科技創新在物理教學中的滲透

韓萬強　劉清秀

[摘 要]文章論述了物理學與科技創新的密切關系,并提出如何在物理教學的各個環節中滲透科技創新的思想。

[關鍵詞]創新思想;物理教學;滲透

[中圖分類號]G633.7 [文獻標識碼]A [文章編號]1005-6432(2009)18-0114-02

物理學是揭示物質運動規律的自然科學,科學技術的發展與物理學有著直接的關系,若沒有物理基本定律與原理的指導,就不可能有今天人類社會的大發展。

1 物理學的發展與科技創新——科技創新的重大意義

從社會發展的歷程看,科學技術的不斷創新使人類社會取得了一次又一次飛躍式的發展,使人類的生活發生日新月異的變化,而這些發明創造無一不和物理學的發展有密不可分的聯系。18世紀,熱力學的發展使得蒸汽機得以發明,從而使整個歐洲爆發了工業革命,19世紀電磁理論的發展使得電力電器出現大發展,誘發了第二次工業革命,到20世紀初,超高壓裝置、超低溫設備、油擴散真空泵的先后發明,為現代創造極端物質材料提供了條件。隨著電力和電子技術的廣泛應用,出現了各種用途廣泛的精確計量的電動裝置和電子儀器。自倫琴發現X射線、湯姆遜發現電子以后,相繼又有阿普頓質譜儀的發明以及同位素測定、紅外線光譜、原子光譜等儀器的產生。30年代發明的電子示波器、電子顯微鏡,40年代發明的電子計算機等,不但使物理學家可直接觀察到電子運動規律和物質結構等微觀現象,而且也為生產技術開拓了一條技術研究及自動化控制的新途徑。

經濟發展,科技領先,當前我國為了積極跟蹤世界新科學技術,要努力在電子技術、新材料、新能源、航空航天、海洋工程、通信等領域取得新的科技發展。而這些科技的發展,都是與物理學的應用有著非常密切的關系。

2 在物理課堂教學中樹立科技創新的思想——創新人格的培養

2.1 物理學家的創新思想

跟學生講述阿基米德,牛頓,法拉第,麥克斯韋,普朗克,愛因斯坦等大物理學家們是如何發現新的物理規律,如何創造出新的物理思想,了解一些理論如何經歷失敗和成功的磨礪,為捍衛哥白尼日心說而舍身成仁的布魯諾。偉大的科學家伽利略,為科學、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研究工作,在他的內心里始終堅持追求科學需要特殊的勇氣。自學成才的安培提出分子電流假說,為電磁理論的發展做出了突出的貢獻,被譽為電學上的牛頓。還有當今在世的最偉大的科學家之一霍金身患絕癥,在完全喪失語言能力情況下仍然創造性地提出了宇宙起源以及黑洞的蒸發等著名理論。這樣的實例比比皆是,可以說每個物理定律定理的誕生都有著一段曲折的歷史。并且,要為學生滲透理想化、極限化的方法,讓學生明白物理模型對解決實際問題的作用,比如質點模型、剛體模型、彈簧振子、理想流體、理想氣體模型等,讓學生學會根據現象進行科學推理的方法,從而滲透了創新性的思維。

2.2 設計問題,激發質疑,鼓勵猜想

重視設計引導學生的學習活動,不斷激勵學生,把問題作為教學的出發點,例如在講授質量的操作型定義時,提出怎樣確定質量跟速度的改變的關系。通過多媒體演示實驗讓學生觀察氣墊桌上兩個物體碰撞前后的變化,讓學生思考如何確定質量。為什么要先規定質量的單位,再確定數值。講授電磁感應定律時,先根據學過的知識提出問題:電與磁到底存在怎樣的關系。讓問題貫穿教學過程的始終,最后讓學生自己總結。另外,不但教師要善于向學生提問,還要鼓勵學生產生質疑,激發他們思想的火花,比如在講多普勒效應時,學生提出:如果人行走的速度大于聲傳播的速度,那對面來人跟你說“你好啊”,你聽到的是什么呢?在講到電動勢的時候,學生提出:可不可以制造水電池來節省能源?制造一種可控的電源充電器,制造一種新型的發光材料等,他們在知識的學習中會不斷有新的想法冒出來,這種創新思維正是我們要找的。

2.3 查閱資料,咨詢專家,解決疑問

對于相關的教學內容和學生提出的疑難問題可以借助互聯網,咨詢相關的專家來解決,比如學生提出“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象,到底這種理論對不對呢?我們可以通過發帖的形式去網上咨詢專家,還有,有的同學提出的各種發明創造設想是否在其他地方已經有了相關的產品了呢,等等,這些我們都可以通過網絡搜索解決。

3 在物理實驗教學中鍛煉科技創新的能力——創新個性的鍛煉

3.1 加強設計性實驗內容

重在科研能力的訓練和創新思維的培養,學生可以在教師的指導下自己設計實驗方法和實驗步驟,或者更深一層自己設計實驗題目,這些都可以加強創新性的鍛煉。比如在進行“牛頓第二定律的驗證”實驗時,20個實驗小組就有8套不同的實驗方案,有4種方案是在氣墊導軌上完成的,另4種方案是在自己設計的斜面上安裝小車完成的,通過數據記錄結果分析考慮一定的誤差實驗都取得了很好的實驗效果。在“測量重力加速度”實驗時,學生們也設計了幾種不同的實驗方法。

3.2 鼓勵學生對實驗儀器及實驗方法的改進

實行兩人一小組,10人一大組,討論實驗方法及實驗過程,記錄在實驗中遇到哪些問題,找到問題產生的原因,如何消除系統誤差和減小隨機誤差。每個實驗計劃學時3課時,實驗預習在課外完成,實驗講解與指導大約需要半小時,其余時間由學生自己安排。學生在做“單擺實驗和扭擺實驗”時提出:計時系統是否可以由人工計時改為計時器計時,在“測量液體黏滯系數”實驗中,有的同學就提出計時系統也不可靠,還有摩擦損耗太大,應對儀器進行改進。在“剛體轉動”實驗中,同樣提出了計時方法的缺陷,這個問題引起了我們的重視,于是我們進行了研究,并在學校申請了專門的科研創新基金進行立項研究如何改進。

3.3 開設自制實驗教學儀器專題

利用自制教具課培養學生的科技創新素質,編寫相關的教材,設置有關的專題,開設至今,已經先后研制教具一百多種、七百多件,繪制教學掛圖三百多張,其中研發的教具有六項獲得省級獎勵,三項獲得專利,彭大明、李小林等人發明的“智能電話報警器”獲2007年河北省大學生科技競賽二等獎,2005年石家莊學院物理實驗中心被省教育廳和省發明創造協會等部門評為優秀發明創造單位。

4 在物理課外活動中體驗科技創新的成功——創新平臺的搭建

利用科技發明與創造比賽讓好的創新項目得以展現,建立多項科技創新基金,完善保障機制。比如設立科技制作與發明競賽,建立創新實驗項目科研基金等。例如近幾年我系劉少飛等42名同學申報了15項大學生基金資助課題,2003年學生秦剛主持的課題獲得省級一等獎,學生劉杰主持的課題獲得省級二等獎。這些都說明只要給學生提供展示的平臺,他們就可能創造出非凡的成績。

參考文獻:

何裕德.物理學與現代科學技術發展[M].北京:中國勞動出版社,1994.

[收稿日期]2009-04-27