高校物理實驗教學改革芻議

韓瑞功

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

關鍵詞 物理;實驗教學;改革

眾所周知,物理是高等院校理科及相近專業的基礎課之一,也是眾多專業或后續課程的必修學科。因此,教好物理課與調動學生積極參與物理實驗,對于全面提高學生的動手能力、激發其創新的思維活動、培養良好的學習動機、提高自身的學習質量都具有重要的現實意義。幾年來,筆者在本科電氣自動化專業物理教學中,僅僅依靠學校現有的實驗設備和實驗場所,不斷創新實驗教學,取得較好的教學效果,主要表現在以下幾點。

1 寓網絡、計算機多媒體技術于物理實驗教學中,賦予物理實驗教學以新的內涵

傳統的物理實驗教學方式和手段相對單一,大都是實驗指導教師,按照實驗設備和實驗題目的要求,組織學生通過已有的設備完成對已有實驗數據的測量與分析,這樣不僅不能擴大學生對物理知識的縱向與橫向聯系,更不能有效地培養學生的分析問題、解決問題的創新思維的能力,嚴重阻礙學生的整體水平和實際操作能力的提高。特別是指導教師在黑板上講步驟、在實驗報告上講注意事項、在實驗室內機械地讓學生進行基本數據的測量,學生聽起來、看起來枯燥乏味,注意力常常不夠集中,實驗教學效率低下,制約當前本科院校物理實驗教學的改革。

教學實踐表明,在介紹各種儀器設備使用方法的時候,借助網絡或計算機多媒體,學生就能直觀、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絡媒體給學生現場演示一下儀器設備的使用,使學生更直接地了解,使實驗教學中的形象化思維得到擴展,激發學生的未知欲和好學動機。但是教師不能過分地依賴網絡、計算機和多媒體,也不能簡單地認為“用了多媒體就是掌握了先進的教育理念,或使用多媒體的課一定就是好課”。多媒體用于實驗教學其效果如何,關鍵要看是否提高學生的實驗積極性,是否提高實驗教學的質量。

如在本科電氣自動化專業的物理實驗教學中,筆者組織物理教師和實驗指導教師,利用課余時間,將物理實驗的內容、儀器使用方法、實驗步驟、結果分析以及最新的實驗動態,通過校園網傳輸給每一位學生,讓學生通過網絡和媒體認識實驗過程和掌握分析實驗數據的基礎上,組織學生深入實驗室進行動手實驗。效果非常明顯,學生普遍反應良好。網絡實驗的開展,不僅僅局限于實驗的過程,重要的是把學校的實驗設備通過網絡呈現給學生,開發了學生實驗的第二課堂,優化了現代實驗教學手段,賦予物理實驗以新的內涵。

本科物理中的眾多實驗是難以通過實驗室完成的,如果利用網絡媒體,借助計算機媒體等特有的功能,也會起到事倍功半的效果。如光的干涉實驗、光電效應、熱能微量變化、熱量的傳導、光太陽能的轉換、射電望遠鏡等,都可以做成課件或通過動漫來進行對比與說明,以彌補實驗室之不足,達到應用的教學效果。同時,像人造衛星、飛船、地震、火山噴發、海嘯、風力發電、海水凈化、海洋生物、氣體溫室效應、空洞實驗、熱電子發射、晶陣等眾多現代化實驗都可以通過網絡,傳輸給每一位學生,在豐富學生物理知識的同時,可間接地引導學生認識和了解最新的科學實驗,激發其內在的學習動力。

2 鼓勵學生在實驗過程中存在錯誤和缺陷,培養學生的動手能力

學生的天職就是學習,學生上物理實驗課是希望能從實驗過程中學到一些創新的認識或技能,特別是對一些物理現象、結論、過程及存在有爭議的問題,作出判斷、比較,并在此基礎上進行創新、發展和再實踐,為人類的發展、創造打下堅實的實驗基礎,獲取優質的技術資源。所以,在學生進行物理實驗學習的時候,肯定在某些方面的知識存在不完整性或者技術性缺陷。因此,在平時的物理實驗教學過程中,教師應該在不違反實驗室安全條例和規章制度的情況下,允許學生在實驗過程中存在某些錯誤碼和缺陷。同時,當錯誤和缺陷出現時,往往能促使學生繼續思考或探討,讓學生自己去評價或全面思考自己的實驗。當然,教師要在必要的時候給予適當的提醒。相對于能順順利利地完成實驗,達到實驗的要求,在實驗過程中出現錯誤和缺陷的學生,則更有機會讓學生學習到更多的知識和解決問題的方法;更有利于實驗指導教師,通過實驗過程培養學生自我解決問題的能力、創新能力和堅忍不拔的拼搏精神;更有利于物理教育工作者,通過逆境的教學手法,強化學生的意志,鍛煉學生的本領,提高學生的操作技術和實驗能力。

學生的獨立進行或者合作進行物理實驗能培養學生的獨立性、自主性和合作精神,使物理實驗教學成為學生質疑、搜集信息和處理、探究的實踐活動。但是在物理實驗教學過程中,學生的安全問題也應成為物理實驗教學育工作關注的焦點之一。在電路及有關電能實驗中,盡管教師一直強調關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短路的現象。比如在日光燈管實驗和陰極電子流實驗中,短路現象和實驗臺的報警聲常常出現,以至于實驗不能順利進行下去,個別學生甚至于不敢打開電源,運行電路,開始實驗。針對此類現象,在漏電保護器和實驗臺保險裝置的保護下,教師應要求學生大膽動手,盡量完成實驗任務。高校的學生畢竟已經成年,教師給他們一個寬松的實驗環境,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 讓物理實驗激發和提高學生學習物理知識的濃厚興趣

心理學家認為,興趣是一種特殊的意識傾向,是動機產生的重要主觀原因,良好的學習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用先進的實驗教學手段,結合物理學科特點,采用適當的方法激發學生對學習物理的興趣,是近年來物理教師積極研究和探討的問題,也是提高本科學生學習物理積極的有效方法之一。比如,可以在日光燈管的實驗中,聯系生活現象,簡單地介紹判斷燈管好壞的方法,聯系環保節能,在提高功率因素的實驗過程中現場提問,加深學生對這一知識點的印象,通過功率因數的定量測定,教育學生加強環保意識,開發新型能源,制造和研究新型發光體,聯系北京2008奧運會燈光設施,設立創新的研究課題;也可以在動量定理驗證的實驗中,先讓學生觀察人造衛星的發射與接收錄像,觀察形體運動的基本規律,詳細了解電磁選礦以及有趣的體育活動等,這對學生是一個激勵,也是對完成此實驗學生的一次教育,能夠大大提高學生實驗的積極性;在微勢能的實驗中,可以安排完成實驗的學生針對微勢能進行辯論,讓學生體會到實驗的實用性、知識性和趣味性。這樣,激發學生濃厚興趣,更激發他們的求知欲望,使他們對所學的物理理論也更有興趣。

針對學生對物理學習的情況,結合物理實驗教學,筆者優先在電氣自動化專業班級,開展興趣物理實驗活動,一是結合電學的學習成立電氣化、電子研發興趣小組;二是結合力學的學習成立力學結構及熱能轉化研究小組。各小組都以實踐和應用為中心,深入濰坊市的工廠、車間、田地、農家,進行了有成效的研究、調查工作,取得比較研究成果。其中,電氣、電子研究小組,通過對農家用電安全的調查和研究,提出改進農村住房用電、架線安全的合理化建議,并形成論文,發表在國家級刊物上,參加省電子制作大賽,獲得團體三等獎和個人二等獎。力學、熱能研究小組,通過對濰坊市農村高溫大棚的研究和調查,不僅提出高溫大棚熱能轉化的理論基礎,并對技術性改造提出具有先進性的觀點,受到專家的一致好評。

物理是一門自然科學,如果高等本科學校的物理實驗教學,能與專業有機結合,并有所發展,本身就是對學生學習興趣培養的一種有效方法。■

(作者單位:山東省濰坊科技學院)