大學物理教學中創(chuàng)新能力培養(yǎng)的三個途徑

董梅峰 宋新祥

(中國石油大學 山東 青島 266555)

大學物理中所有物理規(guī)律的得來可以總結(jié)為以下三種：第一種通過做實驗直接得到物理規(guī)律；第二種由已有的規(guī)律出發(fā)，通過嚴謹?shù)臄?shù)學推導得到新的物理規(guī)律；第三種通過“假設(shè)”得到新的理論.下面就物理規(guī)律得出的途徑不同分別進行相關(guān)的教學內(nèi)容設(shè)計，通過不同的教學內(nèi)容培養(yǎng)學生科研創(chuàng)新所需的各方面能力.

1 設(shè)計實驗分析實驗的能力培養(yǎng)

物理學從某種意義上講可以說是一門實驗科學，物理規(guī)律的由來大多是由實驗而來，而實驗能力的培養(yǎng)是科學研究所必須具備的.

1.1 實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)

由此可見，通過設(shè)計實驗和實驗結(jié)果分析能不能得到物理規(guī)律，指導思想是非常重要的.再比如，在“電磁感應定律”章節(jié)中，實驗研究得到了法拉第電磁感應定律后可以穿插以下內(nèi)容：

電磁感應定律是由科學家法拉第于1831年8月29日通過實驗得到的實驗規(guī)律.而在1831年之前有許多科學家從事該領(lǐng)域的研究，也做了相關(guān)的實驗，其中1823年,瑞士物理學家科拉頓(Colladon,1802～1892年)曾企圖用磁鐵在線圈中運動獲得電流,他用一個線圈與檢流計連成閉合回路,為了使磁鐵不至于影響檢流計中的小磁針,特意將檢流計放在隔壁的房間里,用磁棒在線圈中插入或拔出,然后一次又一次跑到另一房間里觀察檢流計是否偏轉(zhuǎn),未能發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象.該實驗看來比較令人遺憾，如果當時科拉頓發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，那么電磁感應定律就早8年得出了.但仔細分析一下科拉頓實驗失敗的直接原因是其指導思想的錯誤，他認為感應電流有保持，在這個錯誤的指導思想下當然得不到科學的物理規(guī)律.

總之，實驗之前要有扎實的理論思想做指導，指導思想的正確與否可直接導致實驗結(jié)果的成敗.通過以上講解可培養(yǎng)學生分析問題、設(shè)計實驗、分析實驗結(jié)果的能力.

1.2 分析實驗結(jié)果在結(jié)果中發(fā)現(xiàn)問題的能力培養(yǎng)

即

公式說明感應電荷與磁通量的變化量成正比.以上就是設(shè)計沖擊電流表的原理，在1822年科學家安培用此原理設(shè)計出了沖擊電流表，但并沒有給出電磁感應定律，如果他細心地分析下去就會發(fā)現(xiàn)電磁感應定律，而他錯過了發(fā)現(xiàn)電磁感應的機會.通過以上講解使學生意識到在科研過程中養(yǎng)成良好的科研分析總結(jié)能力的重要性.

1.3 實驗過程中培養(yǎng)學生不怕失敗的精神

例如,法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象并不是偶然的機遇，他進行科學實驗研究的過程也不是一帆風順的，其堅持做了10年之久的科學實驗，在這期間經(jīng)歷了無數(shù)次的實驗失敗，但扎實的理論基礎(chǔ)和不怕失敗的精神使他堅信“既然電能生磁；反過來磁也能生電”.通過以上講解讓學生在科學研究過程中培養(yǎng)不怕失敗的精神.

2 嚴謹?shù)臄?shù)學推導的能力培養(yǎng)

由已有的科學理論為基礎(chǔ)，通過嚴謹?shù)臄?shù)學推導可以得到新的物理規(guī)律，這就需要具備扎實的物理和數(shù)學基礎(chǔ).

比如，在教學中推導得到靜電場高斯定理時，中間經(jīng)歷了嚴謹?shù)臄?shù)學推導，同時也可以指出高斯是一名數(shù)學家、天文學家和物理學家，當時他的數(shù)學很好，享有“數(shù)學王子”之稱，所以其能通過嚴謹?shù)臄?shù)學推導得出了靜電場的高斯定理.通過以上講解可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)臄?shù)學推導能力.

3 敢于突破傳統(tǒng)觀念提出自己見解的能力培養(yǎng)

當已有的理論解釋不了實驗現(xiàn)象時，就需要科學家敢于突破傳統(tǒng)觀念的束縛，大膽地提出自己的見解，從而形成新的物理理論，也就是現(xiàn)在物理學中的假設(shè)理論.

4 總結(jié)

以上通過相關(guān)的實例介紹了如何在大學物理教學中設(shè)計課堂培養(yǎng)學生的科研創(chuàng)新能力.同時在教學中也要結(jié)合教學章節(jié)與前沿知識的聯(lián)系，給學生提供不同的當代物理研究的熱門科研方向，供學生選擇并在教師的指導下深入研究，從而使學生萌發(fā)科學研究的想法.例如,在大學物理中固體物理的“量子理論和激光”章節(jié)中，與激光有關(guān)的當代研究領(lǐng)域比較多，可以給學生指出幾個方向供有興趣的學生選擇研究，比如,激光測量方面的研究、激光器的研究、激光武器的研究、激光通信等等.通過類似的指導，可以激起學生課余時間進行科學研究的興趣，并且給學生提供了一個科學研究的方向.

另外，在教學中指導學生把所學知識運用到實際當中，給學生提供實習的機會.利用大學物理實驗室的條件，指引學生用所學的物理知識設(shè)計實驗儀器，從而培養(yǎng)學生的實驗創(chuàng)新能力.例如,在大學物理波動光學部分引導學生利用光的干涉，可以測量微小物理量的特點動手設(shè)計相關(guān)的演示實驗儀器，可以更好地培養(yǎng)學生動手能力.多年來在教學中不斷地嘗試設(shè)計旨在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的課堂教學，已取得了良好的效果.

參考文獻

1 賈瑞皋.大學物理教程(上、下冊).北京：科學出版社，2009

2 郭奕玲，沈慧君.物理學史.北京：清華大學出版社，2006