淺談大學物理實驗教學課堂思政
——以液體表面張力系數的測量實驗教學為例

胡睿佳

（湖南科技大學物理與電子科學學院，湖南 湘潭 411100）

0 引言

在教育部向全國高校印發的《高等學校課程思政指導綱要》中強調課程思政建設要在所有高校、所有學科專業全面推進。《綱要》中要求所有高校和教師都要將課程思政建設內容有機融入課程教學，并努力拓展課程思政建設的方法和途徑[1]。大學物理實驗課是所有理工科學生必須掌握的一門課程，是一門以學生為本，注重基礎性、實踐性和探索性有機結合的課程，大學物理實驗課程要注重學思融合、知行統一，培養學生敢于實踐的膽識、勇于探索的創新精神和善于解決問題的能力。本文以液體表面張力系數的測量實驗為例，探究如何將思政課程融入大學物理實驗課程中。

1 課程教學過程

1.1 從課程引入中深挖思政元素

好的課程導入能起到拋磚引玉的作用。對于液體表面張力系數的測量實驗的引入可以用物理學史，特別是運用中國古代物理學的相關知識。宋代張世南的《游宦紀聞》卷二中,曾描述過一個試驗桐油質量優劣的辦法。他說：“驗真桐油之法，以細蔑一頭作圈狀，入油蘸。若真者，則如鼓面鞔圈子上。滲有假，則不著圈上矣[2]。”用竹篾圈檢驗桐油質量的方法，雖記錄在這本書上，但是在這之前人們已經在應用了。這種方法的原理就是利用液體的表面張力，桐油的表面張力使它附著在竹篾圈上。但是如果液體里含有雜質則會影響張力的大小，雜質越多，張力則越小。所以，如果桐油里含有較多的雜質，降低了桐油的表面張力大小，那么它就不會在竹篾圈上形成一層鼓面狀薄膜，根據這一現象從而鑒別出桐油質量的優劣。根據這些記載說明當時人們在生產實踐中已經掌握了有關表面張力的科學知識。現在高校里向學生們展示表面張力現象時所用器具，其實也是一個圓圈，只是一般人不用竹篾而是用鐵絲制成的而已。通過介紹中國古代研究液體張力的相關知識，這不僅可以使學生更深刻地理解液體張力的本質，還可以培養學生的民族榮譽感和愛國主義情感。

1.2 從原理講解中滲透思政元素

在講解液體表面張力系數測量實驗的原理時重點就是理解將環在脫離液體表面那一瞬間所受的張力的測量，轉化成力敏傳感器電壓的測量。即把力學量轉換成電學量的測量，這里運用了物理中常見的轉換法。所謂轉換法，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象；將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題；將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。在介紹轉換法時，可以介紹科學家使用轉換法做研究的例子。比如，兩千多年前，希臘著名物理學家阿基米德在研究怎樣確定王冠的含金量時，從洗澡時浴缸向外溢水的現象中得到啟示，在研究物體在液體中所受浮力的變化規律時，可以將物體受的浮力的測量轉化為物體排開水的重力的測量。根據阿基米德的思維方式，人們能夠想到一種解決問題的方式，當難以直接處理或解決某一問題時，可以把這個困難問題轉化為人們熟悉的另一種問題去處理，這樣問題就容易解決了。這樣的思路可以運用到學生在平時學習和日常生活中，如果遇到困難，同樣要求我們主動面對困難、廣開思維、培養間接解決困難的思考方式，并堅信辦法總比困難多。

在講解原理時，還可以結合課程內容，向學生介紹一些前沿科學研究。比如，在講解液體張力時加入A.T.Oratis和J.W.MBush等人在二〇二〇年發表于《Science》上關于黏性泡沫的倒塌機理的最新成果，該研究工作中指出了黏性泡沫倒塌時所產生的褶皺，既不取決于重量，也不取決于氣孔的存在，而壓縮液體的表面張力和動態應力，才是氣泡行為和產生起皺不穩定性的主要驅動機制[3]。這些前沿研究的介紹有助于拓寬學生視野，提升學習興趣，為學生以后進一步學習物理前沿知識作鋪墊，幫助學生樹立正確的、完善的科學觀。

1.3 從實驗操作中領略科學情懷

在液體表面張力系數的測量實驗中，由于測定的是環離開液面后那瞬間引起的張力大小，所以有較大的偶然誤差。為了減少偶然誤差，教師要求學生通過反復的測量求平均數。在這個過程中，使學生們感受到科研人員為了保證實驗的正確性，而重復實驗成百上千遍的執著的探求精神、嚴謹細致的分析精神和求實求真的科研精神，使學生們領悟到科學必須是客觀的、現實的和實事求是的。愛迪生因為家里的貧窮，僅念過三個多月的學。但他自幼喜歡科學，刻苦鉆研，醉心于創造發明，他這一生的發明多達一千三百二十八種，因此人們稱他為世界發明大王。愛迪生的成功不但靠他聰穎智慧，還靠他辛勤的科研探索。比如為了發明電燈，他做的筆記就有二百本；為尋找適合的燈絲，他嘗試了六千多種纖維材料，先是用了銅絲、白金絲等一千六百多種金屬材料，還嘗試過頭發和各種各樣的竹絲，但是都失敗了。可是愛迪生沒有放棄，最后終于選中了日本的一種竹絲，經過燃燒炭化后，成為最初的燈絲。正如他自己所說：“發明是百分之一的靈感加上百分之九十九的血汗。”第一位獲得諾貝爾科學獎的中國本土科學家、第一位獲得諾貝爾生理醫學獎的華人科學家屠呦呦，是中國科學界的驕傲，是所有中國人的驕傲，可是她成功的背后是她多達190次失敗的艱辛，甚至付出的是健康的代價。這些科學家的故事讓學生明白所有的成功都不是偶然的，是日積月累，是厚積薄發，是鍥而不舍，是來自不倦的努力和奔跑。

在液體表面張力系數的測量實驗中，要測量環脫離液面那一瞬間的電壓值比較困難，因為只要環一脫離液面，電壓值就會突變，并且會不斷變化。有些學生為了更準確地找到那一瞬間的電壓值，使用手機錄像，將電壓的變化錄制下來，做完實驗后再通過反復觀看錄像，找到那一瞬間的值。這里甚至可以鼓勵學生對實驗儀器進行改進，比如將壓力傳感器裝置和計算機結合，用計算機直接采集張力的變化值和處理數據，這樣提高了實驗的可視化和自動化程度，不僅使學生更直觀地觀察到力的變化過程，而且還提高了實驗準確性。俗話說，授人以魚不如授人以漁，在實驗教學中培養學生善于發現問題、勤于思考問題，敢于動手解決問題的能力才是最重要的。

1.4 從數據處理中培養創新能力

本實驗中力敏傳感器靈敏度K值的計算、待測量標準偏差的計算和不確定度合成的計算都比較復雜。可以鼓勵學生用matlab或excel作最小二乘法擬合，用智能網絡版本的“統計計算器”軟件做計算。同時引導學生針對一組數據選用不同的方法進行處理，這樣不但可以使學生學習處理數據的不同方法，同時還可以訓練學生的創新能力。通過對比不同的方法，鍛煉學生的發散思維與批判性思維。要求學生處理數據后，準確表達實驗結果然后分析和討論誤差。通過剖析誤差形成的原因，思考探究如何減小誤差或者抵消誤差。通過這些操作，學生的發散性思維、批判性思維和直覺思維等都得到有效培養，最終實現提高學生創新力的目的。

1.5 從平時成績中強化素質教育

大學物理實驗課程平時成績的考核不能僅僅局限于課堂操作或實驗報告中，還應該體現在實驗儀器設備的整理、實驗室環境衛生的維護和清潔、學生的文明紀律、是否準時到課等多方面。在平時成績的考評之中注重學生的這些表現，讓學生在掌握知識的同時，也養成了科學的實驗習慣和良好的科學品格。在測量液體表面張力系數時要用到水，實驗后為避免水的浪費，可以在教室放置幾盆綠植，要求學生把用過的水集中起來用于澆花或者打掃衛生。這樣既可以提高學生的節約用水的意識，又可以培養學生的綠色環保意識。

2 結語

大學物理實驗教學中蘊含著許多思政教育的元素。這需要教師有較高的素養，因為老師既是整個課堂思政教育過程的實踐者，也是整個課堂思政知識內涵的挖掘者和設計者，所以老師自身的科學思想水平、政治覺悟、道德修養都深深影響著學生的知識、能力和價值觀的養成。正所謂，“教有法但無定法，貴在得法”，怎樣更好地將“課程”和“思政”有機相融甚至化合，在課堂中真正達到“潤物細無聲”的教育實效，還需每一位物理實驗老師進一步地鉆研和探索。