《大學物理實驗》教學方法探析

畢會英

摘要：圍繞“如何通過實驗教學提高學生解決問題能力這一核心，本文在教學實踐的基礎上，提出有利于培養學生科學素養、實驗思想及解決問題能力的有效教學方法，即重點內容“問題化”、解決問題“方法化”、復雜問題“簡單化”、專業問題“通俗化”，簡稱“四化教學法”。在教學過程中，教師可通過教學方法的改革和實踐，使學生在課程學習和實踐訓練過程中，潛移默化地形成思考問題、解決問題的思路、習慣和方法，從而提高學生解決問題的能力。

關鍵詞：物理實驗;教學方法;實驗思想;問題解決能力

中圖分類號：G427 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）43-0141-02

美國心理學家、哈佛大學教授威廉·詹姆士說過：教育的目的是培養滿足各種生活狀況的能力。教師是實現教育目的的主體，其責任除了傳授知識，更重要的是培養學生的能力。因此，教師如何在教學過程中，圍繞“提高學生能力”這一核心采取有效的教學方法，培養學生的素質和提高學生的能力尤為重要。每門課程都有其課程體系和相對應的教學方法。

物理學是一門實驗科學，《大學物理實驗》課程的目的是利用實驗儀器，通過合理的實驗設計方案，采用一定的實驗方法，讓學生通過親自動手去驗證、發現、探究物理學規律，從而鞏固所學物理知識，培養學生的科學思維習慣，提高發現問題、解決問題的能力。因此，教師在教學過程中如何培養學生的科學思維，通過課程學習和實踐訓練，繼而提高解決問題的能力，是擺在實驗課教師面前的重要課題。本文主要闡述教學過程中教師圍繞如何培養學生的科學思維習慣、正確提問和解答，從而提高他們應對不同狀況的能力，并取得較好的教學效果。

一、重點內容“問題化”

心理學實驗研究表明，提問可以引起注意，不同的問題可以引導人們向不同的方向思考。因此，問什么問題很重要[1]。對于教學來說，每節課都有其重點內容，如何使學生在短暫的時間內盡快掌握其重點很關鍵。教師在上課前應設計一些覆蓋教學重點的問題，讓學生回答，引導他們思考，尋找解決問題的答案。

例如，弗蘭克赫茲實驗的重點是：在理解波爾理論的基礎上，通過原子和電子碰撞的方法，實現原子狀態的改變，從而在原子狀態改變的時刻或者說原子從基態向激發態躍遷的時候測到原子的第一激發電位[2]。為了讓學生在有限的課堂時間內抓住實驗重點，在講弗蘭克赫茲實驗時，教師可要求學生依次回答以下幾個問題：（1）實驗目的是什么？（2）實驗原理是什么？（3）實現原子狀態改變方法有哪些？（4）怎樣實現電子和原子的碰撞？（5）如何確定電子和原子碰撞的時刻，從而測出原子的第一激發電位等問題。通過一系列的提問，讓學生明白：實驗目的是測量亞原子的第一激發電位;要想測到第一激發電位，根據波爾理論，必須讓原子狀態改變（從基態向激發態躍遷）;實現原子狀態改變的方法是：讓具有一定能量的電子和原子發生碰撞，將能量傳遞給原子，從而實現原子狀態的改變。最終，利用弗蘭克赫茲實驗儀完成上述過程，實現預定的實驗目的。

這會讓學生在回答問題時不知不覺地跟著教師設計好的思路思考和解決遇到的問題。整個過程可以總結為：引導性提問—引起注意—關注性思考—尋找答案—掌握重點。經過不斷的訓練，學生會逐漸養成設問—解答的習慣，抓住問題的重點和解決問題的方法，有助于培養學生的科學思維習慣和實驗思想，從而提高其有效解決問題的能力。

二、解決問題“方法化”

提問是為了引起學生對重點問題的注意和重視，方法是解決問題的必經之路，物理實驗注重實驗方法，實驗方法設計巧妙，就能很好地達到實驗目的。每一個物理實驗，都會有自身的一套實驗方法用來測量相關的物理量。在選用實驗方法，進行實驗設計，編排實驗或在實驗中進行調節和測量時，具有普遍意義的思想稱為實驗思想[3]。物理實驗課程的教學目的是：通過課程訓練，培養學生的實驗思想和科學思維習慣，提高解決問題的能力。因此，在教學過程中，如何引導學生主動尋找解決問題的方法，顯得十分重要。

比如，測空氣比熱容比采用絕熱膨脹法，電橋測電阻運用對稱測量的方式，聲速測量采用駐波和行波法，弗蘭克赫茲實驗采用電子和原子碰撞方法，光電效應采用零電流法等。每種實驗不止一種方法，上課時應充分激發學生積極思考，尋找合理有效的實驗方法對提高學生解決問題的能力至關重要，有助于提高學生解決問題的能力。

例如，空氣比熱容比實驗。為了讓學生自主設計和尋找實驗方法，教師可以從空氣比熱容比的概念出發，引導學生尋找實驗方法?？諝獗葻崛荼扔纸薪^熱系數，對這個量的測量就會在絕熱過程中進行。如果要測量這個量，就應構建絕熱過程，從而引導學生考慮利用現有實驗儀器，思考如何構建絕過絕熱過程，尋找實驗方法（絕熱膨脹過程），進而在絕熱膨脹過程中測量P、V、T三個狀態量，并將其代入絕熱方程求出空氣比熱容比。三個絕熱方程，使用哪個更簡單、有效，又易于實現，可讓學生選擇合理的測量公式，使得整個過程學生一直都在參與思考，尋找解決問題的方法，既可以提高學生興趣，使其積極參與，也可逐步引導學生思考并尋找解決問題的方法，培養他們嚴謹的科學思維模式，在遇到問題時，知道首先應從哪些方面入手，如何思考和尋找解決問題的方法。在解決問題的過程中，方法很重要，如果選擇合適，會獲得事半功倍的效果。

三、復雜問題“簡單化”

在預習實驗時，由于學生看不到真實儀器，對一些實驗方法和實驗步驟很難明白，這就需要教師在課堂上把一些看起來比較復雜的問題簡單化，以便學生在課堂上容易理解和接受。例如，聲速測量。這個實驗對大部分學生來說有點兒難，教師不能一開始就講測量原理和測量方法，而應先從簡單的速度概念出發：速度是單位時間內經過的位移，那么聲速就是單位時間聲波傳播的距離，從而引出時差法?；驈乃俣?、波長、頻率的關系引出聲速測量的方法。如果利用聲速C、頻率f和波長λ間的關系：C=f×λ進行測量，那么其實驗設計思路如下：（1）首先產生一種超聲波;（2）測出超聲波f;（3）測量超聲波波長λ;（4）計算聲速C=f×λ。再由設計思路出發，為大家講解如何使用實驗儀器產生超聲波及其產生原理以及如何測量頻率、波長，從而引出駐波法和行波法。

駐波法和行波法在測量超聲波的聲速時，會有很多學生并不理解它們，認為這兩種方法相互獨立，沒有什么聯系。實際上，這兩種方法是確定并測量駐波波幅最大時接收器與發射源之間的距離，只是觀察量不同而已。兩種方法的區別在于：駐波法是通過示波器觀察駐波共振時的最大波幅，行波法利用示波器觀察駐波共振時兩列波合成的李薩如圖形，從而確定接收器的位置。所以這兩種方法有異曲同工之妙。通過巧妙的設計思路，把聲速測量問題進行簡化，按照實驗思路，尋找實驗方法，并把兩種方法對比講解，使復雜問題簡單化，有利于學生理解和進行實驗操作。

四、專業問題“通俗化”

專業人士有時會高估自己聽眾的理解力，想當然地認為聽眾已經理解了常說的專有名詞。還有一些教師在講解時，會把本來很簡單的問題復雜化，增加學生的理解難度。比如，直接提問：什么是示波器？它是用來干什么的？一般學生很少能直接簡單地回答出來。實際上，示波器是顯示波形的儀器，凡是可以轉化為電信號的波形都可以在示波器上顯示出來，并進行測量。物理實驗涉及許多專有名詞，如全息照相、示波器、分光儀等，如果能把這些專有名詞通俗化，便于學生理解和記憶。例如，全息照相可以說是對物光波全部信息的記錄和再現的一種照相技術。全息指的是物體表面發出的全部信息（包括光波的振幅和相位），可以很好地讓學生區分普通照相和全息照相，記住全息照相的內容，了解全息照相的干涉原理和再現原理。再如，分光儀是一種分光儀器，進一步理解如何分光和測量波長等原理。因此，專業名詞通俗化有助于學生理解和記憶，提高學習效率。

總之，物理實驗是一門實踐課程，學生在教師的引導下，通過親自動腦和動手，在實際訓練過程中，養成科學的思維習慣和正確的實驗思想，尋找合理的實驗方法，逐步提高解決問題的能力。教師在教學實踐過程中，應始終以提高學生問題解決能力為宗旨，采用有效的教學方法進行教學，可取得很好的教學效果。其基本方法是“四化”教學法：重點內容“問題化”、解決問題“方法化”、復雜問題“簡單化”、專業問題“通俗化”。學生通過一段時間的課程訓練后，不但能培養出良好的實驗思維習慣和提高問題解決能力，還能不斷提高應對生活中各種狀況的能力。

參考文獻：

[1]王滟明，鄒簡.哈佛積極心里學筆記[M].中國言實出版社，2011.

[2]吳平.大學物理實驗教程[M].機械工業出版社，2007.

[3]項紅專.物理學思想方法研究[M].浙江大學出版社，2004.