基于创新能力培养的大学物理实验教学思考

丁启禹

随着时代的前进，我们的教育认识不断与国际接轨，教育体系更加重视学生的综合能力培养，尤其是创新思维培养。在高等学校各科教学过程中，引导学生学会独立自主地学习，培养其学习能力已成为教学的新目标。

高等学校大学物理课程大纲明确指出：大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础、培养学生树立科学的世界观、增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。大学物理学是以实验为本的科学。在大学物理教学中，物理实验教学的作用是深远的。物理实验可以培养学生严谨的科学态度，勇于实践的科学精神，对科学理念的执卓追求。物理实验与思维相结合，还可以培养学生对现象的观察分析能力，善于动手实践的操作能力，精于想象构造的设计创新能力。大学物理实验课程对于学生来说，有着其它课程无法比拟的作用，对于他们今后从事任何一项学习和工作都是非常有益的。

1 了解实验观察的目的性

在大学物理实验中，我们用于寻找事实、验证理论的科学实践主要是通过观察和实验来完成的。如何彻底完备的研究观察方法和实验方法的理论，充分发挥和利用观察方法和实验方法的作用，对于大学物理实验课程教学是有着极其重要的作用。物理实验观察可以分为直接观察与间接观察。直接观察是直接通过感官考察客体的方法。例如：在物理实验中，用直尺测量物体的长度时，观测者利用直尺的刻度与物体的被测边缘相比较，得出测量值，但是测量的数据与观测者的视觉，习惯有关，常常总是有偏大或偏小的趋势。在薄透镜焦距的测量实验中，为使各光学元件的主光轴重合，常用的共轴调节的方法，一般是先粗调后细调；粗调时主要是用眼睛观察，使物、屏和光源、透镜中心大致在一条直线上；而细调时也是用眼睛观察成像的清晰度进行判断的。由此可见，直接观察在物理实验中是必要的，它直观、生动，易于掌握，但是它又有很大的局限性，常常受到外部事物的影响。间接观察是人们借助于一定的仪器，观察客体的方法。例如：在物理实验中，伏安法测电阻实验，可以用指针式的电表来测量，也可以用数字式电表来测量，如果用数字万用表测量时可以直接读取数值，避免用指针式电表读数时产生的读数误差。在用自由落体测定重力加速度实验中，可以使用光电门接数字毫秒计，测量物体通过两点间的时间差，避免手动计时产生的测量误差。由此可见，间接观察扩大了感官观察的范围，能在实验中提供更加准确的观察结果。

2 注重实验的理论性

物理实验观察要以物理理论为依托。在物理实验中，我们的观察不仅是对外部信息的接受，还有对信息的理论处理过程。例如：在用牛顿环测量球面的曲率半径的实验中，我们用读数显微镜观察明暗相间的同心圆时，根据理论我们知道这是一种光的等厚干涉，中心是暗纹，透镜的曲率半径与入射光的波长和N级同心圆的直径有关。由此可见，物理观察一定要与物理理论相配合，这样观察才能有的放矢，起到实验的验证理论的作用。所以，我们要求学生在做实验之前，要先对实验内容进行预习，了解理论内容，理解实验目的。此外，实验观察要用科学的语言来表述。物理学有自己特有的语言表述，例如物理学中的距离和位移、速度和速率，质量和重量等。所以，这就要求学生在理论学习中，对物理的概念、定理要有深刻的理解和熟练掌握，以便在实验观察中能运用科学准确的术语来描述对象。理论是物理学的核心，强调物理实验的作用，但决不能忽视理论对实验的指导作用。

3 保证观察实验的客观性

物理实验观察要保持客观性。辩证唯物主义认为观察是具有客观性的，是主观与客观相统一的过程。在物理实验中，观察是一个复杂的过程，为了保证观察的客观性，首先，要以正确反映客观事物本质的理论为指导。这种理论不仅包含正确的物理原理理论，还包括物理实验理论。例如：物理实验中的测量，被测物体的真值和测量值之间总是存在一定的差异，这种差异称为误差。实验中不能完全的消除误差，只能尽量减小误差。其次，物理实验的观察中要尽量使用先进的技术和仪器。例如：在实验中起重要作用的时间的测量，可以用光电门或传感器接计算机进行分析，这样可以更加准确地记录下时间的变化，提高观察的客观性。最后，物理实验要求严谨务实的科学态度。尽量不要把主观期盼加入到实验中来，要实事求是，严肃认真地观察，保证观察的客观性。

4 实现实验的全面性

在物理学中，物理实验已经发展出了一系列的特有的实验技术和方法。

依据测量目的和手段的不同，物理实验可以分为定性实验和定量实验。定性实验能够发现实验对象的某种属性。定性实验是定量实验的基础和前提。例如：利用氦氖激光发生器演示杨氏双缝干涉实验或菲涅尔圆盘实验，观察光的干涉或衍射图样，从而了解光的波动性。定量实验可以精确测定属性的量值。例如：长度和固体密度测量的实验或用分光计测量折射率实验等，主要是测定一些物理量值。

根据实验手段是否直接作用于被研究对象，物理实验可分为直接实验与模拟实验。直接实验是在实验仪器直接干预对象的条件下观测对象所输出的信息。大部分实验都属于直接实验，这种实验的理论验证性强，可以加强对物理定理和公式的进一步认识。模拟实验是一种间接实验，先设计出反映对象属性的模型，然后用实验手段作用于模型，通过模型实验了解对象的性质及其运动规律。模拟实验又可以分为物理模拟实验和数学模拟实验。物理模拟是根据相似理论，构造出与对象相似的物理模型，通过模型实验了解对象变化的物理过程。例如：用风洞研究高速湍流气体对物体的作用，常用于飞行器的检验；用大气模拟仪来模拟显示今后几年的地球大气变化情况。实际上，用气垫导轨研究牛顿定律，也是物理模擬实验，我们用它来研究无摩擦情况下物体的运动。数学模拟是在对象与模型之间在数学方程或数学模型相似的基础上，通过计算机求解来研究对象性质的一种模拟实验。例如：航天技术中对飞船和卫星的运行轨道的计算；自然界中的混沌现象的模拟。数学模拟实验在物理实验教学中起着越来越重要的作用，它可以演示一些在现有条件下无法实现的实验，如原子的核裂变和核聚变，天体运行演示等，在学到了相关的知识的同时，也激发了学生的学习兴趣。此外，在远程教学模式中，用计算机软件制作的物理实验课件也起着非常重要的作用。

综上所述，大学物理实验是大学物理的理论实践基石，是了解自然、把握自我、探求真理的基本手段。物理实验教学与物理理论教学相比，更应该随着时代的发展、科技进步而不断的创新。我们要深刻地研究和探讨物理实验的教学方法，以唯物主义哲学理论为指导，充分利用现代化教育理论和技术，发挥物理实验的实践性、探索性等特点，强化物理实验的教育与培养功能，为培养学生良好的创新能力和科学素养而努力。

（作者单位：大庆广播电视大学网站管理中心）