因勢利導，提高大學生物理實驗興趣

摘 要 作者根據多年的教學經驗，針對不同類型的大學物理實驗項目，因勢利導，采用多種方法，較大程度地提高了大學生做物理實驗的興趣，取得了良好的教學效果。

關鍵詞 物理實驗 興趣 因勢利導

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

梁啟超先生在《學問之趣味》中提到：“凡人必常常生活于趣味之中，生活才有價值。若哭喪著臉挨過幾十年，那么，生命便成沙漠，要來何用？” 雖然物理實驗的思想、方法和技術已經普遍地應用到自然科學各個領域和技術部門，但對很多學生來說，大學物理實驗意味著復雜的原理、繁瑣的操作、枯燥的測量，目的只是為了得到一些測量數據從而獲得學分，完全沒有體會到學問之趣味！如何讓學生從實驗原理中品嘗到思考的樂趣？如何讓學生從貌似枯燥繁瑣的操作中感受到手腦并用的快樂？針對不同類型的項目，作者因勢利導，采用多種方法，取得了較好的教學效果。

1 從生活中借智，化繁為簡

《分光計的調整和應用》實驗中，分光計上螺絲和部件繁多，①且調節順序有嚴格要求，每一步驟都必須做到位，在物理實驗中屬于比較難的項目。這類實驗應從生活中借智，把繁瑣操作向直觀處引導。

首先，我故意問學生：“大家都會照鏡子吧？”學生的興趣馬上就被調動起來。接著我和學生一起就照鏡子的情況分析得到結論：人與鏡面的角度不同，看到的影像也就不相同，要想看到不變形的影像，必須要讓反射像的光從正對面進入你的眼睛——也就是我們常說的等高共軸，但是這樣打個比方，學生更容易理解。這時再告訴學生：“既然大家都會照鏡子，那么這個實驗就不難，只不過是將大鏡子換成小平面鏡，眼睛換成自準直望遠鏡而已?！比较聛恚瑢W生對實驗已經有了直觀的印象，知道自己要做什么，也對實驗有了興趣和信心。

在調節中有兩個難點：一是自準直望遠鏡中找不到十字叉絲反射像，二是正確理解半調法。我仍然從照鏡子的角度來提示學生：人在，鏡子在，為什么看不到鏡中影像？學生通過思考就會得出結論：要么物光沒有到達鏡面，要么反射光沒有到達人眼。因為望遠鏡不像人眼這么靈活主動，而且視場范圍很小，所以必須要調節望遠鏡和鏡面的相對傾角，確保十字叉絲的反射光進入到望遠鏡視場中。這一步思考，也為學生理解半調法奠定了基礎，在操作中不會出現只調望遠鏡或者只調載物臺的現象。

在《拉伸法測楊氏模量》中，也經常會遇到學生找不到標尺像、或者標尺像不完整的問題，仍然可以借用照鏡子這個例子讓學生自行解決問題。

2 向精深處引導，精益求精

《長度、質量、密度的測量》，這個實驗常見操作錯誤有兩個：兩邊秤盤未放在刀口、中間刀口受力時加減法碼。 如果講解不到位，學生依然會我行我素。對于操作簡單的實驗要向精深處引導，精益求精。

首先，引導學生尋找天平橫梁上的三個刀口，思考其作用。經此一步，學生就不會出現沒將秤盤掛在刀口上就開始操作的錯誤。其次，重點分析中間刀口的作用和地位，引導學生思考如何盡量避免磨損中間刀口，并得出結論：（1）中間刀口受力時禁止做任何操作，以免磨損刀口——所以此時只能對天平行注目禮；（2）必須要減少中間刀口受力時間——所以橫梁不宜長時間升起，判斷完是否平衡就要立刻降下橫梁。經此一步，學生對天平的操作就會規范許多。最后，假設天平底座已經調平、空載也已調平，請一位學生試測物體的質量，并讓其他學生進行點評。由于是學生示范而不是教師演示，會大大激發學生的興趣，無論是試測的學生還是點評的學生，都會全力以赴，而且對實驗過程中出現的問題印像深刻，不會再犯同樣錯誤。

3 從變化處著眼，統領全局

原理難、但儀器集成性好、易操作，是一些近代物理實驗項目的通病，很容易導致學生呆板操作、機械記錄，雖然得到了實驗數據卻不知其所以然的現象。對這類實驗要從變化處著眼，讓學生弄懂實驗原理，深挖內涵。

《弗蘭克-赫茲實驗》，實驗目的有三：測量氬原子第一激發電位、證實原子能級的存在、了解電子與原子的碰撞存在概率，②而這三點，都可以從板流隨加速電壓的變化關系中體現出來（如圖1）。

圖1 板流隨加速電壓變化關系

在動手操作前，引導學生針對圖1，思考如下問題：（1）圖中的波峰、波谷出現的原因？（2）為什么波峰、波谷處不是急劇的上升或下降？（3）波谷為什么逐漸向上升？（4）如果拒斥電壓增大，圖形會如何變化？（5）不改變任何參數，做多次重復測量，每個電壓所對應的電流值是否變化？

通過對以上問題的思考，學生徹底明白了變化的原因——也就是實驗原理，記錄數據的過程不再是枯燥無味的等待，在記錄數據時還會自發對數據的變化進行思考，對實驗中偶爾出現的異?，F象也能自己分析得到結論。

4 由熟識處入手，觸類旁通

《方波的傅里葉分解與合成》，如果直接從傅里葉變換的角度去講，學生容易似懂非懂。我引導學生從他們熟悉的簡諧振動入手，觸類旁通，能更好地理解這個實驗。

（1）針對傅里葉級數的表達式，讓學生分析式中各項的物理含義。

（） = + （ + ）

從數學上來看，公式的表面意思是：傅里葉級數可以將周期性非正弦波轉換為直流分量、基波分量、次諧波分量。這個公式要從物理角度來解釋：任何復雜的周期性振動，都是由簡諧振動構成。簡諧振動學生在中學就已學過。思路一轉換，學生對實驗的理解能力會大大增加。

（2）針對方波的傅里葉級數展開式，引導學生分析其所反映的物理內涵。

（） = （ + 3 + 5 + ……）

等式從左向右看，可以從方波中提取各級次的正弦波；等式從右向左看，滿足一定頻率比、振幅比和相位關系的正弦波可以合成出一個方波。通過以上兩步的分析，學生可以很好地理解傅里葉級數所包含的物理思想。

（3）要求學生自己設計實驗流程，并說明在實驗中要注意的問題。

各級次波要滿足一定的頻率比、振幅比而且同相位！

不同類型的實驗項目，有不同的難點所在，所以要因勢利導，因材施教。無論采用何種方法，要使學生對實驗產生興趣，徹底明白實驗原理，對要做的事情心里有數，知道遇到問題該如何解決。

注釋

① 辛旭平，周芹.一級物理實驗（第二版）.科學出版社，2008.

② 朱世坤，聶宜珍.二級物理實驗（第二版）.科學出版社，2008.