高校物理实验及教育意义探讨

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高校物理实验及教育意义探讨

摘要:实验操作是高校理工科大学生必备的重要能力之一,其对于培养大学生基本的实验技能,提升大学生科学素养,推进人才培养质量具有重要意义。文章立足当前大学生对高校物理实验存在的片面性观点,提出相应观点及思考。首先以高校物理理论及其实验之间的相互紧密联系,提出两者在高校理工科教育中所具有的同等重要性观点;其次站位实验教学角度,重点从强化动手操作能力、把握实验原理、分析处理数据及解决问题能力和培养团体协作能力等五个作用方面具体陈述,进一步阐明了高校物理实验课程对于大学生的教育意义及深远影响。

关键词:高校物理实验;物理理论;教育意义

当下,大学生对于高校设置物理实验课程存在各种异议,有的大学生认为学好物理理论课就足矣,物理实验在未来工作中派不上用场。有学生认为,高校物理实验课程根本没有设置的必要,毕业后没几年也就忘了丢了。文章结合当前大学生对于物理实验课认识上存在的偏差,谈一谈高校物理实验对大学生个体产生的影响。实验作为物理学科存在的基础,是推进物理教学最基本的实践活动。在现代高校理工科教育中,物理实验课与物理理论课形影相随,共同构筑高校基础物理学知识统一的整体。两者不仅具有同等重要的地位,而且也有着紧密的内在联系。物理理论课重点涵盖物理基本概念、基本规律等内容,以培养学生的理论思维方法;实验课则以实际操作实验为教育手段,对大学生在设计方法、思维及技能等诸多方面进行系统、全面的训练。特别是在高校物理教学中,实验课作为高校理工科众多专业课程中的重要基础课,其所包含的操作水平、分析问题能力等已成为21世纪社会发展所必备的关键能力之一。对于培养大学生基本的实验技能,提升科学素质,推进理工科人才培养质量具有重要意义,同时对于后续专业基础的进一步发展具有深远影响。

1物理理论与物理实验的关系

纵观人类科学文明发展史,历史上无数次科学实验充分证明,科学理论的形成离不开科学实践。物理,做为科学学科的重要组成部分也不例外。第一,放眼人类物理文明发展史,历史上众多物理概念、物理规律的形成无不依托于物理实验,并以实验为基础。例如,伽利略利用实验同数学相结合研究科学问题。他自制望远镜,通过多次观察及修正所发现的土星的四颗卫星为哥白尼的日心学说提供了新的证据。同时运用实验与逻辑证明两者相结合的方法,在惯性运动、落体运动、单摆等诸多方面作出了重要贡献;第二,目前已形成的物理定律、公式及其理论都是物理学家在经历不断修正、不断补充、不断完善的实验基础上形成的,是接受无数次实践检验而获得发展的。如美国物理学家富兰克林通过多次雷电雨中的风筝实验,最终证实雷电与地电的统一,并在此基础上发明了避雷针;托马氏·杨也是通过无数次实验观察,发现光的干涉现象,并测量了光的波长,为光的波动说提供了有了证据。不难认识到,物理学所取得的每一次进步都是建立在无数次的实验及其对结果修正的基础上的。因此,从本质而言,物理学是一门建立在实验上的科学,其正确与否需要借助实验来不断验证,没有经过实验检验的理论,最终只能是一种假想,不能称之为真正的理论。[1]故我们在充分认识到物理理论重要性的同时,也要加强对实践性极强的物理实验的重要性的认识。而且可以说,随着现代科技的不断发展,现代科学研究的不断深入,作为在实验基础上建构起来的物理科学,实验的基础性及重要性必将更加凸显。

2高校物理实验教学对学生的教育意义

高校物理实验课的目的除了加深学生对物理理论的理解以外,对学生个体来说还具有以下教育意义。

2.1提升实验操作水平、掌握基本的实验方法。高校物理实验既是培养学生探索物理世界、获取理论知识、强化动手操作能力的过程,也是在获取知识的实践中不断成长的过程。实验操作过程中手与脑的高度合作,不仅可以培养学生敏锐的实验观察能力,发展动手操作的灵活性,同时在具体的实验设计、实施、分析、论证及总结过程中,借助实验观察、量化,可以使学生逐步掌握基本的实验原理及实验方法,引发学生深度思考实验设计的原初思想,并从中切身体会其所包含的物理理念。而这一效果是任何其它教学方式(特别是文科类教学)都难以替代的。

2.2培养学生分析、解决问题的能力。实验的具体开展过程实际也是对实验内容综合分析的过程。一方面,学生在掌握实验原理及设计实验步骤的过程中,需要分析判断实验进行当中可能出现的各种现象,并能够对实验步骤、方法进行及时的修正及改进,以取得最优的测量结果。一般意义上,实验结果不能与理论分析相矛盾,当出现某些实验结果无法用单一理论去解释时,就涉及到学生能否综合运用理论来揭示的问题。因此,具体的实验操作不仅可以使学生的实验迁移能力得到培养,同时也能够在极大程度上提高学生对于科学问题的综合分析及解决的能力,进一步深化对物理理论的了解,为未来专门领域的进一步学习奠定基础。

2.3培养学生对实验数据的分析及处理能力。物理实验过程中还有一项重要的工作便是对实验数据进行分析与处理。这一过程既是加强对学生基础训练的重点,也是培养学生物理学科素质的重要组成部分。例如:《伏安法测电阻》实验需要根据欧姆定律R=U/I原理来设计实验并确定实验方法,同时设计电路图或实验装置图等。在这一过程中,为避免误差,实验之前还需要注意电表内阻,估算被测电阻的大小再设计出合理的测量电路。同时数据处理的过程也并非单纯的一个数字的计算问题,其与整个实验内容相关。而且同一个实验也可选取不同的实验方法;同一组数据,在数据处理上也可以采取不同的处理方法。因此,数据处理对于培养学生分析及处理能力、综合实验能力及创造性思维的发展,都具有重要的教育意义。

2.4培养实验报告及科技论文写作的能力。实验报告是实验整个过程的全面、综合的文本反映。书写实验报告,是一项实验流程中最后的总结工作。这一过程对于加深学生对理论课的理解,促进逻辑、语言等素质能力的提升帮助很大。一方面,由于高校物理实验报告的写作要求与国际上通行的科技文献写作要求大体相同,因此这一阶段既是衡量实验操作结果,也是培养查阅科技资料、提高规范表述实验内容、实验图表的能力的过程。另一方面,在实验报告分析撰写中,可以提高学生良好的科研写作水平,也可以培养严谨的行文风格,使学生逐步养成精炼化、规范化的科研写作基本能力和基本素质,培养大学生遵循客观事实的科研作风。同时由于实验本身就是一个科学研究的过程。科学研究的内涵就是创新,科技论文是科学研究创新思维的集中反映,是科学研究创新结果的表达方式,创新思维始终贯穿于科技论文写作的全过程。[2]因此,这一过程也是发展学生创新能力的重要阶段,对个体创新思维发展具有重要意义。

2.5培养团队协作的能力。在理工科高校,物理实验一般采取分组实验。分组实验过程中,教师在要求学生遵守实验基本操作规范的前提下,一般都会明确职责,鼓励学生之间互相交流,互相配合,一起合作共同完成实验。这个过程对于锻炼、培养同学之间交流合作,质疑精神具有重要意义。而且着眼现代社会,很多复杂的工作包括一些大的科学项目的研究,由于个人精力、智力、能力的有限,需要团队协作来共同完成。大学期间分组实验中就可以帮助学生在团体共同目标的实现中,学会如何合理的与人沟通、交流,接受并认可他人,在分工协作中,高效完成实验目标任务。总之,高校物理实验课对于理、工、农、医等各学科都具有重要意义,是这些学科重要的、不可或缺的基础。学好、掌握实验课程,既能够促进个人专业发展,也能够在未来相关专业领域内取得较高的水平奠定基础。

参考文献

[1]谭明,李辉,李聪,等.充分认识大学物理实验课的意义,提高大学物理实验课的教学质量[J].大学物理实验,2019(12):135.

[2]强亦忠.科技论文写作中的灵魂:创新思维[J].常州工学院学报,2004(17):61-64.

作者:卓嘎 次旦 单位:西藏拉萨师范高等专科学校