0 引言
物理學史與物理實驗教學結合在一起,是國內外教育改革的一項重要課題。傳統物理教學對科學知識建構的過程和科學方法教育沒有給以足夠的重視,影響了學生的興趣、態度、情感和創造力的培養,不利于學生理解科學本質,不利于培養學生的科學精神和創造力[1].
我國是世界五大文明古國之一,據考證,世界上幾乎有半數以上的發明起源于中國,可以說,古代中國曾經是技術十分先進的國家,在世界的力學發展中獨具特色[2].介紹我國歷史上的科學成就對世界科學技術的貢獻,可以增強師生對祖國的熱愛和自豪感、社會責任感、使命感。物理實驗課是大學生在校期間進行實踐活動的一門重要的課程,它對于培養高素質人才有著不可替代的作用。物理實驗教學是全面培養科技人才和科技工作者必不可少的手段,是物理教學中的重要環節。不僅能培養大學生的觀察能力、想象能力、分析能力、思維能力、動手能力,而且還可以促進學生對其他學科的學習,養成嚴謹的科學態度與求實作風[3].
1 物理學史融入物理實驗教學的必要性
將物理學史融入物理實驗教學很有必要,它是改革傳統物理實驗教育的有益的手段。如果能在實驗中適當插入一些物理學史、科學家小傳、趣聞,引起同學們學習物理知識的興趣和探知欲,拓寬學生的視野,擴大知識面,活躍課堂氣氛。從而激發學生做實驗的熱情,進一步了解物理學科的特點和探究方法;有利于激發學生敢于質疑、善于交流、團結協作、敢于實踐的科學態度,有利于學生創新思維能力的提高,提升課堂教學的實效性。這也是物理實驗教學的根本目的。
物理學是一門實驗科學,物理實驗是物理學發展的基礎。也可以說是"系統工程",它集力、熱、聲、光、電于一體。大學物理實驗作為一門獨立設制的課程,是學生動手、觀察、創造思維、處理數據、總結寫作等綜合能力提高的過程,有著其他課程不可替代的作用。因此不能教條學習,只是簡單地照貓畫虎,測幾組數據。應使知其然,還能舉一反三,循序漸進。要在全學年實驗中,致使綜合能力有全面"質"的飛躍。只有這樣才能真正起到鍛煉實效,這就要求實驗教師在每個實驗過程中積極引導學生的學習欲望。
2 利用物理學史激發學生的興趣
光學是研究客觀世界中有關光現象規律的一門學科,通過大量歷史資料和出土文物的分析研究,充分證明我國古代光學在世界科學技術史中的重要貢獻。當時物理學領域內成就最大的是墨家,它是由魯國的墨翟(公元前480~39年)和他的弟子等所創立?!赌洝肥悄业募w創作成果,它比古希臘歐幾里得(公元前330~275年)"光學"還早百余年,不僅是中國光學的先驅,在世界光學史中也占領先的地位?!赌洝穼獾闹边M律,做出了精辟的記載,認為從物體上發出來的光線,好像箭矢一樣("光之人,照若射"),通過精細的觀察實驗發現,當兩個光源同時照一物,產生本影和半影,還給投影下了一個科學定義:光有所遮擋的地方就是影。墨家根據光的直進律,制成了世界上最早的針孔照相機。在十一、十二世紀間,我國科學家郭守敬根據光學原理制成了各種天文儀器,觀測天象,取得了豐碩成果[4].
在教學中我們感到,上實驗課缺少足夠的時間,應該將實驗儀器的一些改進通過演示,使學生明了其實用與便捷。而我們只能見縫插針,簡單敘述。
例如:在薄透鏡測焦距的實驗中,以前成像的像屏用的是一個噴漆薄鐵片。共軛法測焦距,要求同學們在觀察到大小兩個像,我們說這叫"大像追小像",追的結果是看兩像的中心是否重合,這一步是用成像的方法(細調)驗證粗調是否調好了,是否"同軸等高".為了對比,學生往往在屏上做記號(劃一橫線),時間長了,白色屏被畫得全是橫線,面目全非,很難辨別。新儀器做了巧妙的改進,在一小張硬紙板上,印了坐標,然后用塑料薄膜扎制,既美觀又實用。這一看似簡單的改進,給使用者帶來很大便利。
讓同學們知道,實驗儀器的設計也不是完美的,需要不斷改進、更新,這首先就需要認真觀察,發現不足,提出建議或思路。單擺測重力加速度實驗,這是經典的物理實驗。
單擺不僅是準確測定時間的儀器,也可用來測量重力加速度的變化。第一個發現擺的振動等時性的科學家伽利略,他用實驗求得單擺的周期隨長度的二次方根而變化?;莞怪瞥闪说谝粋€擺鐘,而且第一次記錄到一個耦合的振蕩器觀察。"惠更斯的同時代人天文學家J.里希爾曾將擺鐘從巴黎帶到南美洲法屬圭亞那,發現每天慢2.5min,經過校準,回巴黎時又快 2.5min.惠更斯就斷定這是由于地球自轉引起的重力減弱。英國科學家羅伯特?胡克發明了圓錐擺,是在兩個方向上自由擺動的鐘擺。通過分析擺錘圓周運動,他用它來分析行星的軌道運動。19世紀中葉傅科在巴黎的先賢祠證明了地球的自轉。牛頓則用單擺證明物體的重量總是和質量成正比的。
實驗教師本身應該對所做實驗從實驗內容、歷史背景、儀器結構、儀器調節、儀器維護各環節了如指掌,這樣才能及時解決和解答實驗中出現的種種難點、問題,并迅速應急處理。更重要的是要教會學生遇到問題應該如何面對、怎樣解決。當然教師的知識也不是全方位的,在科學技術不斷進步的過程中,有些問題也可能會出現瞬間"卡殼"的尷尬現象,這就敦促教師應大量查詢資料,不斷更新知識,在教學中學習,提高自己認知能力,從而保障教學質量。
3 存在的問題
(1)對物理學史融入大學物理實驗重視不夠,且不重視學生的邏輯思維及動手能力的培養,形成單純知識灌輸。
(2)沒有特定時間進行物理學史、物理思想的教學,從而導致在實驗課中不系統、不全面,缺乏完整性。
(3)需進一步加強教師對教學的嚴謹態度、拓寬知識面、提升自身素質、提高實驗教學水平。
結論:我校是綜合性大學,對理、工各科、各專業的學生,從開始做物理實驗起,就應有意識地培養他們的觀察、動手、邏輯思維、處理數據、歸納寫作能力。物理學史不但記述了物理理論的發展歷程,再現了物理學家的思維過程,對待科學的態度以及研究物理方法的創新與突破。應引起足夠重視,安排適當的課時進行物理學史教學,因材施教。
并將物理學史適時充分地穿插、融入到物理實驗中,從力、熱、聲、光、電每一個實驗中汲取歷史和現代各種"養分".使學生基本技能、創造思維、科學方法、嚴謹的科學態度等得到全面的發展。
參考文獻:
[1] 候新杰,趙紅枝。物理史與物理教學結合的情況分析及改進建議[J].教育導刊,2006(4):43-45.
[2] 李雙蓓,文曉海,王成立。研究力學史看力學的發展與創新[J].廣西大學學報(哲學社會科學版),2006[S1]:5-8.
[3] 王宏偉。改進物理實驗教學方法提高學生科學實驗基本素質[J].電子技術,2012(1): 67-69.
[4] 周衍勛。中國古代光學的發展[J].陜西師大學報(自然科學版),1977(1):11-13.