《大学物理实验》教学方法探析

摘要：围绕“如何通过实验教学提高学生解决问题能力这一核心，本文在教学实践的基础上，提出有利于培养学生科学素养、实验思想及解决问题能力的有效教学方法，即重点内容“问题化”、解决问题“方法化”、复杂问题“简单化”、专业问题“通俗化”，简称“四化教学法”。在教学过程中，教师可通过教学方法的改革和实践，使学生在课程学习和实践训练过程中，潜移默化地形成思考问题、解决问题的思路、习惯和方法，从而提高学生解决问题的能力。

关键词：物理实验;教学方法;实验思想;问题解决能力

中图分类号：G427 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）43-0141-02

美国心理学家、哈佛大学教授威廉・詹姆士说过：教育的目的是培养满足各种生活状况的能力。教师是实现教育目的的主体，其责任除了传授知识，更重要的是培养学生的能力。因此，教师如何在教学过程中，围绕“提高学生能力”这一核心采取有效的教学方法，培养学生的素质和提高学生的能力尤为重要。每门课程都有其课程体系和相对应的教学方法。

物理学是一门实验科学，《大学物理实验》课程的目的是利用实验仪器，通过合理的实验设计方案，采用一定的实验方法，让学生通过亲自动手去验证、发现、探究物理学规律，从而巩固所学物理知识，培养学生的科学思维习惯，提高发现问题、解决问题的能力。因此，教师在教学过程中如何培养学生的科学思维，通过课程学习和实践训练，继而提高解决问题的能力，是摆在实验课教师面前的重要课题。本文主要阐述教学过程中教师围绕如何培养学生的科学思维习惯、正确提问和解答，从而提高他们应对不同状况的能力，并取得较好的教学效果。

一、重点内容“问题化”

心理学实验研究表明，提问可以引起注意，不同的问题可以引导人们向不同的方向思考。因此，问什么问题很重要[1]。对于教学来说，每节课都有其重点内容，如何使学生在短暂的时间内尽快掌握其重点很关键。教师在上课前应设计一些覆盖教学重点的问题，让学生回答，引导他们思考，寻找解决问题的答案。

例如，弗兰克赫兹实验的重点是：在理解波尔理论的基础上，通过原子和电子碰撞的方法，实现原子状态的改变，从而在原子状态改变的时刻或者说原子从基态向激发态跃迁的时候测到原子的第一激发电位[2]。为了让学生在有限的课堂时间内抓住实验重点，在讲弗兰克赫兹实验时，教师可要求学生依次回答以下几个问题：（1）实验目的是什么？（2）实验原理是什么？（3）实现原子状态改变方法有哪些？（4）怎样实现电子和原子的碰撞？（5）如何确定电子和原子碰撞的时刻，从而测出原子的第一激发电位等问题。通过一系列的提问，让学生明白：实验目的是测量亚原子的第一激发电位;要想测到第一激发电位，根据波尔理论，必须让原子状态改变（从基态向激发态跃迁）;实现原子状态改变的方法是：让具有一定能量的电子和原子发生碰撞，将能量传递给原子，从而实现原子状态的改变。最终，利用弗兰克赫兹实验仪完成上述过程，实现预定的实验目的。

这会让学生在回答问题时不知不觉地跟着教师设计好的思路思考和解决遇到的问题。整个过程可以总结为：引导性提问―引起注意―关注性思考―寻找答案―掌握重点。经过不断的训练，学生会逐渐养成设问―解答的习惯，抓住问题的重点和解决问题的方法，有助于培养学生的科学思维习惯和实验思想，从而提高其有效解决问题的能力。

二、解决问题“方法化”

提问是为了引起学生对重点问题的注意和重视，方法是解决问题的必经之路，物理实验注重实验方法，实验方法设计巧妙，就能很好地达到实验目的。每一个物理实验，都会有自身的一套实验方法用来测量相关的物理量。在选用实验方法，进行实验设计，编排实验或在实验中进行调节和测量时，具有普遍意义的思想称为实验思想[3]。物理实验课程的教学目的是：通过课程训练，培养学生的实验思想和科学思维习惯，提高解决问题的能力。因此，在教学过程中，如何引导学生主动寻找解决问题的方法，显得十分重要。

比如，测空气比热容比采用绝热膨胀法，电桥测电阻运用对称测量的方式，声速测量采用驻波和行波法，弗兰克赫兹实验采用电子和原子碰撞方法，光电效应采用零电流法等。每种实验不止一种方法，上课时应充分激发学生积极思考，寻找合理有效的实验方法对提高学生解决问题的能力至关重要，有助于提高学生解决问题的能力。

例如，空气比热容比实验。为了让学生自主设计和寻找实验方法，教师可以从空气比热容比的概念出发，引导学生寻找实验方法。空气比热容比又叫绝热系数，对这个量的测量就会在绝热过程中进行。如果要测量这个量，就应构建绝热过程，从而引导学生考虑利用现有实验仪器，思考如何构建绝过绝热过程，寻找实验方法（绝热膨胀过程），进而在绝热膨胀过程中测量P、V、T三个状态量，并将其代入绝热方程求出空气比热容比。三个绝热方程，使用哪个更简单、有效，又易于实现，可让学生选择合理的测量公式，使得整个过程学生一直都在参与思考，寻找解决问题的方法，既可以提高学生兴趣，使其积极参与，也可逐步引导学生思考并寻找解决问题的方法，培养他们严谨的科学思维模式，在遇到问题时，知道首先应从哪些方面入手，如何思考和寻找解决问题的方法。在解决问题的过程中，方法很重要，如果选择合适，会获得事半功倍的效果。

三、复杂问题“简单化”

在预习实验时，由于学生看不到真实仪器，对一些实验方法和实验步骤很难明白，这就需要教师在课堂上把一些看起来比较复杂的问题简单化，以便学生在课堂上容易理解和接受。例如，声速测量。这个实验对大部分学生来说有点儿难，教师不能一开始就讲测量原理和测量方法，而应先从简单的速度概念出发：速度是单位时间内经过的位移，那么声速就是单位时间声波传播的距离，从而引出时差法。或从速度、波长、频率的关系引出声速测量的方法。如果利用声速C、频率f和波长λ间的关系：C=f×λ进行测量，那么其实验设计思路如下：（1）首先产生一种超声波;（2）测出超声波f;（3）测量超声波波长λ;（4）计算声速C=f×λ。再由设计思路出发，为大家讲解如何使用实验仪器产生超声波及其产生原理以及如何测量频率、波长，从而引出驻波法和行波法。

驻波法和行波法在测量超声波的声速时，会有很多学生并不理解它们，认为这两种方法相互独立，没有什么联系。实际上，这两种方法是确定并测量驻波波幅最大时接收器与发射源之间的距离，只是观察量不同而已。两种方法的区别在于：驻波法是通过示波器观察驻波共振时的最大波幅，行波法利用示波器观察驻波共振时两列波合成的李萨如图形，从而确定接收器的位置。所以这两种方法有异曲同工之妙。通过巧妙的设计思路，把声速测量问题进行简化，按照实验思路，寻找实验方法，并把两种方法对比讲解，使复杂问题简单化，有利于学生理解和进行实验操作。

四、专业问题“通俗化”

专业人士有时会高估自己听众的理解力，想当然地认为听众已经理解了常说的专有名词。还有一些教师在讲解时，会把本来很简单的问题复杂化，增加学生的理解难度。比如，直接提问：什么是示波器？它是用来干什么的？一般学生很少能直接简单地回答出来。实际上，示波器是显示波形的仪器，凡是可以转化为电信号的波形都可以在示波器上显示出来，并进行测量。物理实验涉及许多专有名词，如全息照相、示波器、分光仪等，如果能把这些专有名词通俗化，便于学生理解和记忆。例如，全息照相可以说是对物光波全部信息的记录和再现的一种照相技术。全息指的是物体表面发出的全部信息（包括光波的振幅和相位），可以很好地让学生区分普通照相和全息照相，记住全息照相的内容，了解全息照相的干涉原理和再现原理。再如，分光仪是一种分光仪器，进一步理解如何分光和测量波长等原理。因此，专业名词通俗化有助于学生理解和记忆，提高学习效率。

总之，物理实验是一门实践课程，学生在教师的引导下，通过亲自动脑和动手，在实际训练过程中，养成科学的思维习惯和正确的实验思想，寻找合理的实验方法，逐步提高解决问题的能力。教师在教学实践过程中，应始终以提高学生问题解决能力为宗旨，采用有效的教学方法进行教学，可取得很好的教学效果。其基本方法是“四化”教学法：重点内容“问题化”、解决问题“方法化”、复杂问题“简单化”、专业问题“通俗化”。学生通过一段时间的课程训练后，不但能培养出良好的实验思维习惯和提高问题解决能力，还能不断提高应对生活中各种状况的能力。

参考文献：

[1]王滟明，邹简.哈佛积极心里学笔记[M].中国言实出版社，2011.

[2]吴平.大学物理实验教程[M].机械工业出版社，2007.

[3]项红专.物理学思想方法研究[M].浙江大学出版社，2004.