馬朋月 蘇元敏

[摘 要]大學(xué)物理教學(xué)應(yīng)改變舊的教學(xué)模式，突出物理學(xué)方法論，加強(qiáng)研究性學(xué)習(xí)，配合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力。

[關(guān)鍵詞]大學(xué)物理教學(xué);物理學(xué)方法;研究性學(xué)習(xí);實(shí)驗(yàn)

[中圖分類(lèi)號(hào)]G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

大學(xué)物理學(xué)是理工科非物理專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)課程，各專(zhuān)業(yè)課時(shí)略有不同。一般由物理系教師任課。對(duì)于這些非物理專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，如何使他們通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，掌握物理學(xué)的基本方法，開(kāi)闊眼界，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和能力，我認(rèn)為應(yīng)著重注意以下幾方面。

1 以知識(shí)為載體，突出物理學(xué)方法論

學(xué)習(xí)物理離不開(kāi)概念和規(guī)律，概念和規(guī)律的產(chǎn)生不是憑空的，有著大量的事實(shí)根源和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)從實(shí)驗(yàn)事實(shí)和物理發(fā)展史出發(fā)，使學(xué)生了解物理概念和規(guī)律的形成、發(fā)展和演變過(guò)程，對(duì)它的來(lái)龍去脈以及相互之間的聯(lián)系有較深入和全面的理解，如自由由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的得出，就突出表現(xiàn)了研究物理問(wèn)題的基本方法。關(guān)于自由落體問(wèn)題，最早亞里士多德有過(guò)論斷，即物體下落的快慢與它的重量成正比，通俗地講，就是重物比輕物下落地快。伽利略在《關(guān)于兩門(mén)新科學(xué)的對(duì)話》中，運(yùn)用落體佯謬的理論實(shí)驗(yàn)作出邏輯反駁，他說(shuō)如果這個(gè)論斷成立，那么將一輕一重兩個(gè)物體拴在一起下落，重的物體由于被輕的物體拖著而變慢，輕的物體由于被重的物體拖著而加快，因而此時(shí)它將比原先的重物下落得慢，但這兩個(gè)物體拴在一起，卻比原先的重物更重，因而此時(shí)它下落會(huì)更快。這樣從同一命題得出了兩個(gè)矛盾的結(jié)論，據(jù)此伽利略用理性的邏輯推理，推斷出了亞里士多德的錯(cuò)誤。但是他并不滿(mǎn)足，繼續(xù)通過(guò)觀測(cè)與實(shí)驗(yàn)的研究手段，把自由落體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律正確地揭示了出來(lái)。從這個(gè)過(guò)程我們可以看出，研究物理學(xué)的基本方法，即有明確的研究目的，通過(guò)一般觀察，提出假設(shè)，建立理想模型，運(yùn)用邏輯和數(shù)學(xué)的手段得出推論，再通過(guò)物理的或理想的實(shí)驗(yàn)對(duì)推論進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)假設(shè)進(jìn)行修正和推廣，等等。愛(ài)因斯坦和英費(fèi)爾德在《物理學(xué)的進(jìn)化》中評(píng)論說(shuō)，伽利略的發(fā)現(xiàn)以及他所應(yīng)用的科學(xué)的推理方法，是人類(lèi)思想史上最偉大的成就之一，而且標(biāo)志著物理學(xué)的真正開(kāi)端。在大學(xué)物理教學(xué)中突出物理學(xué)的方法論，授人以漁，才能啟迪智慧，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

2 重視研究性學(xué)習(xí)，注重解決問(wèn)題的過(guò)程

研究性學(xué)習(xí)不一定是規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，是指學(xué)生按照科學(xué)研究的思維方式及方法，在教師的指導(dǎo)下自主地學(xué)習(xí)、探索，主動(dòng)地獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)去解決問(wèn)題。大學(xué)物理的最終教學(xué)目就是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。從物理學(xué)史，我們可以知道物理學(xué)的每一次重大發(fā)現(xiàn)無(wú)不是掙脫舊的觀念的束縛，才得以發(fā)展的。如普朗克的能量子假設(shè)，突破了能量連續(xù)變化的傳統(tǒng)觀念;愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論也是突破了牛頓的絕對(duì)時(shí)空觀的束縛，才得以建立。通過(guò)大學(xué)物理教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和能力，是大學(xué)物理教學(xué)的一個(gè)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)充分發(fā)揮。要加強(qiáng)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)，教師必須首先要改變舊的教學(xué)模式。在舊的模式下，學(xué)生處于被動(dòng)接受狀態(tài)，是以教師為中心的，這樣做的結(jié)果是學(xué)生的自主性、積極性受到壓抑，得不到支持與鼓勵(lì)，久而久之，其創(chuàng)新潛能得不得發(fā)展或發(fā)展空間極小。加強(qiáng)研究性學(xué)習(xí)沒(méi)有固定的模式，要根據(jù)課程教學(xué)內(nèi)容以及學(xué)生的學(xué)習(xí)實(shí)際靈活運(yùn)用并隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。例如在大學(xué)物理力學(xué)部分慣性定律的教學(xué)，可以讓學(xué)生就伽利略、笛卡爾和牛頓等人對(duì)慣性定律的論述，發(fā)表自己的見(jiàn)解，討論哪種論述更為準(zhǔn)確地描述了慣性這一客觀存在，哪種表述存在什么樣的缺陷，以及是否可以看成是合外力為零時(shí)牛頓第二定律的一個(gè)特例。要完成這一研究性學(xué)習(xí)，學(xué)生們必須到圖書(shū)館、資料室查閱資料，還要到實(shí)驗(yàn)室以及自制實(shí)驗(yàn)器具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、想象、推理、判斷等得出結(jié)論，教師再引導(dǎo)學(xué)生對(duì)結(jié)果開(kāi)展討論，補(bǔ)充和完善，在這一過(guò)程中教師要充分肯定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，鼓勵(lì)學(xué)生提高自信心，這樣學(xué)生能夠?qū)W會(huì)研究性學(xué)習(xí)，能夠與他人合作交流，體會(huì)到科學(xué)研究并不神秘，是人人可以嘗試的，這個(gè)過(guò)程的收獲也是普通課堂教學(xué)無(wú)可比擬的。教師在大學(xué)物理教學(xué)過(guò)程中可以布置長(zhǎng)時(shí)間或短時(shí)間的課下研究題目，也可以是學(xué)生根據(jù)自己的愛(ài)好和興趣擬定的研究題目，這樣為學(xué)生提供更多的研究性學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，這就是研究性學(xué)習(xí)的主要目的，不在于學(xué)生記在腦子里多少具體的知識(shí)，而在于這些知識(shí)，不是一潭死水，不是字母數(shù)字的堆砌，不在于得出多少或多么高的學(xué)術(shù)價(jià)值的結(jié)論，而是鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)、提出、解決問(wèn)題的能力乃至創(chuàng)新能力。

3 突出實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理教學(xué)中的作用

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，物理概念的確立，物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、建立和檢驗(yàn)都是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果概括得到的。物理實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)的發(fā)展中占有重要的地位。例如英國(guó)物理學(xué)家托馬斯·楊，他設(shè)計(jì)出楊氏雙孔實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明光具有波動(dòng)性，但是當(dāng)時(shí)科學(xué)界有反對(duì)意見(jiàn)，菲涅爾又設(shè)計(jì)了雙面鏡干涉實(shí)驗(yàn)，有力地支持了光的波動(dòng)說(shuō);又如對(duì)于邁克爾遜-莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果，愛(ài)因斯坦曾說(shuō)過(guò)，如果我們承認(rèn)邁克爾遜實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果是事實(shí)，那么地球相對(duì)以于太運(yùn)動(dòng)的想法就是錯(cuò)的，這是引導(dǎo)我走向狹義相對(duì)論的最早想法。在大學(xué)物理教學(xué)中，也應(yīng)十分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我們的教學(xué)不僅要使學(xué)生具備比較深廣的理論知識(shí)，更要具有較強(qiáng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＭㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生獲得物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)，基本方法和基本技能，使學(xué)生具備從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本素質(zhì)、理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)，不怕挫折、積極進(jìn)取的探索精神等。比如我在一個(gè)非物理專(zhuān)業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中是這么嘗試的，選取大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的《電表的改裝與校正》實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是把微安表頭改裝成電流表和電壓表。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)難不難，說(shuō)簡(jiǎn)單也不是那么容易就能完成好的。之所以選這個(gè)實(shí)驗(yàn)是因?yàn)樗屯瑢W(xué)們中學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)容聯(lián)系比較緊密，又在學(xué)習(xí)了大學(xué)物理理論的基礎(chǔ)上。除了能給學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)發(fā)揮的空間，它也能達(dá)到鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力的目的，包括電路的連接，各種儀表的使用和讀數(shù)。學(xué)生們有實(shí)驗(yàn)講義，實(shí)驗(yàn)講義內(nèi)容很全，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄表格等都很詳細(xì)。對(duì)這個(gè)試驗(yàn)，我在實(shí)驗(yàn)前一周，給同學(xué)們布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)就是，拋開(kāi)實(shí)驗(yàn)講義，只要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康倪_(dá)到，可以自由發(fā)揮，他們的實(shí)驗(yàn)講義可以作為參考。這樣為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，學(xué)生們必須思考利用什么樣的方法設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表格，然后再動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)還要有如何連接電路，如何使用儀表，如何讀出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理并分析誤差。最后的結(jié)果是，大約三分之一部分同學(xué)覺(jué)得實(shí)驗(yàn)的形式很好，有難度，有挑戰(zhàn)性，非常好，很有意思，學(xué)習(xí)物理熱情空前高漲;另有約五分之一就覺(jué)得難，太難了，紛紛跟我說(shuō)他們?cè)谥袑W(xué)也是只會(huì)做題，動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)非常少。對(duì)我來(lái)說(shuō)，給同學(xué)們布置這樣的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。一部分同學(xué)發(fā)揮了自己的創(chuàng)造才能，鍛煉了思維，鍛煉了動(dòng)手能力。而那一小部分同學(xué)，至少也認(rèn)真預(yù)習(xí)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而不是像有的時(shí)候即便不預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，按照詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)講義，“按圖索驥”，也能勉強(qiáng)完成實(shí)驗(yàn)。培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力、分析判斷能力，閱讀理解實(shí)驗(yàn)器材說(shuō)明書(shū)的能力、書(shū)寫(xiě)表達(dá)能力等。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，一方面重視基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，另一方面對(duì)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)應(yīng)加大力度，以克服學(xué)生按照驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的思路，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮图榷ǖ膶?shí)驗(yàn)步驟，機(jī)械化、按部就班地完成實(shí)驗(yàn)的弊端。在設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用大學(xué)物理理論知識(shí)獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，并運(yùn)用誤差理論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。只有重視實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生有明確的要求，結(jié)合大學(xué)物理理論教學(xué)中的研究性學(xué)習(xí)，才能上好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課，收到較好的教學(xué)效果。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 張淳民.大學(xué)物理課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法改革的實(shí)踐探索[J].大學(xué)物理，2000（03）.

[2] 趙輝，趙洪亮，趙國(guó)斌，荀顯超，林萬(wàn)峰.非物理專(zhuān)業(yè)大學(xué)物理教學(xué)改革實(shí)踐與探究[J].物理通報(bào)，2019（02）.