高校物理實(shí)驗(yàn)教育模式探析

【摘 要】高校物理實(shí)驗(yàn)是理工類(lèi)學(xué)科重要的基礎(chǔ)內(nèi)容，也是提升學(xué)生物理素養(yǎng)和科學(xué)精神的重要載體。當(dāng)前高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)正趨向多元化發(fā)展，日漸重視培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，強(qiáng)化學(xué)生的獨(dú)立思維能力，尤其是在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，引導(dǎo)學(xué)生從操作中體驗(yàn)知識(shí)、從創(chuàng)新中增強(qiáng)素質(zhì)。針對(duì)物理實(shí)驗(yàn)“重結(jié)果、輕過(guò)程”的教學(xué)弊端，應(yīng)從系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和技能的掌握上，拓寬學(xué)生的實(shí)踐領(lǐng)域，改進(jìn)高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，讓更多的學(xué)生能夠在物理實(shí)驗(yàn)中鍛煉能力。

【關(guān)鍵詞】高校物理 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 教育模式

【中圖分類(lèi)號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-4810（2015）34-0080-02

物理學(xué)是探究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的科學(xué)，物理實(shí)驗(yàn)建立在物理理論基礎(chǔ)上并與物理實(shí)驗(yàn)相互驗(yàn)證。高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅是教會(huì)學(xué)生應(yīng)用物理學(xué)技能和技巧的主要方式，也是增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要內(nèi)容，對(duì)整個(gè)物理學(xué)科的發(fā)展具有促進(jìn)作用。物理學(xué)是研究自然科學(xué)理論的基礎(chǔ)，物理學(xué)概念的基礎(chǔ)性和廣泛性是促進(jìn)其他自然科學(xué)發(fā)展的基石，而物理實(shí)驗(yàn)直接或間接取自物理學(xué)理論，如激光技術(shù)的發(fā)展，對(duì)激光的亮度、單色性的利用，可以用于測(cè)距、測(cè)速、信息傳輸，還可以利用高強(qiáng)度激光使多種材料快速成型，在醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。

一 高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性和價(jià)值

高校物理實(shí)驗(yàn)作為理工類(lèi)基礎(chǔ)課之一，是高校大學(xué)生接受高等教育實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方法的開(kāi)端。物理實(shí)驗(yàn)無(wú)論是內(nèi)容教學(xué)還是方法教學(xué)，都應(yīng)該從物理實(shí)驗(yàn)的基本原理及方法上，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和數(shù)據(jù)處理能力，特別是在科學(xué)思維、創(chuàng)新能力培養(yǎng)上，將物理學(xué)理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)實(shí)際相結(jié)合，從分析、解決問(wèn)題的過(guò)程中增強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用能力?？茖W(xué)素養(yǎng)是建立在人的素質(zhì)和科學(xué)水平的基礎(chǔ)上，對(duì)科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)及研究方法和研究過(guò)程的了解，構(gòu)成了科學(xué)素養(yǎng)的基本內(nèi)容。物理素養(yǎng)具有強(qiáng)烈的學(xué)科精神，從物理系統(tǒng)知識(shí)、概念的學(xué)習(xí)與掌握中，能夠運(yùn)用科學(xué)的方法來(lái)解決物理問(wèn)題，并從獨(dú)立思考和創(chuàng)新方法研究中，推進(jìn)物理學(xué)的發(fā)展。物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，是基于科學(xué)儀器設(shè)備，通過(guò)物理學(xué)規(guī)律來(lái)設(shè)計(jì)和對(duì)各種可變因素進(jìn)行驗(yàn)證以獲得某種物理現(xiàn)象或預(yù)期的物理結(jié)果。

二 高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀分析

高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，長(zhǎng)久以來(lái)一直與其他學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一樣，存在過(guò)于強(qiáng)調(diào)結(jié)果而忽視過(guò)程的弊端，對(duì)學(xué)生的主動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力的培養(yǎng)認(rèn)識(shí)不夠。高等教育不同于高中教育，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅要從實(shí)驗(yàn)操作技能上，如對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、測(cè)量工具的使用，如何讀取電流、電壓值，如何測(cè)量長(zhǎng)度等基礎(chǔ)能力上提升，還要針對(duì)具體的實(shí)驗(yàn)方法從具體的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練上滿(mǎn)足對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄、分析、判斷和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范寫(xiě)作。具體來(lái)看，高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題主要有：一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)獨(dú)立性不強(qiáng)，很多學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在畏懼心理，缺乏自信，害怕弄壞實(shí)驗(yàn)器材，不愿意自主嘗試解決實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題；二是實(shí)驗(yàn)態(tài)度不端正，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集不夠重視，過(guò)于看重結(jié)果而忽視實(shí)驗(yàn)過(guò)程；三是對(duì)實(shí)驗(yàn)整體性把握不夠，缺乏對(duì)實(shí)驗(yàn)中所涉及的基礎(chǔ)理論、基本規(guī)律的學(xué)習(xí)，也未能從實(shí)驗(yàn)報(bào)告中總結(jié)知識(shí)。

三 優(yōu)化高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的對(duì)策和建議

高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該明確教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)效果，在具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和物理素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生的自主性和動(dòng)手能力。

1.創(chuàng)設(shè)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)環(huán)境，強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)的探索

物理實(shí)驗(yàn)與物理學(xué)是一脈相承的，可以用物理學(xué)史、物理實(shí)驗(yàn)的故事來(lái)引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)其對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性的認(rèn)知。物理學(xué)理論與物理實(shí)驗(yàn)同樣重要，物理實(shí)驗(yàn)與物理學(xué)理論是相互交織螺旋上升的關(guān)系，物理實(shí)驗(yàn)不僅有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理理論知識(shí)的理解，還能夠在物理實(shí)驗(yàn)操作中，培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)和綜合素質(zhì)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)上，要注重物理實(shí)驗(yàn)的演示性和可觀性、趣味性，激發(fā)學(xué)生的求知欲和好奇心，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的積極參與度。

2.在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透科學(xué)精神

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的不僅僅在于反映物理現(xiàn)象，更應(yīng)該從物理實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方法的選擇、實(shí)驗(yàn)步驟的實(shí)施中，滲透深刻的物理思想。以物理學(xué)中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為例，卡文迪許測(cè)定的萬(wàn)有引力常數(shù)G=6.754×10-11 N·m2/kg2，密立根利用油滴試驗(yàn)來(lái)測(cè)定單位電荷量1.5924（17）×10-19庫(kù)倫，卡文迪許和密立根等人在當(dāng)時(shí)的科技水平下，能夠?qū)⒄`差降低在百分之一內(nèi)著實(shí)是了不起的壯舉。對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從最初物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫(xiě)，似乎已經(jīng)完成了實(shí)驗(yàn)過(guò)程，但對(duì)于為什么要這樣去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，怎樣從抗干擾因素中來(lái)獲得顯著的實(shí)驗(yàn)效果，其中的科學(xué)性和可操作性實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)又是如何去完成的。對(duì)于這些問(wèn)題，我們可以從探尋物理實(shí)驗(yàn)的巧妙思想和設(shè)計(jì)美學(xué)來(lái)解釋。如對(duì)于拉伸法來(lái)測(cè)量彈性模量實(shí)驗(yàn)，對(duì)于一個(gè)物體在外力作用下都會(huì)發(fā)生形變，與胡克定律中的彈簧具有相似性。即在彈性形變范圍內(nèi)物體內(nèi)部產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力與其形變程度成正比，而這個(gè)正比例系數(shù)就是彈性模量。本實(shí)驗(yàn)公式表示

為： ，轉(zhuǎn)化后得到 。從本關(guān)系式可知，

對(duì)于某金屬絲，長(zhǎng)度可以測(cè)量、橫截面積可以通過(guò)直徑來(lái)獲得，而對(duì)于變化量?l，卡文迪許采用的方法是利用顯著變化量來(lái)計(jì)算微小變化量的方法。一是利用增大T型架兩球間的長(zhǎng)度，來(lái)放大萬(wàn)有引力間的力矩，由于石英絲細(xì)，所以力臂短，從而形成較大的扭力；二是增大弧度尺與系統(tǒng)距離，使得與石英絲一起轉(zhuǎn)動(dòng)的小鏡子的反射光在弧線(xiàn)上形成較大的角度，對(duì)石英絲放大了扭轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)，在對(duì)彈性模量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，我們利用光杠桿鏡尺法，通過(guò)對(duì)金屬絲拉伸長(zhǎng)量的計(jì)算，來(lái)帶動(dòng)對(duì)其相連的平面鏡俯仰角度的變化，進(jìn)而計(jì)算出標(biāo)尺上的平移距離，再利用二次反射實(shí)驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)一步拉大標(biāo)尺光線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的距離，施加在金屬絲上的力F與其形變量?l成正比，這個(gè)系數(shù)就是我們要測(cè)量的彈性模量E。

3.強(qiáng)化物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科研的融合

由于高校物理實(shí)驗(yàn)與其他多門(mén)學(xué)科相關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容要與具體科研相結(jié)合。教師在科研中對(duì)某一領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)的研究專(zhuān)業(yè)性更強(qiáng)，潛移默化中對(duì)學(xué)生的學(xué)術(shù)意識(shí)有較大激發(fā)，再加之科研實(shí)驗(yàn)與本學(xué)科之間的關(guān)系緊密，更能夠拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。如利用高校實(shí)驗(yàn)科研平臺(tái)，從學(xué)科實(shí)驗(yàn)前沿知識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開(kāi)放性，通過(guò)科研實(shí)驗(yàn)講座和科研實(shí)驗(yàn)展示，讓更多的學(xué)生能夠從前沿知識(shí)與實(shí)驗(yàn)中，認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，為培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、增?qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)打下基礎(chǔ)。

4.注重物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的融合與創(chuàng)新

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)離不開(kāi)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。習(xí)明納教學(xué)法的核心思想是通過(guò)研討方式來(lái)相互學(xué)習(xí)、相互借鑒和促進(jìn)，發(fā)揮集體智慧來(lái)解決問(wèn)題。在這個(gè)過(guò)程中，每個(gè)學(xué)生都能夠在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中參與交流，從思想碰撞中獲得啟發(fā)。物理學(xué)本身是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的，對(duì)于實(shí)驗(yàn)與物理理論知識(shí)來(lái)說(shuō)，每一位物理學(xué)家的新發(fā)現(xiàn)都是以其他物理學(xué)家的前期實(shí)驗(yàn)為支撐的。

5.注重學(xué)生的主體地位和核心作用

學(xué)習(xí)的過(guò)程是知識(shí)形成的過(guò)程，高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該圍繞學(xué)生來(lái)展開(kāi)，無(wú)論是基礎(chǔ)知識(shí)，還是基本操作，都要凸顯學(xué)生的主體性和核心地位。對(duì)于實(shí)驗(yàn)選題的開(kāi)放性，主要體現(xiàn)在單個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上，從物理學(xué)各專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分析上，結(jié)合學(xué)生的自主性來(lái)選擇實(shí)驗(yàn)，滿(mǎn)足學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求。注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的開(kāi)放性，對(duì)于不同的物理實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，教師依照學(xué)科發(fā)展特點(diǎn)、根據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知情況來(lái)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的可操作性和簡(jiǎn)潔性，并讓學(xué)生發(fā)表意見(jiàn)，改進(jìn)和適應(yīng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需要。此外對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定，要結(jié)合不同學(xué)生的能力及實(shí)驗(yàn)水平，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)，不能影響和抑制學(xué)生的自信心。

6.注重分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)，優(yōu)化和整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)

分層思想源自“因材施教”，孔子曾主張“深其深、淺其淺、益其益、尊其尊”，即教育要因人而異。高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要兼顧不同學(xué)科、不同學(xué)生的層次和水平，要從物理實(shí)驗(yàn)規(guī)劃上與學(xué)科專(zhuān)業(yè)相銜接，優(yōu)化教學(xué)資源，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)循序漸進(jìn)。根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，盡可能為不同層次的學(xué)生提供適宜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，既要關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，還要兼顧學(xué)生的整體能力。教師在分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，要發(fā)揮其引導(dǎo)、啟發(fā)、咨詢(xún)等作用，能夠從實(shí)驗(yàn)教學(xué)的協(xié)調(diào)性、拓展性、系統(tǒng)性、連貫性上，增強(qiáng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性，獲得理想的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

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〔責(zé)任編輯：林勁、李婷婷〕