物理实验的思想方法不是指某个具体实验的测量过程和方式,而是科学思维方法在物理实验中的具体体现,比如比较法、放大法、模拟法、补偿法和变量控制法,等等,它们不仅是物理实验的基本方法,也是其他学科进行科学研究的基础和方法。
物理实验思想方法的学习和运用,对于培养学生的创新能力和科学素质起着不可或缺的作用,并且,学习、掌握这些实验思想方法的过程也是科学素质和实验能力不断积累和提高的过程。因此,在教学实践中,对于利用物理实验的思想方法培养学生的科学素质的重要作用应该给以足够的重视。但是,现实的情况却不尽如人意。比如,在教材方面,许多大学物理实验教材中对基本实验方法涉及很少;在教师方面,一些教师在讲解时,把实验的操作步骤和数据处理当作重点,重技能,轻方法;许多学生在写实验报告时,将主要精力都放在数据处理方面,而很少思考这个实验运用了哪些基本的实验方法。很多学生修完物理实验课后,对基本的实验方法没有什么认识,或者一无所知。针对这一问题,笔者进行了深入的探讨,提出了解决的途径。
1 教师必须转变教学观念,高度重视实验思想方法的教育
传统的应试教育,往往注重知识的传授,而忽视物理学原理中所蕴涵的十分精彩的物理思想和科学研究方法的教育。在传统教学观念中,培养学生的基本实验技能就是让学生会操作,物理实验被认为是一种实践性较强而理论思维要求较低的活动,实验课上只要求学生动手测量出数据、完成实验报告就算万事大吉了。但这种认识是很不全面的,是不符合素质教育要求的。因为科学方法的教育比知识本身更重要,学习、掌握这些实验思想方法的过程是人类认识事物由感性认识到理性认识的发展过程,物理实验中的思想方法对学生科学素质的培养起着重要的作用,对学生进行物理实验的研究方法的教育将使学生受益终身。例如,控制变量法能培养学生初步的分析问题和研究问题的能力,转换法有利于培养学生思维的灵活性,替代法有利于培养学生思维的变通性,模拟法有利于培养学生的科学想象力。素质教育的核心是创新教育,如果没有基本思想方法的支撑,创新就是无源之水、无本之木。素质教育的要求是不仅让学生知道怎么做,更重要的是让学生知道为什么要这么做。“授人鱼,不如授人渔”就是用形象朴素的语言讲明白了这个道理。
2 教师在教学实践中要遵循循序渐进、持之以恒的原则
物理实验是学生进入大学教育阶段首先接触到的实践课程,他们在进人大学以前,虽然做过了大量的物理题目,其中也包括一定数量的实验题目,但仍然对完整的、系统的科学实验了解甚少。因此,教师要充分利用绪论课的机会,对学生集中讲授物理实验的基本知识和基本的思想方法,以激发学生的学习兴趣。教师要深入浅出地说明有哪几类基本的实验思想方法,比较法、放大法、模拟法、补偿法、零点法、平衡法等等到底是什么,各自有哪些具体的例子。要使学生对物理实验的思想方法体系有初步的了解和认识。要通过具体的例子引起学生的兴趣,尤其要注意多采用学生在中学里就非常熟悉的例子,从易到难,便于他们理解。
比如,讲到放大法时,可先举游标卡尺和螺旋测微器,指出这是放大法中的机械放大法;再举光学显微镜,指出这是利用透镜或透镜组的放大作用的光学仪器,是光学放大法的一种;最后指出光学放大法还有光杠杆镜尺法,在金属材料的杨氏模量实验中将会深入学习。
绪论课的目的是让学生对物理实验的基本思想方法有初步的认识,故内容要少而精,恰到好处,切忌空谈科学思想和科学方法,使学生感觉枯燥无味。教师要通过精彩的讲解和融洽的课堂气氛激发学生探索物理实验奥秘的兴趣。而进一步深入的理解和掌握这些物理实验思想则要贯穿在以后的每堂课中。
在具体的每次实验课上,教师要启发学生思考实验中用到的基本方法和思想,尤其是典型的方法要当作重点讲明讲透。例如在金属材料的杨氏模量实验中,对光杠杆镜尺法的原理一定要花时间讲明白。在电位差计实验中,使学生理解补偿法。在电桥实验中,使学生理解比较法。另外,许多实验中都体现着控制变量法,教师要适当地予以引导,培养学生逻辑推理、归纳总结的能力。通过一个个鲜活的实验,使学生认识到这些基本的实验思想方法并不是截然分开的,而是相互渗透、联系使用的,一个具体的物理实验,往往是几个方法综合运用的智慧结晶。通过一次次实验课,使学生感受到物理实验思想方法的存在和魅力。基本的实验思想方法,是支起物理实验大厦的基石,也是学生进行创新的起点。
3 既要回顾历史,又要面向未来
物理实验的思想方法凝聚了许多科学家和实验工作者
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