2023年浅谈高等师范生实验技能的培养.doc

浅谈高等师范生实验技能的培养 〔陇东学院 电气工程学院，甘肃 庆阳 745000〕 摘 要：物理学是一门以实验为根底的学科。所有的物理理概念、定律和理论，都是在实验的根底上建立起来的。因此，培养学生的实验技能，了解物理学的研究方法，培养严格而实事求是的科学态度，对学生今后搞科学实验和技术革新以及从事教学有重要的根底作用。所以物理实验的技能和实验的创新显得尤为重要。本文从高等师范生实验技能的培养和创新能力的培养入手，阐述了多种切合教学实际的培养方法，并一步阐述了学生实验技能和创新能力培养途径，为物理实验技能的提高和创新提供了一定的理论依据。 关键词：观察；操作；实验技能；创新能力 Discussion on Experimental Skill Training of Normal College Students (College of Physics and Electronic Engineering, Long-Dong University, Qing-Yang 745000, Gansu) Abstract: Physics is a subject based on experiments. All of the physical concepts, rules and theories, are set up on the basis of the experimental . Therefore, the cultivation of the students' experiment skill, the understanding of the physics research methods and culturing the strict scientific attitude of seeking truth from facts, all have important roles in scientific experiments and technological innovation as well as engaged in teaching to the students in future. So the physical experimental ability and experimental innovation appear particularly important. Started from the higher normal students experimental skills and innovative ability, this thesis elaborates a variety of training methods that suit for practical teaching. Further more, it elaborates the approaches to cultivating the experimental ability and innovative ability of the students, providing a certain theorical basis of physical experimental skill's improvement and innovation. Key words: observation; operation; experimental skill; innovative ability 0 引言 物理学本质上是一门实验性的科学。从物理学开展的历史看，物理学的每一次进步都是由实验开始的。物理实验不仅在本学科领域非常重要，在推动其它自然科学和工程技术的开展中，也起到了相当重要的作用。物理实验是研究物理测量方法与实验方法的科学，物理实验具有特殊的根本性和普遍性：它是其他一切实验的根底；同时，适用于一切领域，很多工程技术问题或研究课题实质上就是一些物理问题。在工程技术领域中，研制、生产、加工、运输等过程都普遍涉及物理量的测量及物体运动状态的控制，这正是成熟的物理实验的推广和应用。现代高科技的开展，其思想方法和技术也来源于物理实验，因此，物理实验也是工程技术和现代高科技开展的根底。过去大多数实验内容，属于根底验证性实验，其实验原理、方法、仪器配置、内容取舍、现象观察、数据处理等方面都具有根底性、典型性和继承性的特点，这是传授实验知识，培养学生实验动手能力所必需的。然而，由于实验教学模式单一，内容陈旧、教学时间限制过死、实验与理论相脱节，难以激发学生的学习兴趣、培养学生的创新意识实验技能。教育部在相关文件中也指出实验教学要“更加注重能力培养，着力提高大学生的学习能力，实践能力和创新能力〞，“开发学生智能，培养与提高学生科学实验能力和综合素质〞，要“把实践教学作为评比的关键性指标〞。这为我们进行大学物理实验教学指明了方向。 1 物理实验在物理学开展中的地位和作用 实验是物理学的根本之所在，在物理学的开展中，实验起了重要作用。什么叫实验？实验是人们根据研究的目的，运用科学仪器，人为地控制、创造或纯化某种自然过程，使之按预期的进程开展，同时在尽可能减少干扰的情况下进行定性的或定量的观察，以探求该自然过程变化规律的一种科学活动。事实上，从经典物理学到现代物理学，著名的物理实验数之不尽，从事实验工作的物理学家何止成千上万。他们置身于艰苦的实验研究之中，为推动物理学的开展而努力奋斗。物理学就是从实验中产生并开展起来的的。物理实验为物理学理论打下了坚实的根底根底，更为物理学的开展提供了强劲的动力。可以说物理实验在物理学开展过程中主要有四个方面的作用。 1.1 物理实验在物理学开展中的作用之一 —— 发现新事物、探索新规律 在经典物理开展中，物理实验为经典力学提供了实验事实。例如，力学方面的伽俐略的斜面实验、胡克的弹性实验、玻意耳的空气压缩实验等都是如此。并在他们各自实验的根底上建立了有关的重要定律。电学方面的库仑定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律等的建立，光学方面的有关光的干预、衍射、偏振等现象的定律，也都是先在实验中发现，再通过总结而得出的。 在19世纪末和20世纪初，当人们普遍认为物理学已开展到了顶峰, 以后只是把常数测得再准确些，向小数点后面推进而已。然而，正是实验的新突破发现了X射线、物质的放射性、电子、光电效应等，这些用经典物理无法解释的现象，打破了物理界的沉闷空气，让经典物理遇到了前所未有的困惑，为了解释这些现象才诞生了近代物理学和现代物理学，使物理学得到了重大开展。这一事实充分说明了——物理实验才是物理学开展的根底和动力之所在。 1.2 物理实验在物理学开展中的作用之二 —— 验证物理理论 物理学的核心是理论。而理论是否正确，必须经过物理实验的检验。只有经得住实践检验的理论才是正确的，而物理实验是检验物理理论的重要手段。—次单独的物理实验可以推翻或确证所有可能的论据。例如，麦克斯韦的电磁场理论，只是当电磁波被赫兹的实验证实后才真正成为电磁理论的根底；又如，爱因斯坦的光量子论，直到密立根在1916年用严密的光电效应实验证实后，才被人们接受；如，德布罗意的物质波假说，也是在发现电子的衍射效应后得到了肯定。就是理论的适用范围，也是由实验在检验理论的过程中来确定。物理理论和实验之间是相辅相成的辩证关系。试验为理论打下了根底，同时理论有为实验指导了方向。 1.3 物理实验在物理学开展中的作用之三 ——测定物理常量 物理实验的又一个重要目的是测量物理常量。一般说来物理学中的常数有两类：—类是物质常量，一类是根本常量。例如，物质的比热容、电阻率、折射率等，都是属于物理常量。它们有一个共同的特点，就是这些常量在一定条什下会随某一因素的变化而改变。例如，真空中的光速、根本电荷、普朗克常数等，属于根本常量。它们是物理学中的普适常量。 在物理学中，大量的实验是围绕常量的测量和研究进行的，特别是根本常数的测量和研究，在物理学开展史上占有更重要的地位。例如，万有引力常数G，从牛顿发现万有引力定律以来一直是人们试图准确测量的对象。光速的测定、电荷质量的测定等等。根本常数的协调不仅是物理学的重大课题，也是科学技术的重大课题。根本物理常数之间的协凋是检验物理理论的重要途径。因为每次协调都是在大量实验、在取得了众多新的研究成果的根底上做出的。例如，现在测得最准的根本物理常数之一光速，就是在这样的。1983年第国际计量大会上作出决定，以真空中光在299796458分之一秒内行程的长度作为“米〞的新定义。这样就从根本上免去了长度单位的物质基准，成为现今大家公认的一个根本物理常数。 1.4 物理实验在物理学开展中的作用之四 —— 推广应用新技术 现代许多新技术的推广和应用都是物理实验的奉献。例如蒸汽机技术的应用、电工和电子技术的推广与应用，都与物理实验紧密相连的。就是说各种创造创造，都是经过了大量的物理实验，才日臻完善的。又如，光谱学技术、激光技术、核磁共振技术、超导技术等众多技术的推广与应用，都凝聚了不计其数实验物理学家的心血。 综上所述，物理实验在物理学的开展中发挥了巨大的作用。从实验物理学家与理论物理学家获得诺贝尔物理学奖的比例，也可以看出实验物理学家的奉献之大。从1901——2023年的102年中共有162人次、161位科学家获得诺贝尔物理学奖。其中美国著名物理学家巴丁是两次获得诺贝尔物理学奖的唯一的一位物理学家。 诺贝尔物理学奖如果按理论方面和实验方面来划分，初步统计，理论方面有50人次，实验方面有112人次。其中一些项目是兼有理论和实验。可见实验方面的奖项远比理论方面的奖项多。世界著名物理学家丁肇中教授在1976年荣获诺贝尔物理学奖时所写的一封信中指出：“事实上，自然科学理论不能离开实验的根底。特别，物理学是从实验中产生的。〞也正如诺贝尔物理学奖获奖者、著名理论物理学家杨振宁教授的一那么题词“物理是以实验为本的科学〞。 1.5 小结 实践是检验理论的客观标准。理论与实验是物理学的两大局部，相辅相成，缺一不可。强调实验的作用，丝毫也没有贬低理论的地位。 2 师范生普通物理实验教学现状 2.1 物理实验教学的缺乏 教学仪器单一，实验仪器集成度的提高制约了学生的动手能力，绝大多数大学物理实验，实验项目很少有更新和创新，并且简单的分为力学、热学、电学、光学等实验，由于实验仪器的功能少，实验项目单一，已经影响到对学生综合性实验能力，创新能力的培养，人为地隔断了物理实验的整体性。我校的实验教学大多是以验证性实验为主,以稳固、加深课本理论知识的理解为主要教学目的,使得学生在发现、分析、解决问题及创新能力的培养方面缺乏。由于现在的实验仪器的集成化程度的提高，很多需要学生动手做实验的步骤由于仪器的集成化的不断提高而被忽略，这样学生在做实验时真正动手做实验的时机越来越少以至于学生每次做实验只需要按几个按钮，看一下现象和结果就行了，对于为什么会出现这样的实验现象和结果就无从知晓了，这样就演变成单纯的为做实验而做实验了，以至于学生不能够深刻地理解实验的原理和方法，不利于培养学生动手能力，创新能力。 多年不变的教学方法和教学内容固定不变，制约了实验教学的效果大学物理实验通常是从大一第二学期开始的, 使得物理实验和大学物理开设的起始时间几乎相同, 而物理实验教学课时少，人数多,前面的实验要用到后面的理论知识，有的理论知识还没有学，在学习实验原理时很多知识内容都不能理解，这些都给实验教学带来一定的困难。目前教学的主要方法还是教师主要讲授实验原理，实验方法和步骤,教给学生如何去使用实验仪器，单纯的演变成教师教学生怎样做实验，学生就按照教师的方法步骤做实验，这就制约了学生分析问题解决问题的能力，单纯变成了为做实验而做实验，以至于学生在将来的科学研究中无法自己独立地设计实验并使用相关仪器，制约了学生创新思维、科学素质和分析问题、解决问题能力的提