物理演示實驗教學(xué)在高素質(zhì)新型軍事人才培養(yǎng)中的作用

歐陽建明 彭 剛 沈 志

(國防科技大學(xué)文理學(xué)院 湖南 長沙 410073)

上世紀末以來，隨著以電子、微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的高新技術(shù)在軍事領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代戰(zhàn)爭已逐漸演變成為陸、海、空、天、電磁五維一體的聯(lián)合作戰(zhàn)模式.軍事高技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用促使軍事斗爭和戰(zhàn)爭手段不斷發(fā)生變化，從而使得現(xiàn)代戰(zhàn)爭的戰(zhàn)爭形態(tài)、作戰(zhàn)模式、指揮與保障方式等發(fā)生了根本性的變化.在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場上，高技術(shù)裝備的使用、信息化指揮控制系統(tǒng)的應(yīng)用乃至戰(zhàn)爭全局的掌控都需要大批具有軍事高技術(shù)背景的高素質(zhì)新型軍事人才.習主席在新組建的國防科技大學(xué)的訓(xùn)詞中指出，國防科技大學(xué)是高素質(zhì)新型軍事人才培養(yǎng)和國防科技自主創(chuàng)新高地.

縱觀科學(xué)技術(shù)發(fā)展的歷程，物理學(xué)以其探索范圍的廣闊性、蘊含內(nèi)容的豐富性、理論研究的普適性，成為自然科學(xué)的母體，物理學(xué)也為軍事高技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)[1].物理學(xué)是一門實驗科學(xué)，物理演示實驗教學(xué)以其直觀、形象的特點在物理教學(xué)中具有重要的地位，在高素質(zhì)新型軍事人才的培養(yǎng)中具有重要作用.高素質(zhì)新型軍事人才需具有以下素質(zhì)：良好的全面素質(zhì)；復(fù)合的知識結(jié)構(gòu)和綜合能力；創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力[2].

1 物理演示實驗教學(xué)有利于提高學(xué)員的科學(xué)素質(zhì)

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

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

陀螺進動是學(xué)員較難理解的一個物理過程，在軍事領(lǐng)域有著重要應(yīng)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?zāi)軌蛑庇^地呈現(xiàn)出陀螺的進動過程，提高學(xué)員對這一物理過程的理解能力，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習興趣.通過陀螺進動的演示，學(xué)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(zhuǎn)動.陀螺是如何實現(xiàn)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(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)下的對比，不轉(zhuǎn)的陀螺在重力矩的作用下立刻倒下，而轉(zhuǎn)的陀螺則能進動而不倒下，學(xué)員很容易理解陀螺的自轉(zhuǎn)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(fā)學(xué)員思考.進一步通過陀螺儀的演示，學(xué)員能看到，如果陀螺儀不受重力矩的作用，陀螺的轉(zhuǎn)軸方向不會改變，并由此引入陀螺儀導(dǎo)航的原理.陀螺進動演示實驗?zāi)艹浞值刈寣W(xué)員在學(xué)習過程中直觀了解，激發(fā)思考，牢固知識，提高素質(zhì).

演示實驗?zāi)軌蛄⒖套プW(xué)員的眼球，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習興趣；直觀形象的陀螺進動實驗演示能夠提高學(xué)員對進動過程的理解能力，激發(fā)學(xué)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(xué)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(xué)有利于提高學(xué)員的綜合能力

現(xiàn)代信息化戰(zhàn)場上，高技術(shù)裝備往往涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域.新型高技術(shù)軍事人才的培養(yǎng)需要擴大學(xué)員的知識面，提高學(xué)員的綜合能力.物理演示實驗?zāi)苤庇^地、形象地將多種高技術(shù)裝備所涉及的主要物理原理呈現(xiàn)在學(xué)員面前，有利于提高學(xué)員的綜合能力.

就軍事院校學(xué)員而言，其綜合能力包括分析復(fù)雜問題的能力、多種知識運用的能力、現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)場的掌控能力等方面.學(xué)員綜合能力的提高對打贏現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭具有十分重要的意義.

現(xiàn)代戰(zhàn)場上，偵查技術(shù)和隱身技術(shù)是一對矛盾體.探測與反探測是軍事技術(shù)中最常用的技術(shù)手段，它們既相互對立，又相互依存，是情報戰(zhàn)體系中一對矛盾的統(tǒng)一體，并服務(wù)于其他技術(shù)體系[4].探測是為了發(fā)現(xiàn)目標；反探測是為了防止被發(fā)現(xiàn).現(xiàn)代戰(zhàn)場上，探測與隱身都具有多種技術(shù)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(xué)員一個直觀、全面的認識.

微波雷達和隱身技術(shù)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(diào)制、傳輸、解調(diào)來實現(xiàn)，微波發(fā)射機將加載了聲音信號的微波向外發(fā)射，接收器接收到微波信號后通過解調(diào)還原為聲音信號，通過聲音可以表現(xiàn)出接收器接收到了微波.發(fā)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(fā)射器和接收器放置在同一方位，通過在微波發(fā)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(fā)射和接收演示實驗裝置，通過合理安排可以將現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的偵查與反偵查的主要原理直觀地呈現(xiàn)在學(xué)員面前，提高學(xué)員對軍事高技術(shù)的綜合理解，有效地提高學(xué)員的綜合能力.

3 物理演示實驗教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新精神 提高學(xué)員的創(chuàng)新能力

軍事高技術(shù)裝備的發(fā)展與使用，需要大批富有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的新型高素質(zhì)軍事人才[4].學(xué)員創(chuàng)新能力的培養(yǎng)關(guān)系到能否駕馭未來信息化戰(zhàn)場，能否打贏現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭.美軍在總結(jié)海灣戰(zhàn)爭的經(jīng)驗教訓(xùn)時強調(diào)“美軍真正的終極優(yōu)勢是軍人的創(chuàng)造性才能”[5].哈佛大學(xué)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(chuàng)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(xiàn)方式，能夠激發(fā)學(xué)員的創(chuàng)新精神，增強學(xué)員的創(chuàng)新意識，提高學(xué)員的創(chuàng)新能力.

物理學(xué)的發(fā)展歷程就是一個創(chuàng)新的歷程.物理學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展歷程與實驗密切相關(guān).物理學(xué)本身就是一門實驗科學(xué)，物理概念的提出，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)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?qū)W員充分展示物理學(xué)的創(chuàng)新歷程.

物理學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展史中有一些重要的實驗改變了物理學(xué)的歷史.例如光的本質(zhì)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(xué)的發(fā)展.物理演示實驗中激光的雙縫干涉實驗演示可以向?qū)W員充分地展示光的波動性.隨著物理學(xué)的不斷發(fā)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?qū)W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(zhuǎn)，這能直觀地將光的粒子性展現(xiàn)在學(xué)員面前.通過演示實驗，不僅讓學(xué)員直觀地了解了物理學(xué)的創(chuàng)新歷史，也啟發(fā)學(xué)員進行更為深入的思考.

物理學(xué)的創(chuàng)新也在不斷催生軍事技術(shù)、軍事手段的進步與發(fā)展，新概念武器的使用將改變未來戰(zhàn)爭的基本形態(tài).以激光武器、微波武器和電磁炮為代表的新概念武器已經(jīng)進入實戰(zhàn)或接近實戰(zhàn)狀態(tài).目前演示實驗室開設(shè)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(xué)員對新概念武器原理的了解.這些演示項目的開設(shè)能啟迪學(xué)員的創(chuàng)新思維，例如在電磁炮演示實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)員主動提出了復(fù)合型電磁炮創(chuàng)新實踐項目.

4 總結(jié)

在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)場上，各種應(yīng)用最新物理原理和物理現(xiàn)象的軍事裝備日新月異，物理演示實驗緊密圍繞培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才培養(yǎng)的使命任務(wù)，通過直觀地演示實驗提高學(xué)員對物理規(guī)律、物理本質(zhì)的直觀認識和深刻理解，引起學(xué)員的深入思考，在實踐中提高學(xué)員的科學(xué)素質(zhì)、綜合能力以及創(chuàng)新能力，在高素質(zhì)新型軍事人才的培養(yǎng)中發(fā)揮著重要作用.