高校物理实验教学改革刍议

韩瑞功

摘要 高等学校的物理实验教学,不仅使学生在实验活动中,能够动手操作、感官观测,还需要充分调动自己的思维去想象、思考、推测实验结论,使学生从实验中发现问题、分析问题,并利用所积累的理论和实践知识解决实际问题,为就业和创造社会财富打下坚实的实践基础。

关键词 物理;实验教学;改革

众所周知,物理是高等院校理科及相近专业的基础课之一,也是众多专业或后续课程的必修学科。因此,教好物理课与调动学生积极参与物理实验,对于全面提高学生的动手能力、激发其创新的思维活动、培养良好的学习动机、提高自身的学习质量都具有重要的现实意义。几年来,笔者在本科电气自动化专业物理教学中,仅仅依靠学校现有的实验设备和实验场所,不断创新实验教学,取得较好的教学效果,主要表现在以下几点。

1 寓网络、计算机多媒体技术于物理实验教学中,赋予物理实验教学以新的内涵

传统的物理实验教学方式和手段相对单一,大都是实验指导教师,按照实验设备和实验题目的要求,组织学生通过已有的设备完成对已有实验数据的测量与分析,这样不仅不能扩大学生对物理知识的纵向与横向联系,更不能有效地培养学生的分析问题、解决问题的创新思维的能力,严重阻碍学生的整体水平和实际操作能力的提高。特别是指导教师在黑板上讲步骤、在实验报告上讲注意事项、在实验室内机械地让学生进行基本数据的测量,学生听起来、看起来枯燥乏味,注意力常常不够集中,实验教学效率低下,制约当前本科院校物理实验教学的改革。

教学实践表明,在介绍各种仪器设备使用方法的时候,借助网络或计算机多媒体,学生就能直观、形象地了解,而不是听得一头雾水却找不到正确的使用方法。重要的是可以借助网络媒体给学生现场演示一下仪器设备的使用,使学生更直接地了解,使实验教学中的形象化思维得到扩展,激发学生的未知欲和好学动机。但是教师不能过分地依赖网络、计算机和多媒体,也不能简单地认为“用了多媒体就是掌握了先进的教育理念,或使用多媒体的课一定就是好课”。多媒体用于实验教学其效果如何,关键要看是否提高学生的实验积极性,是否提高实验教学的质量。

如在本科电气自动化专业的物理实验教学中,笔者组织物理教师和实验指导教师,利用课余时间,将物理实验的内容、仪器使用方法、实验步骤、结果分析以及最新的实验动态,通过校园网传输给每一位学生,让学生通过网络和媒体认识实验过程和掌握分析实验数据的基础上,组织学生深入实验室进行动手实验。效果非常明显,学生普遍反应良好。网络实验的开展,不仅仅局限于实验的过程,重要的是把学校的实验设备通过网络呈现给学生,开发了学生实验的第二课堂,优化了现代实验教学手段,赋予物理实验以新的内涵。

本科物理中的众多实验是难以通过实验室完成的,如果利用网络媒体,借助计算机媒体等特有的功能,也会起到事倍功半的效果。如光的干涉实验、光电效应、热能微量变化、热量的传导、光太阳能的转换、射电望远镜等,都可以做成课件或通过动漫来进行对比与说明,以弥补实验室之不足,达到应用的教学效果。同时,像人造卫星、飞船、地震、火山喷发、海啸、风力发电、海水净化、海洋生物、气体温室效应、空洞实验、热电子发射、晶阵等众多现代化实验都可以通过网络,传输给每一位学生,在丰富学生物理知识的同时,可间接地引导学生认识和了解最新的科学实验,激发其内在的学习动力。

2 鼓励学生在实验过程中存在错误和缺陷,培养学生的动手能力

学生的天职就是学习,学生上物理实验课是希望能从实验过程中学到一些创新的认识或技能,特别是对一些物理现象、结论、过程及存在有争议的问题,作出判断、比较,并在此基础上进行创新、发展和再实践,为人类的发展、创造打下坚实的实验基础,获取优质的技术资源。所以,在学生进行物理实验学习的时候,肯定在某些方面的知识存在不完整性或者技术性缺陷。因此,在平时的物理实验教学过程中,教师应该在不违反实验室安全条例和规章制度的情况下,允许学生在实验过程中存在某些错误码和缺陷。同时,当错误和缺陷出现时,往往能促使学生继续思考或探讨,让学生自己去评价或全面思考自己的实验。当然,教师要在必要的时候给予适当的提醒。相对于能顺顺利利地完成实验,达到实验的要求,在实验过程中出现错误和缺陷的学生,则更有机会让学生学习到更多的知识和解决问题的方法;更有利于实验指导教师,通过实验过程培养学生自我解决问题的能力、创新能力和坚忍不拔的拼搏精神;更有利于物理教育工作者,通过逆境的教学手法,强化学生的意志,锻炼学生的本领,提高学生的操作技术和实验能力。

学生的独立进行或者合作进行物理实验能培养学生的独立性、自主性和合作精神,使物理实验教学成为学生质疑、搜集信息和处理、探究的实践活动。但是在物理实验教学过程中,学生的安全问题也应成为物理实验教学育工作关注的焦点之一。在电路及有关电能实验中,尽管教师一直强调关电源接电路等各种安全措施,但是,在具体的实验过程中还是会出现短路的现象。比如在日光灯管实验和阴极电子流实验中,短路现象和实验台的报警声常常出现,以至于实验不能顺利进行下去,个别学生甚至于不敢打开电源,运行电路,开始实验。针对此类现象,在漏电保护器和实验台保险装置的保护下,教师应要求学生大胆动手,尽量完成实验任务。高校的学生毕竟已经成年,教师给他们一个宽松的实验环境,让他们自己多动手多操作,而不是教师怎么说,他们就怎么做,这样才能锻炼他们的动手实践能力。

3 让物理实验激发和提高学生学习物理知识的浓厚兴趣

心理学家认为,兴趣是一种特殊的意识倾向,是动机产生的重要主观原因,良好的学习兴趣是求知欲的源泉,是思维的动力。因此,如何在物理实验过程中运用先进的实验教学手段,结合物理学科特点,采用适当的方法激发学生对学习物理的兴趣,是近年来物理教师积极研究和探讨的问题,也是提高本科学生学习物理积极的有效方法之一。比如,可以在日光灯管的实验中,联系生活现象,简单地介绍判断灯管好坏的方法,联系环保节能,在提高功率因素的实验过程中现场提问,加深学生对这一知识点的印象,通过功率因数的定量测定,教育学生加强环保意识,开发新型能源,制造和研究新型发光体,联系北京2008奥运会灯光设施,设立创新的研究课题;也可以在动量定理验证的实验中,先让学生观察人造卫星的发射与接收录像,观察形体运动的基本规律,详细了解电磁选矿以及有趣的体育活动等,这对学生是一个激励,也是对完成此实验学生的一次教育,能够大大提高学生实验的积极性;在微势能的实验中,可以安排完成实验的学生针对微势能进行辩论,让学生体会到实验的实用性、知识性和趣味性。这样,激发学生浓厚兴趣,更激发他们的求知欲望,使他们对所学的物理理论也更有兴趣。

针对学生对物理学习的情况,结合物理实验教学,笔者优先在电气自动化专业班级,开展兴趣物理实验活动,一是结合电学的学习成立电气化、电子研发兴趣小组;二是结合力学的学习成立力学结构及热能转化研究小组。各小组都以实践和应用为中心,深入潍坊市的工厂、车间、田地、农家,进行了有成效的研究、调查工作,取得比较研究成果。其中,电气、电子研究小组,通过对农家用电安全的调查和研究,提出改进农村住房用电、架线安全的合理化建议,并形成论文,发表在国家级刊物上,参加省电子制作大赛,获得团体三等奖和个人二等奖。力学、热能研究小组,通过对潍坊市农村高温大棚的研究和调查,不仅提出高温大棚热能转化的理论基础,并对技术性改造提出具有先进性的观点,受到专家的一致好评。

物理是一门自然科学,如果高等本科学校的物理实验教学,能与专业有机结合,并有所发展,本身就是对学生学习兴趣培养的一种有效方法。■

(作者单位:山东省潍坊科技学院)