新形態(tài)下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)的探索

甘路　別業(yè)廣　閔銳

[摘 要]物理實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生在基本原理、實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)計(jì)算上得到初步而系統(tǒng)的訓(xùn)練，這種了解和訓(xùn)練，既為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定了廣泛而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，為其今后參加科學(xué)研究、技術(shù)應(yīng)用提供了廣闊的空間。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材改革是一項(xiàng)艱巨而長期的任務(wù)，它直接影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和大學(xué)物理教育體系的建設(shè)。高校物理實(shí)驗(yàn)課程教材改革，應(yīng)符合現(xiàn)代課程教學(xué)的要求，體現(xiàn)知識(shí)更新和技術(shù)進(jìn)步。

[關(guān)鍵詞]高校；物理實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教材

[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）06-0017-02

物理實(shí)驗(yàn)，是以掌握物理要素及其相互間的規(guī)律為目的的，是人為復(fù)制和調(diào)控物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)與過程的一種科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)。其目的在于認(rèn)識(shí)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，探索物理變化的特征和規(guī)律，揭示各種物理因素之間的聯(lián)系和物理現(xiàn)象的本質(zhì)，或者對(duì)物理理論進(jìn)行驗(yàn)證。作為一種實(shí)踐活動(dòng)，物理實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)操作息息相關(guān)。但是，絕不應(yīng)把物理實(shí)驗(yàn)僅理解為實(shí)驗(yàn)操作。物理實(shí)驗(yàn)的全過程包括：從質(zhì)疑出的問題開始，經(jīng)設(shè)計(jì)、實(shí)踐、分析和排除異?，F(xiàn)象，到分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，分析誤差，寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告的系列活動(dòng)。物理實(shí)驗(yàn)的要素包括：實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、儀器裝置、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析。物理實(shí)驗(yàn)各個(gè)要素間相互銜接，相互影響。其中實(shí)驗(yàn)思想指導(dǎo)全局，且落實(shí)和集中體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上；具體設(shè)計(jì)又受環(huán)境、儀器裝置等要素的限制，實(shí)驗(yàn)操作同時(shí)也是數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)。

在這一系列要素當(dāng)中，教材是教學(xué)的最基本工具。實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法必須經(jīng)過教材這個(gè)橋梁才能進(jìn)入學(xué)生的大腦并形成最初的印象，具體的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作必須經(jīng)由教材形成條理化的步驟，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差分析也要通過教材落實(shí)為最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。物理實(shí)驗(yàn)教材在這一系列要素中起到了非常關(guān)鍵的作用。在現(xiàn)代科技日新月異的今天，各個(gè)大學(xué)都在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)改革，教材改革作為整體改革的一部分，自然也是教學(xué)改革的重頭戲。

一、目前物理實(shí)驗(yàn)教材的現(xiàn)狀

隨著我國物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的蓬勃發(fā)展，各個(gè)高校都有不同版本的物理實(shí)驗(yàn)教材。最初的教材大多按照理論教材的順序來編寫，也就是按力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)排序。但隨著物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的發(fā)展，大部分教材按照預(yù)備性實(shí)驗(yàn)、基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)的順序來編寫。這樣的編寫由易到難，符合學(xué)生認(rèn)知的規(guī)律，有助于學(xué)生能力和技能的培養(yǎng)，取得了很好的效果，但發(fā)展的同時(shí)也暴露出了幾個(gè)問題。

第一，隨著高校的擴(kuò)張和發(fā)展，學(xué)校和學(xué)生對(duì)課程、教材的要求也在不斷提高，同時(shí)新的教學(xué)模式、教學(xué)理念不斷進(jìn)入課堂，這些都大大改變了傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式和方法。物理實(shí)驗(yàn)教材如果還按照以前的模式，很難適應(yīng)這種變化。例如，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材在論述實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法時(shí)采用一種循序漸進(jìn)的方法講解，但這往往是一種知識(shí)的灌輸，學(xué)生在閱讀教材時(shí)只是被動(dòng)地接受知識(shí)，難以達(dá)到預(yù)習(xí)的效果。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材中的實(shí)驗(yàn)涉及的目的、原理、方法、步驟等有些過于繁雜，詳略不夠得當(dāng)，學(xué)生在看完實(shí)驗(yàn)教材后，有時(shí)很難領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)思想和操作步驟，形成不了一個(gè)宏觀的印象。另外，操作步驟文字?jǐn)⑹霾糠痔爆崳^長，學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)容易產(chǎn)生畏難情緒，達(dá)不到預(yù)習(xí)的目的。

第二，進(jìn)入21世紀(jì)后，科技的發(fā)展日新月異，大量的新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、新實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，但物理實(shí)驗(yàn)教材很多都沒有跟上時(shí)代潮流，沒有反映這些新的變化和進(jìn)步，這大大制約了教學(xué)改革的發(fā)展。

第三，實(shí)驗(yàn)當(dāng)中涉及的基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能、數(shù)據(jù)處理方法等，這些對(duì)學(xué)生來說至關(guān)重要的能力和基本素養(yǎng)，目前在教材中有時(shí)突出得不夠，這很容易給學(xué)生造成“這些內(nèi)容不重要”的印象，這對(duì)學(xué)生今后的學(xué)習(xí)、工作會(huì)造成不良的影響。

二、針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材改革的具體探索

第一，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不但要保持，而且要加以強(qiáng)調(diào)。很多教師在探討物理實(shí)驗(yàn)教材改革時(shí)，都認(rèn)為要提高起點(diǎn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)要?jiǎng)h除，較為簡單的測量以及常見測量儀器無需在教科書中提及等。筆者認(rèn)為，對(duì)早年使用的老教材內(nèi)容做出調(diào)整，該減的減，該刪的刪，但不能將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和內(nèi)容一概視為已無教學(xué)價(jià)值而統(tǒng)統(tǒng)刪除，這是不科學(xué)的做法。這類似于我們不可能將牛頓定律、高斯定理、麥克斯韋電磁理論在物理教科書中刪除一樣。我們的學(xué)生都是大一或大二的學(xué)生，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是他們接觸到的第一門系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程，必須要考慮到他們素質(zhì)、能力差別的背景。可能有部分學(xué)生在中學(xué)上過物理實(shí)驗(yàn)，但那也是一種對(duì)理論教學(xué)的輔助，和大學(xué)中的完整獨(dú)立實(shí)驗(yàn)相差很多。我們有責(zé)任在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，特別是在教材編排中，不光在緒論部分強(qiáng)調(diào)基本操作和基本規(guī)范，更應(yīng)該將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)放在教材的首要位置，著重強(qiáng)調(diào)。同時(shí)具體到教材里描述的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，也要強(qiáng)調(diào)基本操作要領(lǐng)和基本規(guī)范要求，通過每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的不斷重復(fù)強(qiáng)化，讓學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣。

第二，針對(duì)學(xué)生覺得內(nèi)容枯燥、繁雜的問題，如果在理論課中已經(jīng)學(xué)過，就可以在實(shí)驗(yàn)教材中少作安排。同時(shí)，我們還可以在教材中適當(dāng)加入對(duì)物理實(shí)驗(yàn)背景的介紹，將物理學(xué)史方面的內(nèi)容和具體的物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，這會(huì)使學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)步驟產(chǎn)生全新的認(rèn)識(shí)。

例如在邁克爾遜干涉儀這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，可以適當(dāng)先介紹這個(gè)實(shí)驗(yàn)的背景。如“以太”的提出和無數(shù)科學(xué)家對(duì)它的探索。最初，科學(xué)家利用半透膜將一束光分解成完全相同的兩束光，并利用光的干涉來驗(yàn)證以太漂移的方法。進(jìn)入20世紀(jì)后，邁克爾遜和莫雷根據(jù)這個(gè)思路具體改進(jìn)儀器，比如將整個(gè)儀器固定在石板上，并將其安裝在圓形臺(tái)座上，放入盛滿水銀的金屬圓筒中，以此來使其極平穩(wěn)地轉(zhuǎn)動(dòng)。再到后來，卡爾文所做的著名演講中提到的古典物理學(xué)晴朗天空下的兩朵烏云，其中一朵就是邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)中的零結(jié)果。如果再擴(kuò)展開去，還可以提及隨著近代物理的發(fā)展，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的局限性漸漸被人們發(fā)現(xiàn)。這樣，通過一種儀器的介紹可以串起整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展。從經(jīng)典物理到近代物理的飛躍，再結(jié)合儀器實(shí)物，可以讓學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)儀器有新的認(rèn)識(shí)。這不僅對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)本實(shí)驗(yàn)有好處，而且對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)整個(gè)物理課程也會(huì)大有裨益。

第三，針對(duì)現(xiàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按照基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)的重新編排，在教材編寫的過程中，可以進(jìn)行針對(duì)性地運(yùn)用和補(bǔ)充。對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，應(yīng)強(qiáng)調(diào)基本實(shí)驗(yàn)方法、基本實(shí)驗(yàn)技能和基本數(shù)據(jù)處理規(guī)范；對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)，在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)原理的同時(shí)，可以多介紹一些實(shí)驗(yàn)方法，多設(shè)計(jì)幾套課后思考題，以開拓學(xué)生的視野，啟發(fā)學(xué)生的思路。

第四，加強(qiáng)教材中對(duì)新儀器、新技術(shù)的介紹，以及物理實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代科技應(yīng)用中的介紹。新儀器、新技術(shù)代表著現(xiàn)今社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，教材的改革必須加快步伐跟上。目前，物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的新儀器更新很快，各種計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展也很快，教材在這方面應(yīng)該緊跟時(shí)代步伐，多介紹這方面的知識(shí)，這有利于提高教學(xué)效果。由于物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性，很多學(xué)生都存在一種錯(cuò)誤的思想，即認(rèn)為物理實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代科技聯(lián)系不大，可學(xué)可不學(xué)。鑒于此，必須在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材的改革中，適當(dāng)增加物理實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代科學(xué)科技發(fā)展過程中的介紹，強(qiáng)化兩者的聯(lián)系，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展中的應(yīng)用及其重要性。

三、結(jié)束語

物理實(shí)驗(yàn)課程讓學(xué)生在基本原理、實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)計(jì)算上得到初步而系統(tǒng)的訓(xùn)練。這種了解和訓(xùn)練，既為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)課程奠定了廣泛而堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，又培養(yǎng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，為今后學(xué)生參加科學(xué)研究、技術(shù)應(yīng)用提供了廣闊的空間。在科技發(fā)展日新月異的背景下，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材改革是一項(xiàng)艱巨而長期的任務(wù)，它直接影響到實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和大學(xué)物理教育體系的建設(shè)。我們必須不斷更新教材內(nèi)容，改進(jìn)教學(xué)方法，通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，這樣才能使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程成為提高學(xué)生素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生能力的優(yōu)良平臺(tái)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 饒黃云.探討實(shí)驗(yàn)的物理思想提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量[J].東華理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（6）.

[2] 杜義林.高校物理實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)實(shí)踐與思考[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（1）.

[責(zé)任編輯：陳 明]