大學(xué)物理實驗中發(fā)散思維的引導(dǎo)與訓(xùn)練

馬 沖，程永進，郭萬里

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

大學(xué)物理實驗中發(fā)散思維的引導(dǎo)與訓(xùn)練

馬 沖，程永進*，郭萬里

(中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，湖北 武漢 430074)

發(fā)散性思維是創(chuàng)新能力的基礎(chǔ)。大學(xué)物理實驗是理工類學(xué)生最早接觸的實驗，在分析現(xiàn)存物理實驗教學(xué)模式存在問題的基礎(chǔ)上，將發(fā)散性思維訓(xùn)練作為大學(xué)物理實驗課堂的目標(biāo)之一，提出了課堂發(fā)散性思維訓(xùn)練的三種方式。最后通過某個具體的物理實驗，對實驗教學(xué)中的發(fā)散思維訓(xùn)練內(nèi)容及過程進行了說明。

思維發(fā)散；大學(xué)物理實驗；實驗教學(xué)

大學(xué)物理實驗是理工類學(xué)科學(xué)生必修課程之一[1]，對于學(xué)生動手能力的提高、科研素質(zhì)的訓(xùn)練以及理論聯(lián)系實踐的深刻認知都有重要的影響，對于學(xué)生以后的學(xué)科專業(yè)性實驗以及參與科研試驗工作都具有重要的指導(dǎo)意義[2]。但是由于大學(xué)物理實驗自身的局限性、實驗教學(xué)模式陳舊以及學(xué)生不積極不主動等眾多因素的影響[3]，在新一輪的教學(xué)改革中，大學(xué)物理實驗面臨被削減甚至被舍棄的尷尬局面。因此，如何改變大學(xué)物理實驗課程模式，提高教與學(xué)的質(zhì)量，訓(xùn)練和提高學(xué)生綜合素質(zhì)顯得尤為重要。

發(fā)散性思維是人類重要的思維方式之一，顧名思義，就是指“立足一點、四面開花”，立足于解決某一問題，多方面多角度的考慮，將思維發(fā)散到更加廣泛的空間。發(fā)散性思維對于提高學(xué)生的能力、豐富學(xué)生的想象力具有重要意義[4]。

本文在審視大學(xué)物理實驗課程教學(xué)不足的前提下，將發(fā)散性思維訓(xùn)練引入課堂教學(xué)中，力求在教與學(xué)的過程中不再單單針對特定實驗，而是引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)實驗方法和心得，運用發(fā)散性思維試著解決其它實驗或?qū)W習(xí)生活中的其它問題。通過對大學(xué)物理實驗中一個典型實驗介紹，來闡明實驗教學(xué)中學(xué)生發(fā)散性思維的訓(xùn)練方法及意義。

1 當(dāng)今大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的主要問題

1.1 “按部就班”的教與學(xué)

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)過程主要包括四個步驟：學(xué)生預(yù)習(xí)、老師講解實驗原理、教師演示實驗過程、學(xué)生獨立完成實驗等?？此普：侠淼慕虒W(xué)模式其實隱藏著很多問題。實驗理論的提出及推導(dǎo)忽略；學(xué)生預(yù)習(xí)演變成襲實驗指導(dǎo)書；學(xué)生的實驗過程變成機械的重復(fù)教師的演示操作過程；實驗數(shù)據(jù)的處理模塊化，學(xué)生缺乏獨立思考和數(shù)據(jù)分析的鍛煉?？傊?，按部就班的教與學(xué)限制了教師授課自由發(fā)揮的空間，同時也難以激發(fā)學(xué)生實驗興趣，從而失去了物理實驗的特色所在。

1.2 操作程序化、學(xué)生僵尸化

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用于教學(xué)的儀器電子化程度和自動化程度都越來越高，許多儀器甚至于學(xué)生在不了解實驗原理的情況下，按照操作步驟進行簡單的初始化設(shè)置、運行，便可以得到很好的實驗結(jié)果。而對于儀器內(nèi)部的工作原理以及實現(xiàn)的方式引不起足夠的重視，甚至于有些實驗教師也對儀器的工作原理搞不清楚。因此，簡單、無意義等也逐漸成為越來越多學(xué)生對大學(xué)物理實驗課程的評價。程序化的操作步驟、僵尸化的動手過程必將成為限制學(xué)生思維發(fā)散能力的罪魁禍?zhǔn)?，如此，大學(xué)物理實驗不僅不能擴寬學(xué)生的視野和思維發(fā)散渠道，相反的，會對學(xué)生尤其是工科類學(xué)生的以后的科研工作產(chǎn)生不利影響。

綜上可知，大學(xué)物理實驗的改革，不能單單體現(xiàn)在實驗項目數(shù)目的增加和新的實驗儀器的開發(fā)方面。在原有實驗內(nèi)容的基礎(chǔ)上有意識的去培養(yǎng)學(xué)生思維發(fā)散能力，對實驗方法和經(jīng)驗進行總結(jié)升華，才是大學(xué)物理實驗改革的核心所在。

2 實驗教學(xué)中發(fā)散思維的訓(xùn)練

傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式為學(xué)生被動的接受知識，缺乏獨立思考的訓(xùn)練，對學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和興趣性都存在不利影響。培養(yǎng)學(xué)生作為主體去學(xué)習(xí)的意識，強化教師充當(dāng)指引著和輔助者的角色，是發(fā)散性思維訓(xùn)練的基礎(chǔ)。

(1)基礎(chǔ)理論知識透徹的理解

脫離理論知識的發(fā)散思維訓(xùn)練必將是大學(xué)物理實驗的指導(dǎo)書往往因為篇幅原因，對實驗原理方面的介紹都較為簡單，造成學(xué)生只重視實驗的操作，認為只要操作成功測得數(shù)據(jù)就算完成了任務(wù)，而忽略了理論去指導(dǎo)實踐，通過實踐來理解理論的試驗意義。因此，教師授課時要將實驗原理的重要性給學(xué)生講清楚，鼓勵學(xué)生查閱相關(guān)資料，深刻理解理論內(nèi)涵。只有透徹的理解了理論知識，在實驗操作中才能多思考，更加能夠舉一反三，根據(jù)自己的理解去豐富實驗內(nèi)容。

(2)教師的積極引導(dǎo)

思維發(fā)散訓(xùn)練離不開教師的指導(dǎo)，這就對物理實驗指導(dǎo)老師提出了更高的要求。在準(zhǔn)備實驗過程中，教師更要準(zhǔn)確把握實驗主旨思想和內(nèi)涵，在講授實驗教材要求的基本內(nèi)容的基礎(chǔ)上，積極引導(dǎo)學(xué)生思考，比如用一個實驗的實驗原理，去解釋實驗內(nèi)容之外的物理現(xiàn)象。教師還要善于從實驗教學(xué)工程中總結(jié)一些規(guī)律性的原理及方法，鼓勵學(xué)生去切身實踐體驗，比如在使用任何儀器進行測量的時候，一般都要遵循“先粗調(diào)再細調(diào)”的調(diào)節(jié)方法，并舉例物理實驗中常見的儀器進行說明，建議學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)科研過程中使用儀器要遵循這一原則。

(3)交流與討論

交流與討論的過程是思想碰撞的過程，是激發(fā)靈感、豐富知識的重要途徑?！叭∪酥L，補己之短”，他人的思想與見解、思維過程以及處理問題的方式方法對個人來講都是不可多得的經(jīng)驗。取人之長，并經(jīng)過加工成為自己的知識儲備并靈活調(diào)用，發(fā)散自己思維，尋求解決問題的多重途徑。

3 實例說明

根據(jù)大學(xué)物理實驗中代表性的實驗—金屬楊氏模量測量實驗，通過介紹不可測量物理量的處理方法，介紹引導(dǎo)學(xué)生進行思維發(fā)散訓(xùn)練的過程和方法。

(1)基礎(chǔ)理論

金屬楊氏模量的測量實驗，是通過在金屬絲下方懸掛砝碼測試金屬絲的伸長量，進而實現(xiàn)對楊氏模量的測量，根據(jù)虎克定律，本次試驗的實驗原理可用下式表示[5]：

式中，F(xiàn)為拉力大小，通過砝碼質(zhì)量便可測得；S為金屬絲的橫截面積，可通過游標(biāo)卡尺對金屬絲直徑測量實現(xiàn)；L為金屬絲原長，由實驗室提供；ΔL為在力F的作用下金屬絲的伸長量；E為金屬的楊氏模量。

由上面介紹可知，除ΔL外，其余各個物理量都可直接測量。ΔL是伸長量，由于金屬的剛度較大，肉眼看不出金屬絲的變化量，但可以將其比作橡皮筋的拉伸，使得學(xué)生更加直觀的了解楊氏模量E的物理意義。

本實驗是通過將微小物理量放大的方法，運用光杠桿的方式實現(xiàn)對不可測量物理量ΔL的測量。光杠桿原理圖如圖1所示。

(2)發(fā)散性思維的引導(dǎo)

限于篇幅，本節(jié)對光杠桿測量過程不予介紹，相關(guān)原理可參考相應(yīng)實驗指導(dǎo)書。本文僅僅對一個簡單實驗體現(xiàn)出來的實驗思想進行介紹并引導(dǎo)學(xué)生進行思維發(fā)散訓(xùn)練。

本實驗對微小量ΔL主要從兩個方面進行放大，一是根據(jù)光的反射原理：入射角偏轉(zhuǎn)θ，則反射光線偏轉(zhuǎn)2θ；二是根據(jù)相似三角形定理，根據(jù)對應(yīng)邊成比例來對小三角形的未知邊長進行放大處理。本實驗主要體現(xiàn)的實驗思想是如何實現(xiàn)對微小物理量的測量。

實驗教師在授課過程中可提出，曾經(jīng)有個物理學(xué)家為了測量一個很重要的物理量也運用了光學(xué)原理對物理量進行放大的方法，這就是著名的卡文迪許扭秤實驗。隨后，教師可對扭秤實驗過程和原理進行簡要介紹。然后，可對大學(xué)物理實驗中其它體現(xiàn)這一思想的物理實驗項目進行說明，鼓勵學(xué)生主動去了解和實踐，或者要求學(xué)生在做過的物理實驗中總結(jié)出體現(xiàn)這一物理實驗思想的實驗項目。

圖1 光杠桿原理圖

(3)分析和討論

實驗完成之后，要求學(xué)生結(jié)合自己的專業(yè)方向和生活閱歷，分小組討論微小物理量測量的實例；鼓勵學(xué)生發(fā)散思維，尋找其余的測量微小物理量的方式，比如間接測量法。間接測量法也是重要的物理實驗思想之一，其主要過程就是，建立待測量(微小量)與其它易測物理量之間的關(guān)系，通過對易測量的測量反算出待測量的值。

4 結(jié) 論

本文將發(fā)散性思維的訓(xùn)練引入大學(xué)物理實驗教學(xué)中，提出了實驗教學(xué)中發(fā)散性思維訓(xùn)練的三種方式，即基礎(chǔ)理論的透徹理、教師的積極引導(dǎo)、學(xué)生的自由討論。最后以金屬楊氏模量的測定為例，對三種發(fā)散思維訓(xùn)練方式進行了例證說明。

[1] 謝麗莎.大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2009.

[2] 許森東，馮元新，李祖樟.大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容與方法改革探討[J].大學(xué)物理實驗,2006(19): 77-79.

[3] 李永濤，毛巍威，劉猛洪,等.提高大學(xué)物理實驗教學(xué)質(zhì)量的思考[J].大學(xué)物理實驗，2013(26)：117-119.

[4] 張大鈞主編.教育心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，1999:6-8.

[5] 王希成，羅中杰主編.大學(xué)物理實驗[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014:72-83.

Guiding and Training of Divergent Thinking in College Physics Experiment

MA Chong,CHENG Yong-jin,GUO Wan-li

(China university of geosciences,Hubei Wuhan 430074)

Divergent thinking is the foundation of innovation ability.College physics experiment is the first kind of experiment of science and engineering students.The training of divergent thinking is one of the goals of the college physics experiment class.Three ways of training the divergent thinking in the classroom are put forward and based on the analyzing the existing problems of the existing physical experiment teaching mode.Finally,the content and process of divergent thinking training in experimental teaching are explained through a specific physical experiment.

divergent thinking；college physics experiment；experimental teaching

2016-06-24

中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)實驗技術(shù)研究項目(SJ-201625);中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)教學(xué)研究項目(2015A32)

1007-2934(2016)06-0124-03

G 642.0

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.034

*通訊聯(lián)系人