逍遥学能 2017-02-08 13:56
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的巧妙构思，是一代人甚至几代人智慧的结晶。教师要对学生介绍物理学史上有着重要地位的实验及其设计思想，这些实验设计之巧妙神奇令人赞叹不已，这些经典实验中蕴涵的朴素而深邃的思想，至今仍闪烁着光芒。例如库仑得到库仑定律的扭秤和电摆实验，卡文迪许的万有引力实验，法拉第的电磁感应实验，迈克耳孙和莫雷的以太漂移实验。
21世纪是科技飞速发展的时代，所以物理实验应该是被新知识、新技术不断填充的开放体系。因此，教师还要适时地把传统的思想方法在现代科研和生产领域中的应用情况介绍给学生，使学生开阔视野，启发思维。例如在当今科研尖端领域广泛应用的扫描近场显微镜，对传统的光学分辨极限产生了革命性的突破，传统的光学镜头被光学探针替代，可以探测到样品表面的纳米光学信息，而它的基本原理就是光学放大法。当然，要在教学中做到温故知新，对教师的素质将提出更高的要求。教师要不断学习，始终关注科学的发展动向，紧跟科技进步的脚步，不断更新自己的知识结构，使自己的专业水平和业务能力达到一个更高的层次。伟大的教育学家陶行知说过：“要想学生学好，必须先生学好。唯有学而不厌的先生才能教出学而不厌的学生”。教师只有具备了扎实的专业知识和精湛的实验技能，才能在讲课和指导学生时做到游刃有余。但不管是回顾历史还是面向未来，教师都要根据课堂教学的实际情况和学生的学习基础，灵活把握，不能和教学内容游离脱钩，生搬硬套，增加学生负担。
4 在实验报告中，适当增加物理实验思想方法的内容
在传统的实验报告中，都是数据处理“唱主角”，很少涉及物理实验思想方法。学生对物理实验的思想方法也很少去思考。要改变这一局面，可在实验报告中，适当增加物理实验思想方法的内容，并将其纳入到最后实验的成绩考核中。这样，才能引起学生的重视，注意平时思考、总结和积累。每次实验后，教师要让学生把实验中有关实验方法的发现、领悟、理解以及疑问都总结在实验报告的讨论部分中。这是学生进行探究性学习的开始，将为他们以后做好设计性实验打下良好的基础。同时，学生的讨论和总结也给教师提供了及时的反馈信息，教师可以了解真实的教学效果，以便进一步改进工作。
5 指导学生运用基本的思想方法，改进原有实验和开设设计性实验
当学生对物理实验的基本思想方法有了一定的认识时，教师就可以有目的地引导学生在实验过程中运用这些思想方法。这里提出两个有效的办法，一是让学生对现有实验中存在的问题进行分析和研究，进行改进。二是开设设计性实验，由实验室提出实验题目，学生自行制定实验方案，选择仪器设备，独立完成实验。我们一方面要告诉学生，选择或判断实验方案的好坏应从物理原理的完善性、计算公式的准确性、实验方法的可行性、实验操作的便利性、实验装置的经济性、仪器精度的局限性、误差范围的允许性等多方面认真考虑，综合分析。不管是改进原有实验还是进行设计性实验，都是多种知识和多种能力的综合运用，从好的思想方法到落实最佳实验方案之间是有一定距离的。另一方面，我们也要考虑到，每个学生的具体情况是不同的，因此教师一定要结合学生的实际情况，扎扎实实地开展工作。要摸清学生的理论基础、动手能力、教学期望等，立足学生的现实条件，切不可脱离实际，拔苗助长。对基础较差、学习有困难的学生，可引导他们分析、思考已经做过的实验，以改进现有实验为主，逐步培养科学素质。对基础较好、求知欲较强的学生，可以给他们布置一些带有研究性质的实验题目，让他们自行查阅相关资料，自行拟定实验方案，在实践中进一步提高科学素质。
总之，素质教育需要全体教师的共同努力。我国最新的基础教育课程标准提出了“三维教学目标”，即“知识与技能，过程与方法，情感、态度与价值观”，这是素质教育在课程理念中的集中体现。广大教师要树立教育新理念，充分认识物理实验的思想方法的重要性，把素质教育落在实处，培养出适应时代发展要求的高素质人才。