《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》教學(xué)方法探析

畢會英

摘要：圍繞“如何通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生解決問題能力這一核心，本文在教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)思想及解決問題能力的有效教學(xué)方法，即重點(diǎn)內(nèi)容“問題化”、解決問題“方法化”、復(fù)雜問題“簡單化”、專業(yè)問題“通俗化”，簡稱“四化教學(xué)法”。在教學(xué)過程中，教師可通過教學(xué)方法的改革和實(shí)踐，使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練過程中，潛移默化地形成思考問題、解決問題的思路、習(xí)慣和方法，從而提高學(xué)生解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)方法;實(shí)驗(yàn)思想;問題解決能力

中圖分類號：G427 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0141-02

美國心理學(xué)家、哈佛大學(xué)教授威廉·詹姆士說過：教育的目的是培養(yǎng)滿足各種生活狀況的能力。教師是實(shí)現(xiàn)教育目的的主體，其責(zé)任除了傳授知識，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的能力。因此，教師如何在教學(xué)過程中，圍繞“提高學(xué)生能力”這一核心采取有效的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和提高學(xué)生的能力尤為重要。每門課程都有其課程體系和相對應(yīng)的教學(xué)方法。

物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程的目的是利用實(shí)驗(yàn)儀器，通過合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，采用一定的實(shí)驗(yàn)方法，讓學(xué)生通過親自動手去驗(yàn)證、發(fā)現(xiàn)、探究物理學(xué)規(guī)律，從而鞏固所學(xué)物理知識，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣，提高發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。因此，教師在教學(xué)過程中如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，通過課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練，繼而提高解決問題的能力，是擺在實(shí)驗(yàn)課教師面前的重要課題。本文主要闡述教學(xué)過程中教師圍繞如何培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣、正確提問和解答，從而提高他們應(yīng)對不同狀況的能力，并取得較好的教學(xué)效果。

一、重點(diǎn)內(nèi)容“問題化”

心理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明，提問可以引起注意，不同的問題可以引導(dǎo)人們向不同的方向思考。因此，問什么問題很重要[1]。對于教學(xué)來說，每節(jié)課都有其重點(diǎn)內(nèi)容，如何使學(xué)生在短暫的時間內(nèi)盡快掌握其重點(diǎn)很關(guān)鍵。教師在上課前應(yīng)設(shè)計(jì)一些覆蓋教學(xué)重點(diǎn)的問題，讓學(xué)生回答，引導(dǎo)他們思考，尋找解決問題的答案。

例如，弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是：在理解波爾理論的基礎(chǔ)上，通過原子和電子碰撞的方法，實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)的改變，從而在原子狀態(tài)改變的時刻或者說原子從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷的時候測到原子的第一激發(fā)電位[2]。為了讓學(xué)生在有限的課堂時間內(nèi)抓住實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，在講弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)時，教師可要求學(xué)生依次回答以下幾個問題：（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘裁矗浚?）實(shí)驗(yàn)原理是什么？（3）實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)改變方法有哪些？（4）怎樣實(shí)現(xiàn)電子和原子的碰撞？（5）如何確定電子和原子碰撞的時刻，從而測出原子的第一激發(fā)電位等問題。通過一系列的提問，讓學(xué)生明白：實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菧y量亞原子的第一激發(fā)電位;要想測到第一激發(fā)電位，根據(jù)波爾理論，必須讓原子狀態(tài)改變（從基態(tài)向激發(fā)態(tài)躍遷）;實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)改變的方法是：讓具有一定能量的電子和原子發(fā)生碰撞，將能量傳遞給原子，從而實(shí)現(xiàn)原子狀態(tài)的改變。最終，利用弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)儀完成上述過程，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

這會讓學(xué)生在回答問題時不知不覺地跟著教師設(shè)計(jì)好的思路思考和解決遇到的問題。整個過程可以總結(jié)為：引導(dǎo)性提問—引起注意—關(guān)注性思考—尋找答案—掌握重點(diǎn)。經(jīng)過不斷的訓(xùn)練，學(xué)生會逐漸養(yǎng)成設(shè)問—解答的習(xí)慣，抓住問題的重點(diǎn)和解決問題的方法，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維習(xí)慣和實(shí)驗(yàn)思想，從而提高其有效解決問題的能力。

二、解決問題“方法化”

提問是為了引起學(xué)生對重點(diǎn)問題的注意和重視，方法是解決問題的必經(jīng)之路，物理實(shí)驗(yàn)注重實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)方法設(shè)計(jì)巧妙，就能很好地達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹Ｃ恳粋€物理實(shí)驗(yàn)，都會有自身的一套實(shí)驗(yàn)方法用來測量相關(guān)的物理量。在選用實(shí)驗(yàn)方法，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，編排實(shí)驗(yàn)或在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行調(diào)節(jié)和測量時，具有普遍意義的思想稱為實(shí)驗(yàn)思想[3]。物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的是：通過課程訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思想和科學(xué)思維習(xí)慣，提高解決問題的能力。因此，在教學(xué)過程中，如何引導(dǎo)學(xué)生主動尋找解決問題的方法，顯得十分重要。

比如，測空氣比熱容比采用絕熱膨脹法，電橋測電阻運(yùn)用對稱測量的方式，聲速測量采用駐波和行波法，弗蘭克赫茲實(shí)驗(yàn)采用電子和原子碰撞方法，光電效應(yīng)采用零電流法等。每種實(shí)驗(yàn)不止一種方法，上課時應(yīng)充分激發(fā)學(xué)生積極思考，尋找合理有效的實(shí)驗(yàn)方法對提高學(xué)生解決問題的能力至關(guān)重要，有助于提高學(xué)生解決問題的能力。

例如，空氣比熱容比實(shí)驗(yàn)。為了讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)和尋找實(shí)驗(yàn)方法，教師可以從空氣比熱容比的概念出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生尋找實(shí)驗(yàn)方法。空氣比熱容比又叫絕熱系數(shù)，對這個量的測量就會在絕熱過程中進(jìn)行。如果要測量這個量，就應(yīng)構(gòu)建絕熱過程，從而引導(dǎo)學(xué)生考慮利用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器，思考如何構(gòu)建絕過絕熱過程，尋找實(shí)驗(yàn)方法（絕熱膨脹過程），進(jìn)而在絕熱膨脹過程中測量P、V、T三個狀態(tài)量，并將其代入絕熱方程求出空氣比熱容比。三個絕熱方程，使用哪個更簡單、有效，又易于實(shí)現(xiàn)，可讓學(xué)生選擇合理的測量公式，使得整個過程學(xué)生一直都在參與思考，尋找解決問題的方法，既可以提高學(xué)生興趣，使其積極參與，也可逐步引導(dǎo)學(xué)生思考并尋找解決問題的方法，培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維模式，在遇到問題時，知道首先應(yīng)從哪些方面入手，如何思考和尋找解決問題的方法。在解決問題的過程中，方法很重要，如果選擇合適，會獲得事半功倍的效果。

三、復(fù)雜問題“簡單化”

在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時，由于學(xué)生看不到真實(shí)儀器，對一些實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟很難明白，這就需要教師在課堂上把一些看起來比較復(fù)雜的問題簡單化，以便學(xué)生在課堂上容易理解和接受。例如，聲速測量。這個實(shí)驗(yàn)對大部分學(xué)生來說有點(diǎn)兒難，教師不能一開始就講測量原理和測量方法，而應(yīng)先從簡單的速度概念出發(fā)：速度是單位時間內(nèi)經(jīng)過的位移，那么聲速就是單位時間聲波傳播的距離，從而引出時差法。或從速度、波長、頻率的關(guān)系引出聲速測量的方法。如果利用聲速C、頻率f和波長λ間的關(guān)系：C=f×λ進(jìn)行測量，那么其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路如下：（1）首先產(chǎn)生一種超聲波;（2）測出超聲波f;（3）測量超聲波波長λ;（4）計(jì)算聲速C=f×λ。再由設(shè)計(jì)思路出發(fā)，為大家講解如何使用實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)生超聲波及其產(chǎn)生原理以及如何測量頻率、波長，從而引出駐波法和行波法。

駐波法和行波法在測量超聲波的聲速時，會有很多學(xué)生并不理解它們，認(rèn)為這兩種方法相互獨(dú)立，沒有什么聯(lián)系。實(shí)際上，這兩種方法是確定并測量駐波波幅最大時接收器與發(fā)射源之間的距離，只是觀察量不同而已。兩種方法的區(qū)別在于：駐波法是通過示波器觀察駐波共振時的最大波幅，行波法利用示波器觀察駐波共振時兩列波合成的李薩如圖形，從而確定接收器的位置。所以這兩種方法有異曲同工之妙。通過巧妙的設(shè)計(jì)思路，把聲速測量問題進(jìn)行簡化，按照實(shí)驗(yàn)思路，尋找實(shí)驗(yàn)方法，并把兩種方法對比講解，使復(fù)雜問題簡單化，有利于學(xué)生理解和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。

四、專業(yè)問題“通俗化”

專業(yè)人士有時會高估自己聽眾的理解力，想當(dāng)然地認(rèn)為聽眾已經(jīng)理解了常說的專有名詞。還有一些教師在講解時，會把本來很簡單的問題復(fù)雜化，增加學(xué)生的理解難度。比如，直接提問：什么是示波器？它是用來干什么的？一般學(xué)生很少能直接簡單地回答出來。實(shí)際上，示波器是顯示波形的儀器，凡是可以轉(zhuǎn)化為電信號的波形都可以在示波器上顯示出來，并進(jìn)行測量。物理實(shí)驗(yàn)涉及許多專有名詞，如全息照相、示波器、分光儀等，如果能把這些專有名詞通俗化，便于學(xué)生理解和記憶。例如，全息照相可以說是對物光波全部信息的記錄和再現(xiàn)的一種照相技術(shù)。全息指的是物體表面發(fā)出的全部信息（包括光波的振幅和相位），可以很好地讓學(xué)生區(qū)分普通照相和全息照相，記住全息照相的內(nèi)容，了解全息照相的干涉原理和再現(xiàn)原理。再如，分光儀是一種分光儀器，進(jìn)一步理解如何分光和測量波長等原理。因此，專業(yè)名詞通俗化有助于學(xué)生理解和記憶，提高學(xué)習(xí)效率。

總之，物理實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐課程，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，通過親自動腦和動手，在實(shí)際訓(xùn)練過程中，養(yǎng)成科學(xué)的思維習(xí)慣和正確的實(shí)驗(yàn)思想，尋找合理的實(shí)驗(yàn)方法，逐步提高解決問題的能力。教師在教學(xué)實(shí)踐過程中，應(yīng)始終以提高學(xué)生問題解決能力為宗旨，采用有效的教學(xué)方法進(jìn)行教學(xué)，可取得很好的教學(xué)效果。其基本方法是“四化”教學(xué)法：重點(diǎn)內(nèi)容“問題化”、解決問題“方法化”、復(fù)雜問題“簡單化”、專業(yè)問題“通俗化”。學(xué)生通過一段時間的課程訓(xùn)練后，不但能培養(yǎng)出良好的實(shí)驗(yàn)思維習(xí)慣和提高問題解決能力，還能不斷提高應(yīng)對生活中各種狀況的能力。

參考文獻(xiàn)：

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