大学实验物理教学中的课程思政探讨<br/>——以固体密度测定为例

大学实验物理教学中的课程思政探讨
——以固体密度测定为例

2022-12-17曹京晓唐苗苗李秋泽李新忠

科教导刊·电子版 2022年32期

曹京晓，唐苗苗，李秋泽，李新忠

（河南科技大学物理工程学院，河南洛阳 471000）

0 引言

对理工科大中专院校来说，大学实验物理课程是独立设置的必修基础课程。通过该课程的学习，大一、大二学生可以得到初步系统化的实验方法和实验技能的训练，夯实科学实验训练的重要基础。因此，大学物理实验课程的教学改革和思政探讨在课程建设和学科建设中愈发重要[1-5]。本文以大学实验物理课程中固体密度测定实验为例，从实验目的、基本测量工具的介绍方面融入思政元素。进行局部分层次教学方案设计的改革尝试，以期实现学生个性化的学习目标。学生选择适合自身的数据分析方案，完成实验任务，提高解决实际问题的能力，体验创新性地战胜困难的成就感和满足感，增强专业学习的自信心。

1 实验目的的介绍

固体密度测定实验的设计主要考虑到密度是物质的基本属性之一，与物质的纯度有关，在工业上通过对物质密度的测定做成分分析和纯度鉴定[6]。该实验作为基础物理实验之一，其目的不单是测量物体的密度。我们还希望学生学会规范使用基本测量工具，养成严谨的态度。这是理工科学生应具有的“科学精神”和“工匠精神”[1]之一。数据处理是本实验的重点和难点，希望学生通过数据分析加深对不确定度的理解，学会科学分析数据的方法,激发学生强烈的好奇心和创新性地解决问题的热情[2-3]。

2 基本测量工具的介绍

2.1 关于物理天平

随着技术的发展，人们发展了很多测量物体质量的工具，例如杆秤、磅秤、案秤、台秤公斤称、托盘天平、物理天平等。建议学生通过网络查阅资料了解物体质量的测量工具的设计原理及使用方法，体会人类文明发展的独特魅力。

大部分学生对物理天平的工作原理是比较熟悉的。通过对物理天平的最大称量、感量和灵敏度等性能参数的介绍向学生说明物理天平的读数规则。针对物理天平的使用，详细介绍其非工作状态和工作状态及使用之前的调平操作方法。提醒学生在测试过程中物理天平要“常止动”。即取放物体、加减砝码、拨动游码、调节平衡螺母前及使用完毕后，必须转动制动旋钮，止动天平，使横梁静放在制动架上，避免刀口受冲击而损坏，同时防止刀口离开刀口垫使横梁掉下。只有在判断物理天平是否平衡时才启动天平。完成全部称量后将物理天平的秤盘摘离刀口。即将物理天平恢复到非工作状态[7]。

同时向学生明确提出：有更精密、操作更简单的仪器测量物体的质量，例如电子秤等。为什么还要学习规范使用物理天平呢？因为我们希望通过物理天平的使用培养学生认真谨慎的科学态度和规范操作的习惯。这是合格的理工科学生应具备的优秀品质和素养。

2.2 关于游标卡尺和螺旋测微器

游标卡尺和螺旋测微器对学生来说是比较陌生的。通过向学生介绍游标卡尺的由来，使学生了解一般认为法国数学家维尼尔·皮尔在1631年发明的。但是1992年5月扬州市邗江区甘泉镇出土的东汉原始铜卡尺早于欧洲的游标卡尺1600多年[6]。这一发现极大增强了中国人的民族自豪感，激励学生勇攀科技高峰的信心。

针对游标卡尺和螺旋测微器的设计原理和读数规则，提醒学生游标卡尺是利用主尺和游标上每一分格之差，使测量精度得到进一步提高。即对于10分游标卡尺，分度值是0.1mm；对于50分游标卡尺，分度值是0.02mm；对于100分游标卡尺，分度值是0.01mm……相比于游标卡尺，测微螺杆上的螺距为0.5mm，与测微螺杆连成一体的微分套筒圆周上均匀刻50分格，旋转一分格对应0.01mm[7]，即分度值为0.01mm。启发学生思考：如何进一步提高测量工具的精度？在主尺上加一个副尺便可提高测量精度，那么在第一级副尺上加第二级副尺且第二级副尺的最大量程对应于第一级副尺的分度值，则测量精度可以进一步提升。通过这样的教学设计，学生对测量工具的原理和使用方法有很清晰的认识，体会到人类在研究未知上不断探索的无畏精神。

尤其需要提醒学生注意：游标卡尺和螺旋测微器在使用之前要进行校准，否则会造成实验中本可以避免的误差。仪器校准的操作使学生领悟严格要求、精益求精的工匠精神。