光譜、原子光譜等儀器的產(chǎn)生。30年代發(fā)明的電子示波器、電子顯微鏡,40年代發(fā)明的電子計(jì)算機(jī)等,不但使物理學(xué)家可直接觀察到電子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和物質(zhì)結(jié)構(gòu)等微觀現(xiàn)象,而且也為生產(chǎn)技術(shù)開拓了一條技術(shù)研究及自動(dòng)化控制的新途徑。

經(jīng)濟(jì)發(fā)展,科技領(lǐng)先,當(dāng)前我國為了積極跟蹤世界新科學(xué)技術(shù),要努力在電子技術(shù)、新材料、新能源、航空航天、海洋工程、通信等領(lǐng)域取得新的科技發(fā)展。而這些科技的發(fā)展,都是與物理學(xué)的應(yīng)用有著非常密切的關(guān)系。

2 在物理課堂教學(xué)中樹立科技創(chuàng)新的思想——?jiǎng)?chuàng)新人格的培養(yǎng)

2.1 物理學(xué)家的創(chuàng)新思想

跟學(xué)生講述阿基米德,牛頓,法拉第,麥克斯韋,普朗克,愛因斯坦等大物理學(xué)家們是如何發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律,如何創(chuàng)造出新的物理思想,了解一些理論如何經(jīng)歷失敗和成功的磨礪,為捍衛(wèi)哥白尼日心說而舍身成仁的布魯諾。偉大的科學(xué)家伽利略,為科學(xué)、為真理奮斗了一生,受羅馬宗教裁判所二十多年的殘酷迫害直至雙目失明,可是他一直沒有放棄自己的科學(xué)研究工作,在他的內(nèi)心里始終堅(jiān)持追求科學(xué)需要特殊的勇氣。自學(xué)成才的安培提出分子電流假說,為電磁理論的發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn),被譽(yù)為電學(xué)上的牛頓。還有當(dāng)今在世的最偉大的科學(xué)家之一霍金身患絕癥,在完全喪失語言能力情況下仍然創(chuàng)造性地提出了宇宙起源以及黑洞的蒸發(fā)等著名理論。這樣的實(shí)例比比皆是,可以說每個(gè)物理定律定理的誕生都有著一段曲折的歷史。并且,要為學(xué)生滲透理想化、極限化的方法,讓學(xué)生明白物理模型對(duì)解決實(shí)際問題的作用,比如質(zhì)點(diǎn)模型、剛體模型、彈簧振子、理想流體、理想氣體模型等,讓學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)推理的方法,從而滲透了創(chuàng)新性的思維。

2.2 設(shè)計(jì)問題,激發(fā)質(zhì)疑,鼓勵(lì)猜想

重視設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng),不斷激勵(lì)學(xué)生,把問題作為教學(xué)的出發(fā)點(diǎn),例如在講授質(zhì)量的操作型定義時(shí),提出怎樣確定質(zhì)量跟速度的改變的關(guān)系。通過多媒體演示實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生觀察氣墊桌上兩個(gè)物體碰撞前后的變化,讓學(xué)生思考如何確定質(zhì)量。為什么要先規(guī)定質(zhì)量的單位,再確定數(shù)值。講授電磁感應(yīng)定律時(shí),先根據(jù)學(xué)過的知識(shí)提出問題:電與磁到底存在怎樣的關(guān)系。讓問題貫穿教學(xué)過程的始終,最后讓學(xué)生自己總結(jié)。另外,不但教師要善于向?qū)W生提問,還要鼓勵(lì)學(xué)生產(chǎn)生質(zhì)疑,激發(fā)他們思想的火花,比如在講多普勒效應(yīng)時(shí),學(xué)生提出:如果人行走的速度大于聲傳播的速度,那對(duì)面來人跟你說“你好啊”,你聽到的是什么呢?在講到電動(dòng)勢的時(shí)候,學(xué)生提出:可不可以制造水電池來節(jié)省能源?制造一種可控的電源充電器,制造一種新型的發(fā)光材料等,他們在知識(shí)的學(xué)習(xí)中會(huì)不斷有新的想法冒出來,這種創(chuàng)新思維正是我們要找的。

2.3 查閱資料,咨詢專家,解決疑問

對(duì)于相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生提出的疑難問題可以借助互聯(lián)網(wǎng),咨詢相關(guān)的專家來解決,比如學(xué)生提出“宇宙萬物是由一種‘激子組成的”,這樣可以按他的理論解釋很多現(xiàn)象,到底這種理論對(duì)不對(duì)呢?我們可以通過發(fā)帖的形式去網(wǎng)上咨詢專家,還有,有的同學(xué)提出的各種發(fā)明創(chuàng)造設(shè)想是否在其他地方已經(jīng)有了相關(guān)的產(chǎn)品了呢,等等,這些我們都可以通過網(wǎng)絡(luò)搜索解決。

3 在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中鍛煉科技創(chuàng)新的能力——?jiǎng)?chuàng)新個(gè)性的鍛煉

3.1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

重在科研能力的訓(xùn)練和創(chuàng)新思維的培養(yǎng),學(xué)生可以在教師的指導(dǎo)下自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟,或者更深一層自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)題目,這些都可以加強(qiáng)創(chuàng)新性的鍛煉。比如在進(jìn)行“牛頓第二定律的驗(yàn)證”實(shí)驗(yàn)時(shí),20個(gè)實(shí)驗(yàn)小組就有8套不同的實(shí)驗(yàn)方案,有4種方案是在氣墊導(dǎo)軌上完成的,另4種方案是在自己設(shè)計(jì)的斜面上安裝小車完成的,通過數(shù)據(jù)記錄結(jié)果分析考慮一定的誤差實(shí)驗(yàn)都取得了很好的實(shí)驗(yàn)效果。在“測量重力加速度”實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生們也設(shè)計(jì)了幾種不同的實(shí)驗(yàn)方法。

3.2 鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器及實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

實(shí)行兩人一小組,10人一大組,討論實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)過程,記錄在實(shí)驗(yàn)中遇到哪些問題,找到問題產(chǎn)生的原因,如何消除系統(tǒng)誤差和減小隨機(jī)誤差。每個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)3課時(shí),實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)在課外完成,實(shí)驗(yàn)講解與指導(dǎo)大約需要半小時(shí),其余時(shí)間由學(xué)生自己安排。學(xué)生在做“單擺實(shí)驗(yàn)和扭擺實(shí)驗(yàn)”時(shí)提出:計(jì)時(shí)系統(tǒng)是否可以由人工計(jì)時(shí)改為計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí),在“測量液體黏滯系數(shù)”實(shí)驗(yàn)中,有的同學(xué)就提出計(jì)時(shí)系統(tǒng)也不可靠,還有摩擦損耗太大,應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行改進(jìn)。在“剛體轉(zhuǎn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)中,同樣提出了計(jì)時(shí)方法的缺陷,這個(gè)問題引起了我們的重視,于是我們進(jìn)行了研究,并在學(xué)校申請了專門的科研創(chuàng)新基金進(jìn)行立項(xiàng)研究如何改進(jìn)。

3.3 開設(shè)自制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器專題

利用自制教具課培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新素質(zhì),編寫相關(guān)的教材,設(shè)置有關(guān)的專題,開設(shè)至今,已經(jīng)先后研制教具一百多種、七百多件,繪制教學(xué)掛圖三百多張,其中研發(fā)的教具有六項(xiàng)獲得省級(jí)獎(jiǎng)勵(lì),三項(xiàng)獲得專利,彭大明、李小林等人發(fā)明的“智能電話報(bào)警器”獲2007年河北省大學(xué)生科技競賽二等獎(jiǎng),2005年石家莊學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心被省教育廳和省發(fā)明創(chuàng)造協(xié)會(huì)等部門評(píng)為優(yōu)秀發(fā)明創(chuàng)造單位。

4 在物理課外活動(dòng)中體驗(yàn)科技創(chuàng)新的成功——?jiǎng)?chuàng)新平臺(tái)的搭建

利用科技發(fā)明與創(chuàng)造比賽讓好的創(chuàng)新項(xiàng)目得以展現(xiàn),建立多項(xiàng)科技創(chuàng)新基金,完善保障機(jī)制。比如設(shè)立科技制作與發(fā)明競賽,建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目科研基金等。例如近幾年我系劉少飛等42名同學(xué)申報(bào)了15項(xiàng)大學(xué)生基金資助課題,2003年學(xué)生秦剛主持的課題獲得省級(jí)一等獎(jiǎng),學(xué)生劉杰主持的課題獲得省級(jí)二等獎(jiǎng)。這些都說明只要給學(xué)生提供展示的平臺(tái),他們就可能創(chuàng)造出非凡的成績。

參考文獻(xiàn):

何裕德.物理學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展[M].北京:中國勞動(dòng)出版社,1994.

[收稿日期]2009-04-27