高校物理實驗及教育意義探討

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高校物理實驗及教育意義探討

摘要:實驗操作是高校理工科大學生必備的重要能力之一,其對于培養大學生基本的實驗技能,提升大學生科學素養,推進人才培養質量具有重要意義。文章立足當前大學生對高校物理實驗存在的片面性觀點,提出相應觀點及思考。首先以高校物理理論及其實驗之間的相互緊密聯系,提出兩者在高校理工科教育中所具有的同等重要性觀點;其次站位實驗教學角度,重點從強化動手操作能力、把握實驗原理、分析處理數據及解決問題能力和培養團體協作能力等五個作用方面具體陳述,進一步闡明了高校物理實驗課程對于大學生的教育意義及深遠影響。

關鍵詞:高校物理實驗;物理理論;教育意義

當下,大學生對于高校設置物理實驗課程存在各種異議,有的大學生認為學好物理理論課就足矣,物理實驗在未來工作中派不上用場。有學生認為,高校物理實驗課程根本沒有設置的必要,畢業后沒幾年也就忘了丟了。文章結合當前大學生對于物理實驗課認識上存在的偏差,談一談高校物理實驗對大學生個體產生的影響。實驗作為物理學科存在的基礎,是推進物理教學最基本的實踐活動。在現代高校理工科教育中,物理實驗課與物理理論課形影相隨,共同構筑高?;A物理學知識統一的整體。兩者不僅具有同等重要的地位,而且也有著緊密的內在聯系。物理理論課重點涵蓋物理基本概念、基本規律等內容,以培養學生的理論思維方法;實驗課則以實際操作實驗為教育手段,對大學生在設計方法、思維及技能等諸多方面進行系統、全面的訓練。特別是在高校物理教學中,實驗課作為高校理工科眾多專業課程中的重要基礎課,其所包含的操作水平、分析問題能力等已成為21世紀社會發展所必備的關鍵能力之一。對于培養大學生基本的實驗技能,提升科學素質,推進理工科人才培養質量具有重要意義,同時對于后續專業基礎的進一步發展具有深遠影響。

1物理理論與物理實驗的關系

縱觀人類科學文明發展史,歷史上無數次科學實驗充分證明,科學理論的形成離不開科學實踐。物理,做為科學學科的重要組成部分也不例外。第一,放眼人類物理文明發展史,歷史上眾多物理概念、物理規律的形成無不依托于物理實驗,并以實驗為基礎。例如,伽利略利用實驗同數學相結合研究科學問題。他自制望遠鏡,通過多次觀察及修正所發現的土星的四顆衛星為哥白尼的日心學說提供了新的證據。同時運用實驗與邏輯證明兩者相結合的方法,在慣性運動、落體運動、單擺等諸多方面作出了重要貢獻;第二,目前已形成的物理定律、公式及其理論都是物理學家在經歷不斷修正、不斷補充、不斷完善的實驗基礎上形成的,是接受無數次實踐檢驗而獲得發展的。如美國物理學家富蘭克林通過多次雷電雨中的風箏實驗,最終證實雷電與地電的統一,并在此基礎上發明了避雷針;托馬氏·楊也是通過無數次實驗觀察,發現光的干涉現象,并測量了光的波長,為光的波動說提供了有了證據。不難認識到,物理學所取得的每一次進步都是建立在無數次的實驗及其對結果修正的基礎上的。因此,從本質而言,物理學是一門建立在實驗上的科學,其正確與否需要借助實驗來不斷驗證,沒有經過實驗檢驗的理論,最終只能是一種假想,不能稱之為真正的理論。[1]故我們在充分認識到物理理論重要性的同時,也要加強對實踐性極強的物理實驗的重要性的認識。而且可以說,隨著現代科技的不斷發展,現代科學研究的不斷深入,作為在實驗基礎上建構起來的物理科學,實驗的基礎性及重要性必將更加凸顯。

2高校物理實驗教學對學生的教育意義

高校物理實驗課的目的除了加深學生對物理理論的理解以外,對學生個體來說還具有以下教育意義。

2.1提升實驗操作水平、掌握基本的實驗方法。高校物理實驗既是培養學生探索物理世界、獲取理論知識、強化動手操作能力的過程,也是在獲取知識的實踐中不斷成長的過程。實驗操作過程中手與腦的高度合作,不僅可以培養學生敏銳的實驗觀察能力,發展動手操作的靈活性,同時在具體的實驗設計、實施、分析、論證及總結過程中,借助實驗觀察、量化,可以使學生逐步掌握基本的實驗原理及實驗方法,引發學生深度思考實驗設計的原初思想,并從中切身體會其所包含的物理理念。而這一效果是任何其它教學方式(特別是文科類教學)都難以替代的。

2.2培養學生分析、解決問題的能力。實驗的具體開展過程實際也是對實驗內容綜合分析的過程。一方面,學生在掌握實驗原理及設計實驗步驟的過程中,需要分析判斷實驗進行當中可能出現的各種現象,并能夠對實驗步驟、方法進行及時的修正及改進,以取得最優的測量結果。一般意義上,實驗結果不能與理論分析相矛盾,當出現某些實驗結果無法用單一理論去解釋時,就涉及到學生能否綜合運用理論來揭示的問題。因此,具體的實驗操作不僅可以使學生的實驗遷移能力得到培養,同時也能夠在極大程度上提高學生對于科學問題的綜合分析及解決的能力,進一步深化對物理理論的了解,為未來專門領域的進一步學習奠定基礎。

2.3培養學生對實驗數據的分析及處理能力。物理實驗過程中還有一項重要的工作便是對實驗數據進行分析與處理。這一過程既是加強對學生基礎訓練的重點,也是培養學生物理學科素質的重要組成部分。例如:《伏安法測電阻》實驗需要根據歐姆定律R=U/I原理來設計實驗并確定實驗方法,同時設計電路圖或實驗裝置圖等。在這一過程中,為避免誤差,實驗之前還需要注意電表內阻,估算被測電阻的大小再設計出合理的測量電路。同時數據處理的過程也并非單純的一個數字的計算問題,其與整個實驗內容相關。而且同一個實驗也可選取不同的實驗方法;同一組數據,在數據處理上也可以采取不同的處理方法。因此,數據處理對于培養學生分析及處理能力、綜合實驗能力及創造性思維的發展,都具有重要的教育意義。

2.4培養實驗報告及科技論文寫作的能力。實驗報告是實驗整個過程的全面、綜合的文本反映。書寫實驗報告,是一項實驗流程中最后的總結工作。這一過程對于加深學生對理論課的理解,促進邏輯、語言等素質能力的提升幫助很大。一方面,由于高校物理實驗報告的寫作要求與國際上通行的科技文獻寫作要求大體相同,因此這一階段既是衡量實驗操作結果,也是培養查閱科技資料、提高規范表述實驗內容、實驗圖表的能力的過程。另一方面,在實驗報告分析撰寫中,可以提高學生良好的科研寫作水平,也可以培養嚴謹的行文風格,使學生逐步養成精煉化、規范化的科研寫作基本能力和基本素質,培養大學生遵循客觀事實的科研作風。同時由于實驗本身就是一個科學研究的過程。科學研究的內涵就是創新,科技論文是科學研究創新思維的集中反映,是科學研究創新結果的表達方式,創新思維始終貫穿于科技論文寫作的全過程。[2]因此,這一過程也是發展學生創新能力的重要階段,對個體創新思維發展具有重要意義。

2.5培養團隊協作的能力。在理工科高校,物理實驗一般采取分組實驗。分組實驗過程中,教師在要求學生遵守實驗基本操作規范的前提下,一般都會明確職責,鼓勵學生之間互相交流,互相配合,一起合作共同完成實驗。這個過程對于鍛煉、培養同學之間交流合作,質疑精神具有重要意義。而且著眼現代社會,很多復雜的工作包括一些大的科學項目的研究,由于個人精力、智力、能力的有限,需要團隊協作來共同完成。大學期間分組實驗中就可以幫助學生在團體共同目標的實現中,學會如何合理的與人溝通、交流,接受并認可他人,在分工協作中,高效完成實驗目標任務??傊?,高校物理實驗課對于理、工、農、醫等各學科都具有重要意義,是這些學科重要的、不可或缺的基礎。學好、掌握實驗課程,既能夠促進個人專業發展,也能夠在未來相關專業領域內取得較高的水平奠定基礎。

參考文獻

[1]譚明,李輝,李聰,等.充分認識大學物理實驗課的意義,提高大學物理實驗課的教學質量[J].大學物理實驗,2019(12):135.

[2]強亦忠.科技論文寫作中的靈魂:創新思維[J].常州工學院學報,2004(17):61-64.

作者:卓嘎 次旦 單位:西藏拉薩師范高等??茖W校

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