物理演示實驗教學在高素質新型軍事人才培養中的作用

歐陽建明 彭 剛 沈 志

(國防科技大學文理學院 湖南 長沙 410073)

上世紀末以來，隨著以電子、微電子技術為基礎的高新技術在軍事領域中的廣泛應用，現代戰爭已逐漸演變成為陸、海、空、天、電磁五維一體的聯合作戰模式.軍事高技術的不斷發展與應用促使軍事斗爭和戰爭手段不斷發生變化，從而使得現代戰爭的戰爭形態、作戰模式、指揮與保障方式等發生了根本性的變化.在現代信息化戰場上，高技術裝備的使用、信息化指揮控制系統的應用乃至戰爭全局的掌控都需要大批具有軍事高技術背景的高素質新型軍事人才.習主席在新組建的國防科技大學的訓詞中指出，國防科技大學是高素質新型軍事人才培養和國防科技自主創新高地.

縱觀科學技術發展的歷程，物理學以其探索范圍的廣闊性、蘊含內容的豐富性、理論研究的普適性，成為自然科學的母體，物理學也為軍事高技術提供了理論基礎[1].物理學是一門實驗科學，物理演示實驗教學以其直觀、形象的特點在物理教學中具有重要的地位，在高素質新型軍事人才的培養中具有重要作用.高素質新型軍事人才需具有以下素質：良好的全面素質；復合的知識結構和綜合能力；創新精神和創新能力[2].

1 物理演示實驗教學有利于提高學員的科學素質

良好的全面素質包括良好的身體素質、良好的軍事素質、良好的心理素質和良好的科學素質.演示實驗作為理解抽象的物理概念和把握復雜物理過程的有效手段，形象、直觀地再現物理過程，為理論分析提供感性認識，激發學員的學習興趣.

興趣是人們認識客觀世界的一種趨向心理表現，是人們探求知識，期待解惑的內在驅動力.托爾斯泰曾說：“成功的教學需要的不是強制，而是激發學生興趣，我們的教師都應該選擇最大限度地激發學生興趣的教學方法.”[3]物理演示實驗在激發學員學習興趣的同時，能啟迪學員進行更深層次的思考.學員在對復雜的物理現象和過程進行多方位的仔細思考過程中，科學素質也在逐漸提高.

陀螺進動是學員較難理解的一個物理過程，在軍事領域有著重要應用.陀螺在進動過程中能夠傾而不倒，進動過程如果單純進行理論講授，很難講清楚，講明白.演示實驗能夠直觀地呈現出陀螺的進動過程，提高學員對這一物理過程的理解能力，激發學員的學習興趣.通過陀螺進動的演示，學員能直觀地了解陀螺進動的特點：陀螺傾而不倒，整體繞進動軸轉動.陀螺是如何實現傾而不倒的？什么是陀螺進動的主要因素？通過傾斜的陀螺在轉與不轉下的對比，不轉的陀螺在重力矩的作用下立刻倒下，而轉的陀螺則能進動而不倒下，學員很容易理解陀螺的自轉在進動中的重要作用.如果陀螺不受重力矩的影響會怎么樣呢？通過問題引入，再次激發學員思考.進一步通過陀螺儀的演示，學員能看到，如果陀螺儀不受重力矩的作用，陀螺的轉軸方向不會改變，并由此引入陀螺儀導航的原理.陀螺進動演示實驗能充分地讓學員在學習過程中直觀了解，激發思考，牢固知識，提高素質.

演示實驗能夠立刻抓住學員的眼球，激發學員的學習興趣；直觀形象的陀螺進動實驗演示能夠提高學員對進動過程的理解能力，激發學員對進動過程的思考；對進動過程多方位、多角度的演示與分析，能夠提高學員分析問題、解決問題的能力.陀螺進動演示裝置如圖1所示.

圖1 陀螺進動演示裝置

2 物理演示實驗教學有利于提高學員的綜合能力

現代信息化戰場上，高技術裝備往往涉及多學科、多領域.新型高技術軍事人才的培養需要擴大學員的知識面，提高學員的綜合能力.物理演示實驗能直觀地、形象地將多種高技術裝備所涉及的主要物理原理呈現在學員面前，有利于提高學員的綜合能力.

就軍事院校學員而言，其綜合能力包括分析復雜問題的能力、多種知識運用的能力、現代高技術戰場的掌控能力等方面.學員綜合能力的提高對打贏現代高技術戰爭具有十分重要的意義.

現代戰場上，偵查技術和隱身技術是一對矛盾體.探測與反探測是軍事技術中最常用的技術手段，它們既相互對立，又相互依存，是情報戰體系中一對矛盾的統一體，并服務于其他技術體系[4].探測是為了發現目標；反探測是為了防止被發現.現代戰場上，探測與隱身都具有多種技術手段，就探測而言，有微波雷達、激光雷達等手段，就隱身而言，有外形隱身、材料隱身等方式.演示實驗可以給學員一個直觀、全面的認識.

微波雷達和隱身技術演示實驗裝置如圖2所示.

圖2 微波雷達與隱身演示實驗裝置

通過聲音信號的調制、傳輸、解調來實現，微波發射機將加載了聲音信號的微波向外發射，接收器接收到微波信號后通過解調還原為聲音信號，通過聲音可以表現出接收器接收到了微波.發射與接收的過程實際上就是微波通信的基本過程.將微波發射器和接收器放置在同一方位，通過在微波發射器和接收器前方引入金屬板，模擬敵方金屬目標，接受器接收到從金屬板反射的微波信號，這就是微波雷達的基本原理.有攻就有防，隱身飛機一般采用多種隱身手段，外形隱身是其中之一.演示中通過改變金屬板的角度，將微波朝其他方位反射，接收機接收不到信號，接收器的聲音消失，這就是直觀的外形隱身原理演示.有防又有攻，多基地雷達通過在不同方位安置多臺接收機，即使隱身飛機通過外形隱身，將微波朝其他方位反射，也會被其他接收機所接收到.演示中將接收器換一方位則又可以聽到聲音信號，這是多基地雷達原理演示.有攻還有防，隱身飛機還有其他隱身方式，如材料隱身.將微波吸波材料放置在金屬板前方，接收器中的聲音消失，這是材料隱身的原理演示.

通過一套微波發射和接收演示實驗裝置，通過合理安排可以將現代戰爭中的偵查與反偵查的主要原理直觀地呈現在學員面前，提高學員對軍事高技術的綜合理解，有效地提高學員的綜合能力.

3 物理演示實驗教學有利于激發學員的創新精神 提高學員的創新能力

軍事高技術裝備的發展與使用，需要大批富有創新意識、創新能力的新型高素質軍事人才[4].學員創新能力的培養關系到能否駕馭未來信息化戰場，能否打贏現代高技術戰爭.美軍在總結海灣戰爭的經驗教訓時強調“美軍真正的終極優勢是軍人的創造性才能”[5].哈佛大學前校長也指出：“在邁向新世紀的過程中，一種最好的教育就是有利于人們具有創新性，使人們變得更善于思考，更有追求的理想和洞察力，成為更完善、更成功的人.”[5]物理演示實驗以其富有啟迪性的表現方式，能夠激發學員的創新精神，增強學員的創新意識，提高學員的創新能力.

物理學的發展歷程就是一個創新的歷程.物理學的創新發展歷程與實驗密切相關.物理學本身就是一門實驗科學，物理概念的提出，物理規律的發現大都來源于觀察與實驗.即使是原理與假說，也離不開實驗的驗證.物理演示實驗可以向學員充分展示物理學的創新歷程.

物理學的創新發展史中有一些重要的實驗改變了物理學的歷史.例如光的本質的探索，18世紀牛頓提出了光的微粒說，惠更斯提出了光的波動說，這些假說都需要實驗的驗證.楊氏雙縫干涉實驗證明了光的波動性，推動了波動光學的發展.物理演示實驗中激光的雙縫干涉實驗演示可以向學員充分地展示光的波動性.隨著物理學的不斷發展，人們的認識不斷進步，愛因斯坦于1906年提出了光的量子假說，光既有波動性，也有粒子性.光子風車演示實驗可以向學員直觀地展示光的粒子性，其演示實驗裝置如圖3所示.

圖3 光子風車演示實驗裝置

圖3所示的演示實驗中，通過光束照射靜止的小風車，小風車能不斷地加速旋轉，這能直觀地將光的粒子性展現在學員面前.通過演示實驗，不僅讓學員直觀地了解了物理學的創新歷史，也啟發學員進行更為深入的思考.

物理學的創新也在不斷催生軍事技術、軍事手段的進步與發展，新概念武器的使用將改變未來戰爭的基本形態.以激光武器、微波武器和電磁炮為代表的新概念武器已經進入實戰或接近實戰狀態.目前演示實驗室開設有激光原理演示實驗、電磁炮原理演示實驗等一系列新概念武器物理原理演示實驗項目，能進一步加深學員對新概念武器原理的了解.這些演示項目的開設能啟迪學員的創新思維，例如在電磁炮演示實驗的基礎上，學員主動提出了復合型電磁炮創新實踐項目.

4 總結

在現代高技術戰場上，各種應用最新物理原理和物理現象的軍事裝備日新月異，物理演示實驗緊密圍繞培養高素質新型軍事人才培養的使命任務，通過直觀地演示實驗提高學員對物理規律、物理本質的直觀認識和深刻理解，引起學員的深入思考，在實踐中提高學員的科學素質、綜合能力以及創新能力，在高素質新型軍事人才的培養中發揮著重要作用.