地方高校物理实验教学与物理理论教学联动性探析
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作者: 蔡昭蕴
摘要:通过演示和实验,不仅能为学生提供所研究的物理现象的感性材料、检验物理理论和假说的正确性,还可以开拓物理学应用的新领域。重在培养学生的观察能力、动手能力和实验技能。帮助学生发现物理规律,建立物理理论,培养学生创新精神和实践动手能力,使高校实验室真正成为培养高素质创新人才的重要场所和科学的实践基地。
关键词:物理实验 物理理论 教学联动 观察能力
一、地方高校物理实验教学与物理理论教学的现状
地方高校物理实验室建设长期以来都是制约高校实验教学改革的瓶颈,制约着高校的快速发展,制约着高校对学生素质的培养。其主要因素表现在:
1.高校领导对办学目标理解性的偏差。认为高校培养高素质人才,就是教师专业知识的灌输和学生被动的接受,而忽略了对学生动手能力和观察能力的培养,其结果培养的高素质人才只能是有思辨力而无动手力的偏才。严重脱离社会实践需要,加剧学生就业的困难。
2.办学经费严重不足。由于地方高校是各省自己办的学校,不同省市的经济状况有很大差别,对高校办学经费的投入差别就更大。因此,各地方高校的欠债也就各不相同了。物理实验室在这种欠债下来进行建设,就显得更加不能满足于教学需要了。
3.物理实验室设备老化,不能及时更新,更不能满足教学需要。由于地方高校的办学经费严重不足,对实验室设备的投入更少,很难满足实验教学的需要。
4.物理实验教学与物理理论教学不成正比。由于物理实验室设备严重不足,开课率仅为正常开课率的40%左右,而物理实验室设备能开课的承载力也只有40%,严重阻碍了对学生动手能力的培养。[1]
5.物理实验教师的配置也不能满足教学的需要。地方高校在职在编的教职工比例失调,行政人员严重超编,而上课教师尤其是实验教师非常短缺,也是导致物理实验课不能开足的重要原因。
6.实验教师的结构不合理。主要是职称结构、学历结构、年龄结构没有构成一个合理的“金字塔”形梯队。主要原因有:{1}职称普遍偏低,年龄偏高,这样在结构出现了一个断档;{2}各高校普遍扩招,引进了一大批高学历人才,普惠政策是安排家属工作,不管以前是否接触过实验室工作,没处安排的都进了实验室;{3}由于先前的实验技术人员学历普遍偏低,造成职称上不去,新进人员职称还没评,因此职称总体水平偏低,因而科研能力普遍较弱,不能达到物理实验教学的要求。[2]
7.传统的实验教学模式在很大程度上抑制了学生的积极性和主动性。几乎所有实验都由教师安排内容、准备仪器。教师在学生做实验前先讲解实验的目的、原理、步骤并做演示,学生只要按照现成的步骤进行实验,最后把结果写在统一设计好的记录实验数据的报告纸上即可。
由于上述现象的发生,最主要的原因就是没有很好地认识到实验教学在地方高校课程建设中的重要性,没有很好地意识到实验教学与物理学理论教学在地方高校学科建设中的联动作用。从而使地方高校物理实验建设陷入了困境,在短期内无法与物理教学相适应,也很难与物理教学共同发展。
二、地方高校物理实验教学与物理理论教学的联动作用
一般来说,物理实验室应按照基础实验、综合实验、设计性实验进行分类,在具体操作上就能实现与物理理论课的同步。突出其学科的系统性、学科之间的兼容互补性,同时也能打破各学科之间的相互独立,加强对学生跨学科思维能力和创新能力的培养。[3]
物理学是以实验为基础的科学,物理实验始终是研究物理学的重要方法。物理实验方法就是根据人们研究某种物质对象的目的性,利用科学的仪器、设备,设法控制或模拟物理现象,得出科学结论的一种实践性强的方法。通过演示和实验不仅能为学生提供所研究的物理现象的感性材料、检验物理理论和假说的正确性,还可以开拓物理学应用的新领域。最主要的是培养学生的观察能力、动手能力和实验技能。因此,在物理教学中更有其特有的功能。[4]
物理实验就是根据物理理论教学的目的,利用科学仪器设备人为的控制或模拟物理现象,排除干扰,突出主要因素,在最有利的条件下研究物理规律的一种活动。物理实验可以简化和纯化研究过程,强化研究条件,加速或延缓物理过程,重复再现物理过程,对物理现象或过程进行定量研究。[5]总之,物理实验在物理教学中有十分重要的作用。
1.物理实验是培养学生观察能力的基地。在演示实验中,让学生明确实验观察的目的,认真观察实验仪器的初始状态,了解各部分仪器、仪表的作用与功能,使学生对实验仪器装置有一个整体认识。然后,正确引导学生认真观察实验现象的发生和变化过程,以便于学生反复观察、纪录实验现象,作出结论,并形成理论。这样,学生的观察能力得到了培养,对理论知识建立的过程有了较为清楚的认识,使知识具体化。一般来说,第一步演示时,让学生集中观察发生的现象,第二步要求学生观察老师的操作,以便明确现象是怎样发生的,第三步让学生综合观察现象发生的过程及其结果如何。为增强演示实验的效果,培养学生的观察能力,教师可以在演示实验前或演示实验过程中,提出一些思考性的问题,以便引导学生观察实验中发生的现象和现象变化过程,把学生的无意注意转化为有意注意,引导学生集中注意力观察最需要观察的事物。并在演示实验过程中指导学生观察方法,以及观察中应注意的问题。这样就可以帮助学生理解较为抽象的物理理论知识,并保持较长的记忆时间。
在演示实验的观察训练中可以逐步减少教师的指导,运用“无声演示”的方法,即教师在演示前和演示过程中都不讲解指导,而只是操作给学生观察,演示结束后,让学生把观察到的现象和过程用科学语言正确描述出来。经过反复多次的训练,即可不断提高学生的观察能力。因此,实验教学在培养学生创新精神和实践动手能力方面起着独特且不可替代的作用,把高校实验室真正成为培养高素质创新人才的重要场所和科学的实践基地。
2.物理实验可以发现和建立物理理论。物理实验最主要的功能是探索物理规律,建立物理理论。一些物理学家为了探索自然的规律,不惜耗费十几年或数十年的时间,甚至冒着生命危险来进行科学实验研究。如法拉第于1822年开始研究转“磁为电”的理论,经过无数次的实验,终于在1831年发现了电磁感应现象,接着又进行了一系列的实验研究,最后成功地实现了“磁转电”的设想,并经过进一步的实验探索,总结出了法拉第电磁感应定律,开创了人类的电气化时代。再如发明大王爱迪生曾获1093项发明专利,可以说,他的每一项发明都是通过实验取得的。爱迪生发明白炽灯时为了寻找灯丝的合适材料,曾先后用1600多种矿物和金属材料进行反复的实验,历时13个月,终于研制成功一只亮度达40烛光的炭化竹丝灯泡。
可以说科学实验是人们认识自然,改造自然的重要途径。因为人们只有通过变革自然界的活动才能获得关于自然界的现象和本质的种种感性材料,并在概括大量感性材料的基础上发现规律和建立理论。地方高校就是要在较为简陋的实验室里培养出中国自己的科学家、世界的科学家,其道路当然是艰辛的,其中味道只能是自己知道。
3.物理实验可以验证和检验物理理论。物理实验不仅可以发现物理规律,建立物理理论,而且还能验证物理假说,检查物理理论的真伪。因此,实验既是建立理论的源泉,又是检验理论真理性的标准。例如1956年李政道、杨振宁提出的“弱作用下宇称不守恒”的假说,在被吴健雄的钴-60实验验证后,才被公认。法拉第“电生磁”萌发的“磁生电”的假说,被实验验证后才变为物理规律。[6]同时,一些物理理论被实验检验后不得不抛弃,如亚里士多德的“落体观念”在统治了物理学两千多年后被伽利略的实验证明是错误的而被人们所抛弃。
作为物理实验,它之所以能够充当验证物理假说的依据,检验物理理论的标准,是由于物理实验具备检验科学真理性的根本属性。物理假说和理论是人们的思维对于自然界规律性的反映,那么作为检验这种反映正确与否的标准不能是理论本身,也不能是客观对象本身。因为,作为纯粹的客观对象并不能证明理论与对象能否符合一致,再说,作为标准必须具有把人的思维同客观世界联系起来的特性。物理实验恰恰具备以上作为检验标准的条件,所以物理实验是验证物理假说、检验物理理论的标准。
4.物理实验可以完善和发展物理理论。通过实验能不断地完善理论体系,发展物理理论。如19世纪末20世纪初,人们相继发现了X射线、电子、天然放射性现象等物理理论,而用经典物理学理论又无法解释的实验事实,宣告了新的物理理论的诞生。事物的发展是无止境的,大学物理实验的功能远没有完结,随着教学的现代化,物理实验的现代化必将到来,对学生进行这种理念的教育更是十分必要的。
物理实验室建设的根本目的就在于培养学生对物理学的浓厚兴趣,有利于学生更好地了解教材,掌握教材。通过科学实验获得更多的直接经验和感性材料,以便学生很好的认识物理现象、掌握物理规律和理论,促进良好教学效果的产生。在实验中鼓励学生大胆创新,敢于挑战权威,从而树立起完善和发展物理理论的信心。据此,在教学过程中我们应注意物理实验的科学运用。
三、地方高校物理实验教学与物理理论教学联动性发展的对策
地方高校物理实验教学与物理理论教学联动作用发展的总要求是:要从思想上重视地方高校物理实验课是物理理论课的基础,加大对物理实验室建设的投入力度,从结构上提高物理实验教师的素质,从根本上提高实验教学的效果。同时,地方高校物理实验课程的教学内容、教学方法和手段、管理制度和方法等方面也要进行积极有效的改革,使其与地方高校发展同步。
高校物理实验教学不仅能帮助学生正确理解物理概念和规律,而且与课堂理论教学相比,具有培养和提高学生动手能力、观察能力、理论联系实际能力等方面的优势。为学生的研究能力、开拓能力、实践能力和创新意识等综合科学素质的培养提供了较好途径。同时,大学物理实验也是培养专业基础厚、实践能力强的创新人才的重要基地。
1.进一步完善地方高校物理实验的教学体系。按照基础实验、综合实验、设计性实验进行分类。这种分类打破了各部分的封闭体系,突出地体现了学科的系统性、学科之间的兼容互补性,同时也打破了各学科之间的相互独立,加强了对学生跨学科思维能力和创新能力的培养。完善实验教学体系,既吸收传统实验的精华,又突出现代实验的特点,通过对各类实验进行有机结合,整体优化,在突出基本方法、基本技能训练的同时,加强综合性、设计性和研究性实验力度,从而达到学生素质和能力的提高。
2.不断创新地方高校物理实验课的教学与管理。在实验教学过程中,教师要将实验内容、实验目的、实验原理以及实验注意事项告诉学生,要详细地讲解实验原理、方法、步骤、仪器使用、数据记录、数据处理等等,先由老师把实验从头到尾演示一遍,让学生看得清楚、记得明白。在此熟练基础上,通过学生自己应用所学知识,根据实验内容和实验目的,要求学生自己查阅相关资料,并对资料进行理解、分析、选择,设计出完整的实验报告。有效地提高和培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,使得实验课更具实效性和完整性。
3.继续改革地方高校物理实验课的考核方法。物理实验课的考核成绩应占物理总分的40%,实验课程考核的内容,应主要包括学生对实验原理、实验方法、操作过程、数据处理方法等的掌握。按单人操作考试,注重实验的操作步骤及实验报告分析,并与学生平时的实验态度相结合,综合评出学生成绩。
4.大力提高地方高校物理实验教师的素质。实验教师的素质与管理能力都会直接影响着实验室的建设和管理水平,实验设备的使用效果、教学质量的提高和科研工作的进程等。为此,实验教师队伍建设就是当务之急。学校应关心实验教师的切身利益和相关问题,一方面提高实验人员的地位和待遇;另一方面考虑到实验室工作的特殊性,制定可行的实验人员评职、晋升政策。在参加学校年终评优活动中,按比例设一定名额给实验人员。实验教师本身也要不断提高科学文化水平,不断进取,拓宽知识领域,以致能完全胜任物理实验教学的需要。
四、小结
通过对物理实验教学与物理理论教学联动作用的分析,就是要充分发挥地方高校的办学特色,因地制宜。激发学生对物理实验的兴趣,锻炼学生应用理论知识、实验原理和理论联系实际等方面的能力;激发学生的想象力,增强其创新意识,培养其坚忍不拔的思想品质、实事求是的科学态度和协作精神。使高校实验室真正成为培养高素质创新人才的重要场所和科学的实践基地,更好地为社会服务。
参考文献
[1]陈卫汝.试论实验技术队伍的建设.实验室研究与探索,2005(11).
[2]陈晓霞等.加强实验室建设提高实验技术人员的综合素质.新疆医科大学学报,2005(6).
[3]朱建平.实验室建设的关键是实验技术队伍的建设.实验室研究与探索,2004(10).
[4]赵亚林,周在进.大学物理实验.南京:南京大学出版社,2006(3).
作者单位:
广西钦州学院物理与电子工程系
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