高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革芻議

韓瑞功

摘要 高等學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),不僅使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中,能夠動(dòng)手操作、感官觀測(cè),還需要充分調(diào)動(dòng)自己的思維去想象、思考、推測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題,并利用所積累的理論和實(shí)踐知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題,為就業(yè)和創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 物理;實(shí)驗(yàn)教學(xué);改革

眾所周知,物理是高等院校理科及相近專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)課之一,也是眾多專(zhuān)業(yè)或后續(xù)課程的必修學(xué)科。因此,教好物理課與調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與物理實(shí)驗(yàn),對(duì)于全面提高學(xué)生的動(dòng)手能力、激發(fā)其創(chuàng)新的思維活動(dòng)、培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、提高自身的學(xué)習(xí)質(zhì)量都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。幾年來(lái),筆者在本科電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)物理教學(xué)中,僅僅依靠學(xué)?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所,不斷創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué),取得較好的教學(xué)效果,主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

1 寓網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)多媒體技術(shù)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,賦予物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)以新的內(nèi)涵

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和手段相對(duì)單一,大都是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師,按照實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)題目的要求,組織學(xué)生通過(guò)已有的設(shè)備完成對(duì)已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量與分析,這樣不僅不能擴(kuò)大學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的縱向與橫向聯(lián)系,更不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的創(chuàng)新思維的能力,嚴(yán)重阻礙學(xué)生的整體水平和實(shí)際操作能力的提高。特別是指導(dǎo)教師在黑板上講步驟、在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上講注意事項(xiàng)、在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)機(jī)械地讓學(xué)生進(jìn)行基本數(shù)據(jù)的測(cè)量,學(xué)生聽(tīng)起來(lái)、看起來(lái)枯燥乏味,注意力常常不夠集中,實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低下,制約當(dāng)前本科院校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。

教學(xué)實(shí)踐表明,在介紹各種儀器設(shè)備使用方法的時(shí)候,借助網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)多媒體,學(xué)生就能直觀、形象地了解,而不是聽(tīng)得一頭霧水卻找不到正確的使用方法。重要的是可以借助網(wǎng)絡(luò)媒體給學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)演示一下儀器設(shè)備的使用,使學(xué)生更直接地了解,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的形象化思維得到擴(kuò)展,激發(fā)學(xué)生的未知欲和好學(xué)動(dòng)機(jī)。但是教師不能過(guò)分地依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)和多媒體,也不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為“用了多媒體就是掌握了先進(jìn)的教育理念,或使用多媒體的課一定就是好課”。多媒體用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)其效果如何,關(guān)鍵要看是否提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性,是否提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

如在本科電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,筆者組織物理教師和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師,利用課余時(shí)間,將物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、儀器使用方法、實(shí)驗(yàn)步驟、結(jié)果分析以及最新的實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài),通過(guò)校園網(wǎng)傳輸給每一位學(xué)生,讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和媒體認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和掌握分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,組織學(xué)生深入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。效果非常明顯,學(xué)生普遍反應(yīng)良好。網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展,不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)的過(guò)程,重要的是把學(xué)校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)給學(xué)生,開(kāi)發(fā)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的第二課堂,優(yōu)化了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,賦予物理實(shí)驗(yàn)以新的內(nèi)涵。

本科物理中的眾多實(shí)驗(yàn)是難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室完成的,如果利用網(wǎng)絡(luò)媒體,借助計(jì)算機(jī)媒體等特有的功能,也會(huì)起到事倍功半的效果。如光的干涉實(shí)驗(yàn)、光電效應(yīng)、熱能微量變化、熱量的傳導(dǎo)、光太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換、射電望遠(yuǎn)鏡等,都可以做成課件或通過(guò)動(dòng)漫來(lái)進(jìn)行對(duì)比與說(shuō)明,以彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室之不足,達(dá)到應(yīng)用的教學(xué)效果。同時(shí),像人造衛(wèi)星、飛船、地震、火山噴發(fā)、海嘯、風(fēng)力發(fā)電、海水凈化、海洋生物、氣體溫室效應(yīng)、空洞實(shí)驗(yàn)、熱電子發(fā)射、晶陣等眾多現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)都可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò),傳輸給每一位學(xué)生,在豐富學(xué)生物理知識(shí)的同時(shí),可間接地引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和了解最新的科學(xué)實(shí)驗(yàn),激發(fā)其內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2 鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在錯(cuò)誤和缺陷,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力

學(xué)生的天職就是學(xué)習(xí),學(xué)生上物理實(shí)驗(yàn)課是希望能從實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)到一些創(chuàng)新的認(rèn)識(shí)或技能,特別是對(duì)一些物理現(xiàn)象、結(jié)論、過(guò)程及存在有爭(zhēng)議的問(wèn)題,作出判斷、比較,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新、發(fā)展和再實(shí)踐,為人類(lèi)的發(fā)展、創(chuàng)造打下堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),獲取優(yōu)質(zhì)的技術(shù)資源。所以,在學(xué)生進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的時(shí)候,肯定在某些方面的知識(shí)存在不完整性或者技術(shù)性缺陷。因此,在平時(shí)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,教師應(yīng)該在不違反實(shí)驗(yàn)室安全條例和規(guī)章制度的情況下,允許學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在某些錯(cuò)誤碼和缺陷。同時(shí),當(dāng)錯(cuò)誤和缺陷出現(xiàn)時(shí),往往能促使學(xué)生繼續(xù)思考或探討,讓學(xué)生自己去評(píng)價(jià)或全面思考自己的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然,教師要在必要的時(shí)候給予適當(dāng)?shù)奶嵝?。相?duì)于能順順利利地完成實(shí)驗(yàn),達(dá)到實(shí)驗(yàn)的要求,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤和缺陷的學(xué)生,則更有機(jī)會(huì)讓學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的知識(shí)和解決問(wèn)題的方法;更有利于實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師,通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程培養(yǎng)學(xué)生自我解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力和堅(jiān)忍不拔的拼搏精神;更有利于物理教育工作者,通過(guò)逆境的教學(xué)手法,強(qiáng)化學(xué)生的意志,鍛煉學(xué)生的本領(lǐng),提高學(xué)生的操作技術(shù)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

學(xué)生的獨(dú)立進(jìn)行或者合作進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性、自主性和合作精神,使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為學(xué)生質(zhì)疑、搜集信息和處理、探究的實(shí)踐活動(dòng)。但是在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,學(xué)生的安全問(wèn)題也應(yīng)成為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)育工作關(guān)注的焦點(diǎn)之一。在電路及有關(guān)電能實(shí)驗(yàn)中,盡管教師一直強(qiáng)調(diào)關(guān)電源接電路等各種安全措施,但是,在具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中還是會(huì)出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。比如在日光燈管實(shí)驗(yàn)和陰極電子流實(shí)驗(yàn)中,短路現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)臺(tái)的報(bào)警聲常常出現(xiàn),以至于實(shí)驗(yàn)不能順利進(jìn)行下去,個(gè)別學(xué)生甚至于不敢打開(kāi)電源,運(yùn)行電路,開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。針對(duì)此類(lèi)現(xiàn)象,在漏電保護(hù)器和實(shí)驗(yàn)臺(tái)保險(xiǎn)裝置的保護(hù)下,教師應(yīng)要求學(xué)生大膽動(dòng)手,盡量完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。高校的學(xué)生畢竟已經(jīng)成年,教師給他們一個(gè)寬松的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,讓他們自己多動(dòng)手多操作,而不是教師怎么說(shuō),他們就怎么做,這樣才能鍛煉他們的動(dòng)手實(shí)踐能力。

3 讓物理實(shí)驗(yàn)激發(fā)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的濃厚興趣

心理學(xué)家認(rèn)為,興趣是一種特殊的意識(shí)傾向,是動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的重要主觀原因,良好的學(xué)習(xí)興趣是求知欲的源泉,是思維的動(dòng)力。因此,如何在物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段,結(jié)合物理學(xué)科特點(diǎn),采用適當(dāng)?shù)姆椒ぐl(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)物理的興趣,是近年來(lái)物理教師積極研究和探討的問(wèn)題,也是提高本科學(xué)生學(xué)習(xí)物理積極的有效方法之一。比如,可以在日光燈管的實(shí)驗(yàn)中,聯(lián)系生活現(xiàn)象,簡(jiǎn)單地介紹判斷燈管好壞的方法,聯(lián)系環(huán)保節(jié)能,在提高功率因素的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn),加深學(xué)生對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)的印象,通過(guò)功率因數(shù)的定量測(cè)定,教育學(xué)生加強(qiáng)環(huán)保意識(shí),開(kāi)發(fā)新型能源,制造和研究新型發(fā)光體,聯(lián)系北京2008奧運(yùn)會(huì)燈光設(shè)施,設(shè)立創(chuàng)新的研究課題;也可以在動(dòng)量定理驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)中,先讓學(xué)生觀察人造衛(wèi)星的發(fā)射與接收錄像,觀察形體運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,詳細(xì)了解電磁選礦以及有趣的體育活動(dòng)等,這對(duì)學(xué)生是一個(gè)激勵(lì),也是對(duì)完成此實(shí)驗(yàn)學(xué)生的一次教育,能夠大大提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性;在微勢(shì)能的實(shí)驗(yàn)中,可以安排完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生針對(duì)微勢(shì)能進(jìn)行辯論,讓學(xué)生體會(huì)到實(shí)驗(yàn)的實(shí)用性、知識(shí)性和趣味性。這樣,激發(fā)學(xué)生濃厚興趣,更激發(fā)他們的求知欲望,使他們對(duì)所學(xué)的物理理論也更有興趣。

針對(duì)學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的情況,結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),筆者優(yōu)先在電氣自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)班級(jí),開(kāi)展興趣物理實(shí)驗(yàn)活動(dòng),一是結(jié)合電學(xué)的學(xué)習(xí)成立電氣化、電子研發(fā)興趣小組;二是結(jié)合力學(xué)的學(xué)習(xí)成立力學(xué)結(jié)構(gòu)及熱能轉(zhuǎn)化研究小組。各小組都以實(shí)踐和應(yīng)用為中心,深入濰坊市的工廠、車(chē)間、田地、農(nóng)家,進(jìn)行了有成效的研究、調(diào)查工作,取得比較研究成果。其中,電氣、電子研究小組,通過(guò)對(duì)農(nóng)家用電安全的調(diào)查和研究,提出改進(jìn)農(nóng)村住房用電、架線安全的合理化建議,并形成論文,發(fā)表在國(guó)家級(jí)刊物上,參加省電子制作大賽,獲得團(tuán)體三等獎(jiǎng)和個(gè)人二等獎(jiǎng)。力學(xué)、熱能研究小組,通過(guò)對(duì)濰坊市農(nóng)村高溫大棚的研究和調(diào)查,不僅提出高溫大棚熱能轉(zhuǎn)化的理論基礎(chǔ),并對(duì)技術(shù)性改造提出具有先進(jìn)性的觀點(diǎn),受到專(zhuān)家的一致好評(píng)。

物理是一門(mén)自然科學(xué),如果高等本科學(xué)校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),能與專(zhuān)業(yè)有機(jī)結(jié)合,并有所發(fā)展,本身就是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的一種有效方法?！?/p>

(作者單位:山東省濰坊科技學(xué)院)