高校物理實驗教學(xué)改革芻議

韓瑞功

摘要 高等學(xué)校的物理實驗教學(xué),不僅使學(xué)生在實驗活動中,能夠動手操作、感官觀測,還需要充分調(diào)動自己的思維去想象、思考、推測實驗結(jié)論,使學(xué)生從實驗中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題,并利用所積累的理論和實踐知識解決實際問題,為就業(yè)和創(chuàng)造社會財富打下堅實的實踐基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞 物理;實驗教學(xué);改革

眾所周知,物理是高等院校理科及相近專業(yè)的基礎(chǔ)課之一,也是眾多專業(yè)或后續(xù)課程的必修學(xué)科。因此,教好物理課與調(diào)動學(xué)生積極參與物理實驗,對于全面提高學(xué)生的動手能力、激發(fā)其創(chuàng)新的思維活動、培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)動機(jī)、提高自身的學(xué)習(xí)質(zhì)量都具有重要的現(xiàn)實意義。幾年來,筆者在本科電氣自動化專業(yè)物理教學(xué)中,僅僅依靠學(xué)校現(xiàn)有的實驗設(shè)備和實驗場所,不斷創(chuàng)新實驗教學(xué),取得較好的教學(xué)效果,主要表現(xiàn)在以下幾點。

1 寓網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)多媒體技術(shù)于物理實驗教學(xué)中,賦予物理實驗教學(xué)以新的內(nèi)涵

傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)方式和手段相對單一,大都是實驗指導(dǎo)教師,按照實驗設(shè)備和實驗題目的要求,組織學(xué)生通過已有的設(shè)備完成對已有實驗數(shù)據(jù)的測量與分析,這樣不僅不能擴(kuò)大學(xué)生對物理知識的縱向與橫向聯(lián)系,更不能有效地培養(yǎng)學(xué)生的分析問題、解決問題的創(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、在實驗報告上講注意事項、在實驗室內(nèi)機(jī)械地讓學(xué)生進(jìn)行基本數(shù)據(jù)的測量,學(xué)生聽起來、看起來枯燥乏味,注意力常常不夠集中,實驗教學(xué)效率低下,制約當(dāng)前本科院校物理實驗教學(xué)的改革。

教學(xué)實踐表明,在介紹各種儀器設(shè)備使用方法的時候,借助網(wǎng)絡(luò)或計算機(jī)多媒體,學(xué)生就能直觀、形象地了解,而不是聽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)場演示一下儀器設(shè)備的使用,使學(xué)生更直接地了解,使實驗教學(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)動機(jī)。但是教師不能過分地依賴網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)和多媒體,也不能簡單地認(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”。多媒體用于實驗教學(xué)其效果如何,關(guān)鍵要看是否提高學(xué)生的實驗積極性,是否提高實驗教學(xué)的質(zhì)量。

如在本科電氣自動化專業(yè)的物理實驗教學(xué)中,筆者組織物理教師和實驗指導(dǎo)教師,利用課余時間,將物理實驗的內(nèi)容、儀器使用方法、實驗步驟、結(jié)果分析以及最新的實驗動態(tài),通過校園網(wǎng)傳輸給每一位學(xué)生,讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)和媒體認(rèn)識實驗過程和掌握分析實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,組織學(xué)生深入實驗室進(jìn)行動手實驗。效果非常明顯,學(xué)生普遍反應(yīng)良好。網(wǎng)絡(luò)實驗的開展,不僅僅局限于實驗的過程,重要的是把學(xué)校的實驗設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)給學(xué)生,開發(fā)了學(xué)生實驗的第二課堂,優(yōu)化了現(xiàn)代實驗教學(xué)手段,賦予物理實驗以新的內(nèi)涵。

本科物理中的眾多實驗是難以通過實驗室完成的,如果利用網(wǎng)絡(luò)媒體,借助計算機(jī)媒體等特有的功能,也會起到事倍功半的效果。如光的干涉實驗、光電效應(yīng)、熱能微量變化、熱量的傳導(dǎo)、光太陽能的轉(zhuǎn)換、射電望遠(yuǎn)鏡等,都可以做成課件或通過動漫來進(jìn)行對比與說明,以彌補(bǔ)實驗室之不足,達(dá)到應(yīng)用的教學(xué)效果。同時,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)、空洞實驗、熱電子發(fā)射、晶陣等眾多現(xiàn)代化實驗都可以通過網(wǎng)絡(luò),傳輸給每一位學(xué)生,在豐富學(xué)生物理知識的同時,可間接地引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識和了解最新的科學(xué)實驗,激發(fā)其內(nèi)在的學(xué)習(xí)動力。

2 鼓勵學(xué)生在實驗過程中存在錯誤和缺陷,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力

學(xué)生的天職就是學(xué)習(xí),學(xué)生上物理實驗課是希望能從實驗過程中學(xué)到一些創(chuàng)新的認(rèn)識或技能,特別是對一些物理現(xiàn)象、結(jié)論、過程及存在有爭議的問題,作出判斷、比較,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新、發(fā)展和再實踐,為人類的發(fā)展、創(chuàng)造打下堅實的實驗基礎(chǔ),獲取優(yōu)質(zhì)的技術(shù)資源。所以,在學(xué)生進(jìn)行物理實驗學(xué)習(xí)的時候,肯定在某些方面的知識存在不完整性或者技術(shù)性缺陷。因此,在平時的物理實驗教學(xué)過程中,教師應(yīng)該在不違反實驗室安全條例和規(guī)章制度的情況下,允許學(xué)生在實驗過程中存在某些錯誤碼和缺陷。同時,當(dāng)錯誤和缺陷出現(xiàn)時,往往能促使學(xué)生繼續(xù)思考或探討,讓學(xué)生自己去評價或全面思考自己的實驗。當(dāng)然,教師要在必要的時候給予適當(dāng)?shù)奶嵝选Ｏ鄬τ谀茼橅樌赝瓿蓪嶒?達(dá)到實驗的要求,在實驗過程中出現(xiàn)錯誤和缺陷的學(xué)生,則更有機(jī)會讓學(xué)生學(xué)習(xí)到更多的知識和解決問題的方法;更有利于實驗指導(dǎo)教師,通過實驗過程培養(yǎng)學(xué)生自我解決問題的能力、創(chuàng)新能力和堅忍不拔的拼搏精神;更有利于物理教育工作者,通過逆境的教學(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)和實驗?zāi)芰Α?/p>

學(xué)生的獨(dú)立進(jìn)行或者合作進(jìn)行物理實驗?zāi)芘囵B(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性、自主性和合作精神,使物理實驗教學(xué)成為學(xué)生質(zhì)疑、搜集信息和處理、探究的實踐活動。但是在物理實驗教學(xué)過程中,學(xué)生的安全問題也應(yīng)成為物理實驗教學(xué)育工作關(guān)注的焦點之一。在電路及有關(guān)電能實驗中,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,在具體的實驗過程中還是會出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。比如在日光燈管實驗和陰極電子流實驗中,短路現(xiàn)象和實驗臺的報警聲常常出現(xiàn),以至于實驗不能順利進(jìn)行下去,個別學(xué)生甚至于不敢打開電源,運(yùn)行電路,開始實驗。針對此類現(xiàn)象,在漏電保護(hù)器和實驗臺保險裝置的保護(hù)下,教師應(yīng)要求學(xué)生大膽動手,盡量完成實驗任務(wù)。高校的學(xué)生畢竟已經(jīng)成年,教師給他們一個寬松的實驗環(huán)境,讓他們自己多動手多操作,而不是教師怎么說,他們就怎么做,這樣才能鍛煉他們的動手實踐能力。

3 讓物理實驗激發(fā)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的濃厚興趣

心理學(xué)家認(rèn)為,興趣是一種特殊的意識傾向,是動機(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,是思維的動力。因此,如何在物理實驗過程中運(yùn)用先進(jìn)的實驗教學(xué)手段,結(jié)合物理學(xué)科特點,采用適當(dāng)?shù)姆椒ぐl(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)物理的興趣,是近年來物理教師積極研究和探討的問題,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驗中,聯(lián)系生活現(xiàn)象,簡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驗過程中現(xiàn)場提問,加深學(xué)生對這一知識點的印象,通過功率因數(shù)的定量測定,教育學(xué)生加強(qiáng)環(huán)保意識,開發(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)會燈光設(shè)施,設(shè)立創(chuàng)新的研究課題;也可以在動量定理驗證的實驗中,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)動的基本規(guī)律,詳細(xì)了解電磁選礦以及有趣的體育活動等,這對學(xué)生是一個激勵,也是對完成此實驗學(xué)生的一次教育,能夠大大提高學(xué)生實驗的積極性;在微勢能的實驗中,可以安排完成實驗的學(xué)生針對微勢能進(jìn)行辯論,讓學(xué)生體會到實驗的實用性、知識性和趣味性。這樣,激發(fā)學(xué)生濃厚興趣,更激發(fā)他們的求知欲望,使他們對所學(xué)的物理理論也更有興趣。

針對學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的情況,結(jié)合物理實驗教學(xué),筆者優(yōu)先在電氣自動化專業(yè)班級,開展興趣物理實驗活動,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。各小組都以實踐和應(yīng)用為中心,深入濰坊市的工廠、車間、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,通過對農(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)表在國家級刊物上,參加省電子制作大賽,獲得團(tuán)體三等獎和個人二等獎。力學(xué)、熱能研究小組,通過對濰坊市農(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),并對技術(shù)性改造提出具有先進(jìn)性的觀點,受到專家的一致好評。

物理是一門自然科學(xué),如果高等本科學(xué)校的物理實驗教學(xué),能與專業(yè)有機(jī)結(jié)合,并有所發(fā)展,本身就是對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的一種有效方法。■

(作者單位:山東省濰坊科技學(xué)院)