淺談大學(xué)物理實驗教學(xué)課堂思政
——以液體表面張力系數(shù)的測量實驗教學(xué)為例

胡睿佳

（湖南科技大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖南 湘潭 411100）

0 引言

在教育部向全國高校印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政指導(dǎo)綱要》中強調(diào)課程思政建設(shè)要在所有高校、所有學(xué)科專業(yè)全面推進。《綱要》中要求所有高校和教師都要將課程思政建設(shè)內(nèi)容有機融入課程教學(xué)，并努力拓展課程思政建設(shè)的方法和途徑[1]。大學(xué)物理實驗課是所有理工科學(xué)生必須掌握的一門課程，是一門以學(xué)生為本，注重基礎(chǔ)性、實踐性和探索性有機結(jié)合的課程，大學(xué)物理實驗課程要注重學(xué)思融合、知行統(tǒng)一，培養(yǎng)學(xué)生敢于實踐的膽識、勇于探索的創(chuàng)新精神和善于解決問題的能力。本文以液體表面張力系數(shù)的測量實驗為例，探究如何將思政課程融入大學(xué)物理實驗課程中。

1 課程教學(xué)過程

1.1 從課程引入中深挖思政元素

好的課程導(dǎo)入能起到拋磚引玉的作用。對于液體表面張力系數(shù)的測量實驗的引入可以用物理學(xué)史，特別是運用中國古代物理學(xué)的相關(guān)知識。宋代張世南的《游宦紀(jì)聞》卷二中,曾描述過一個試驗桐油質(zhì)量優(yōu)劣的辦法。他說：“驗真桐油之法，以細蔑一頭作圈狀，入油蘸。若真者，則如鼓面鞔圈子上。滲有假，則不著圈上矣[2]。”用竹篾圈檢驗桐油質(zhì)量的方法，雖記錄在這本書上，但是在這之前人們已經(jīng)在應(yīng)用了。這種方法的原理就是利用液體的表面張力，桐油的表面張力使它附著在竹篾圈上。但是如果液體里含有雜質(zhì)則會影響張力的大小，雜質(zhì)越多，張力則越小。所以，如果桐油里含有較多的雜質(zhì)，降低了桐油的表面張力大小，那么它就不會在竹篾圈上形成一層鼓面狀薄膜，根據(jù)這一現(xiàn)象從而鑒別出桐油質(zhì)量的優(yōu)劣。根據(jù)這些記載說明當(dāng)時人們在生產(chǎn)實踐中已經(jīng)掌握了有關(guān)表面張力的科學(xué)知識。現(xiàn)在高校里向?qū)W生們展示表面張力現(xiàn)象時所用器具，其實也是一個圓圈，只是一般人不用竹篾而是用鐵絲制成的而已。通過介紹中國古代研究液體張力的相關(guān)知識，這不僅可以使學(xué)生更深刻地理解液體張力的本質(zhì)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的民族榮譽感和愛國主義情感。

1.2 從原理講解中滲透思政元素

在講解液體表面張力系數(shù)測量實驗的原理時重點就是理解將環(huán)在脫離液體表面那一瞬間所受的張力的測量，轉(zhuǎn)化成力敏傳感器電壓的測量。即把力學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的測量，這里運用了物理中常見的轉(zhuǎn)換法。所謂轉(zhuǎn)換法，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題；將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。在介紹轉(zhuǎn)換法時，可以介紹科學(xué)家使用轉(zhuǎn)換法做研究的例子。比如，兩千多年前，希臘著名物理學(xué)家阿基米德在研究怎樣確定王冠的含金量時，從洗澡時浴缸向外溢水的現(xiàn)象中得到啟示，在研究物體在液體中所受浮力的變化規(guī)律時，可以將物體受的浮力的測量轉(zhuǎn)化為物體排開水的重力的測量。根據(jù)阿基米德的思維方式，人們能夠想到一種解決問題的方式，當(dāng)難以直接處理或解決某一問題時，可以把這個困難問題轉(zhuǎn)化為人們熟悉的另一種問題去處理，這樣問題就容易解決了。這樣的思路可以運用到學(xué)生在平時學(xué)習(xí)和日常生活中，如果遇到困難，同樣要求我們主動面對困難、廣開思維、培養(yǎng)間接解決困難的思考方式，并堅信辦法總比困難多。

在講解原理時，還可以結(jié)合課程內(nèi)容，向?qū)W生介紹一些前沿科學(xué)研究。比如，在講解液體張力時加入A.T.Oratis和J.W.MBush等人在二〇二〇年發(fā)表于《Science》上關(guān)于黏性泡沫的倒塌機理的最新成果，該研究工作中指出了黏性泡沫倒塌時所產(chǎn)生的褶皺，既不取決于重量，也不取決于氣孔的存在，而壓縮液體的表面張力和動態(tài)應(yīng)力，才是氣泡行為和產(chǎn)生起皺不穩(wěn)定性的主要驅(qū)動機制[3]。這些前沿研究的介紹有助于拓寬學(xué)生視野，提升學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生以后進一步學(xué)習(xí)物理前沿知識作鋪墊，幫助學(xué)生樹立正確的、完善的科學(xué)觀。

1.3 從實驗操作中領(lǐng)略科學(xué)情懷

在液體表面張力系數(shù)的測量實驗中，由于測定的是環(huán)離開液面后那瞬間引起的張力大小，所以有較大的偶然誤差。為了減少偶然誤差，教師要求學(xué)生通過反復(fù)的測量求平均數(shù)。在這個過程中，使學(xué)生們感受到科研人員為了保證實驗的正確性，而重復(fù)實驗成百上千遍的執(zhí)著的探求精神、嚴謹細致的分析精神和求實求真的科研精神，使學(xué)生們領(lǐng)悟到科學(xué)必須是客觀的、現(xiàn)實的和實事求是的。愛迪生因為家里的貧窮，僅念過三個多月的學(xué)。但他自幼喜歡科學(xué)，刻苦鉆研，醉心于創(chuàng)造發(fā)明，他這一生的發(fā)明多達一千三百二十八種，因此人們稱他為世界發(fā)明大王。愛迪生的成功不但靠他聰穎智慧，還靠他辛勤的科研探索。比如為了發(fā)明電燈，他做的筆記就有二百本；為尋找適合的燈絲，他嘗試了六千多種纖維材料，先是用了銅絲、白金絲等一千六百多種金屬材料，還嘗試過頭發(fā)和各種各樣的竹絲，但是都失敗了。可是愛迪生沒有放棄，最后終于選中了日本的一種竹絲，經(jīng)過燃燒炭化后，成為最初的燈絲。正如他自己所說：“發(fā)明是百分之一的靈感加上百分之九十九的血汗。”第一位獲得諾貝爾科學(xué)獎的中國本土科學(xué)家、第一位獲得諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎的華人科學(xué)家屠呦呦，是中國科學(xué)界的驕傲，是所有中國人的驕傲，可是她成功的背后是她多達190次失敗的艱辛，甚至付出的是健康的代價。這些科學(xué)家的故事讓學(xué)生明白所有的成功都不是偶然的，是日積月累，是厚積薄發(fā)，是鍥而不舍，是來自不倦的努力和奔跑。

在液體表面張力系數(shù)的測量實驗中，要測量環(huán)脫離液面那一瞬間的電壓值比較困難，因為只要環(huán)一脫離液面，電壓值就會突變，并且會不斷變化。有些學(xué)生為了更準(zhǔn)確地找到那一瞬間的電壓值，使用手機錄像，將電壓的變化錄制下來，做完實驗后再通過反復(fù)觀看錄像，找到那一瞬間的值。這里甚至可以鼓勵學(xué)生對實驗儀器進行改進，比如將壓力傳感器裝置和計算機結(jié)合，用計算機直接采集張力的變化值和處理數(shù)據(jù)，這樣提高了實驗的可視化和自動化程度，不僅使學(xué)生更直觀地觀察到力的變化過程，而且還提高了實驗準(zhǔn)確性。俗話說，授人以魚不如授人以漁，在實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問題、勤于思考問題，敢于動手解決問題的能力才是最重要的。

1.4 從數(shù)據(jù)處理中培養(yǎng)創(chuàng)新能力

本實驗中力敏傳感器靈敏度K值的計算、待測量標(biāo)準(zhǔn)偏差的計算和不確定度合成的計算都比較復(fù)雜。可以鼓勵學(xué)生用matlab或excel作最小二乘法擬合，用智能網(wǎng)絡(luò)版本的“統(tǒng)計計算器”軟件做計算。同時引導(dǎo)學(xué)生針對一組數(shù)據(jù)選用不同的方法進行處理，這樣不但可以使學(xué)生學(xué)習(xí)處理數(shù)據(jù)的不同方法，同時還可以訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新能力。通過對比不同的方法，鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維與批判性思維。要求學(xué)生處理數(shù)據(jù)后，準(zhǔn)確表達實驗結(jié)果然后分析和討論誤差。通過剖析誤差形成的原因，思考探究如何減小誤差或者抵消誤差。通過這些操作，學(xué)生的發(fā)散性思維、批判性思維和直覺思維等都得到有效培養(yǎng)，最終實現(xiàn)提高學(xué)生創(chuàng)新力的目的。

1.5 從平時成績中強化素質(zhì)教育

大學(xué)物理實驗課程平時成績的考核不能僅僅局限于課堂操作或?qū)嶒瀳蟾嬷校€應(yīng)該體現(xiàn)在實驗儀器設(shè)備的整理、實驗室環(huán)境衛(wèi)生的維護和清潔、學(xué)生的文明紀(jì)律、是否準(zhǔn)時到課等多方面。在平時成績的考評之中注重學(xué)生的這些表現(xiàn)，讓學(xué)生在掌握知識的同時，也養(yǎng)成了科學(xué)的實驗習(xí)慣和良好的科學(xué)品格。在測量液體表面張力系數(shù)時要用到水，實驗后為避免水的浪費，可以在教室放置幾盆綠植，要求學(xué)生把用過的水集中起來用于澆花或者打掃衛(wèi)生。這樣既可以提高學(xué)生的節(jié)約用水的意識，又可以培養(yǎng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識。

2 結(jié)語

大學(xué)物理實驗教學(xué)中蘊含著許多思政教育的元素。這需要教師有較高的素養(yǎng)，因為老師既是整個課堂思政教育過程的實踐者，也是整個課堂思政知識內(nèi)涵的挖掘者和設(shè)計者，所以老師自身的科學(xué)思想水平、政治覺悟、道德修養(yǎng)都深深影響著學(xué)生的知識、能力和價值觀的養(yǎng)成。正所謂，“教有法但無定法，貴在得法”，怎樣更好地將“課程”和“思政”有機相融甚至化合，在課堂中真正達到“潤物細無聲”的教育實效，還需每一位物理實驗老師進一步地鉆研和探索。