科技创新在物理教学中的渗透

韩万强　刘清秀

[摘 要]文章论述了物理学与科技创新的密切关系,并提出如何在物理教学的各个环节中渗透科技创新的思想。

[关键词]创新思想;物理教学;渗透

[中图分类号]G633.7 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2009)18-0114-02

物理学是揭示物质运动规律的自然科学,科学技术的发展与物理学有着直接的关系,若没有物理基本定律与原理的指导,就不可能有今天人类社会的大发展。

1 物理学的发展与科技创新——科技创新的重大意义

从社会发展的历程看,科学技术的不断创新使人类社会取得了一次又一次飞跃式的发展,使人类的生活发生日新月异的变化,而这些发明创造无一不和物理学的发展有密不可分的联系。18世纪,热力学的发展使得蒸汽机得以发明,从而使整个欧洲爆发了工业革命,19世纪电磁理论的发展使得电力电器出现大发展,诱发了第二次工业革命,到20世纪初,超高压装置、超低温设备、油扩散真空泵的先后发明,为现代创造极端物质材料提供了条件。随着电力和电子技术的广泛应用,出现了各种用途广泛的精确计量的电动装置和电子仪器。自伦琴发现X射线、汤姆逊发现电子以后,相继又有阿普顿质谱仪的发明以及同位素测定、红外线光谱、原子光谱等仪器的产生。30年代发明的电子示波器、电子显微镜,40年代发明的电子计算机等,不但使物理学家可直接观察到电子运动规律和物质结构等微观现象,而且也为生产技术开拓了一条技术研究及自动化控制的新途径。

经济发展,科技领先,当前我国为了积极跟踪世界新科学技术,要努力在电子技术、新材料、新能源、航空航天、海洋工程、通信等领域取得新的科技发展。而这些科技的发展,都是与物理学的应用有着非常密切的关系。

2 在物理课堂教学中树立科技创新的思想——创新人格的培养

2.1 物理学家的创新思想

跟学生讲述阿基米德,牛顿,法拉第,麦克斯韦,普朗克,爱因斯坦等大物理学家们是如何发现新的物理规律,如何创造出新的物理思想,了解一些理论如何经历失败和成功的磨砺,为捍卫哥白尼日心说而舍身成仁的布鲁诺。伟大的科学家伽利略,为科学、为真理奋斗了一生,受罗马宗教裁判所二十多年的残酷迫害直至双目失明,可是他一直没有放弃自己的科学研究工作,在他的内心里始终坚持追求科学需要特殊的勇气。自学成才的安培提出分子电流假说,为电磁理论的发展做出了突出的贡献,被誉为电学上的牛顿。还有当今在世的最伟大的科学家之一霍金身患绝症,在完全丧失语言能力情况下仍然创造性地提出了宇宙起源以及黑洞的蒸发等著名理论。这样的实例比比皆是,可以说每个物理定律定理的诞生都有着一段曲折的历史。并且,要为学生渗透理想化、极限化的方法,让学生明白物理模型对解决实际问题的作用,比如质点模型、刚体模型、弹簧振子、理想流体、理想气体模型等,让学生学会根据现象进行科学推理的方法,从而渗透了创新性的思维。

2.2 设计问题,激发质疑,鼓励猜想

重视设计引导学生的学习活动,不断激励学生,把问题作为教学的出发点,例如在讲授质量的操作型定义时,提出怎样确定质量跟速度的改变的关系。通过多媒体演示实验让学生观察气垫桌上两个物体碰撞前后的变化,让学生思考如何确定质量。为什么要先规定质量的单位,再确定数值。讲授电磁感应定律时,先根据学过的知识提出问题:电与磁到底存在怎样的关系。让问题贯穿教学过程的始终,最后让学生自己总结。另外,不但教师要善于向学生提问,还要鼓励学生产生质疑,激发他们思想的火花,比如在讲多普勒效应时,学生提出:如果人行走的速度大于声传播的速度,那对面来人跟你说“你好啊”,你听到的是什么呢?在讲到电动势的时候,学生提出:可不可以制造水电池来节省能源?制造一种可控的电源充电器,制造一种新型的发光材料等,他们在知识的学习中会不断有新的想法冒出来,这种创新思维正是我们要找的。

2.3 查阅资料,咨询专家,解决疑问

对于相关的教学内容和学生提出的疑难问题可以借助互联网,咨询相关的专家来解决,比如学生提出“宇宙万物是由一种‘激子组成的”,这样可以按他的理论解释很多现象,到底这种理论对不对呢?我们可以通过发帖的形式去网上咨询专家,还有,有的同学提出的各种发明创造设想是否在其他地方已经有了相关的产品了呢,等等,这些我们都可以通过网络搜索解决。

3 在物理实验教学中锻炼科技创新的能力——创新个性的锻炼

3.1 加强设计性实验内容

重在科研能力的训练和创新思维的培养,学生可以在教师的指导下自己设计实验方法和实验步骤,或者更深一层自己设计实验题目,这些都可以加强创新性的锻炼。比如在进行“牛顿第二定律的验证”实验时,20个实验小组就有8套不同的实验方案,有4种方案是在气垫导轨上完成的,另4种方案是在自己设计的斜面上安装小车完成的,通过数据记录结果分析考虑一定的误差实验都取得了很好的实验效果。在“测量重力加速度”实验时,学生们也设计了几种不同的实验方法。

3.2 鼓励学生对实验仪器及实验方法的改进

实行两人一小组,10人一大组,讨论实验方法及实验过程,记录在实验中遇到哪些问题,找到问题产生的原因,如何消除系统误差和减小随机误差。每个实验计划学时3课时,实验预习在课外完成,实验讲解与指导大约需要半小时,其余时间由学生自己安排。学生在做“单摆实验和扭摆实验”时提出:计时系统是否可以由人工计时改为计时器计时,在“测量液体黏滞系数”实验中,有的同学就提出计时系统也不可靠,还有摩擦损耗太大,应对仪器进行改进。在“刚体转动”实验中,同样提出了计时方法的缺陷,这个问题引起了我们的重视,于是我们进行了研究,并在学校申请了专门的科研创新基金进行立项研究如何改进。

3.3 开设自制实验教学仪器专题

利用自制教具课培养学生的科技创新素质,编写相关的教材,设置有关的专题,开设至今,已经先后研制教具一百多种、七百多件,绘制教学挂图三百多张,其中研发的教具有六项获得省级奖励,三项获得专利,彭大明、李小林等人发明的“智能电话报警器”获2007年河北省大学生科技竞赛二等奖,2005年石家庄学院物理实验中心被省教育厅和省发明创造协会等部门评为优秀发明创造单位。

4 在物理课外活动中体验科技创新的成功——创新平台的搭建

利用科技发明与创造比赛让好的创新项目得以展现,建立多项科技创新基金,完善保障机制。比如设立科技制作与发明竞赛,建立创新实验项目科研基金等。例如近几年我系刘少飞等42名同学申报了15项大学生基金资助课题,2003年学生秦刚主持的课题获得省级一等奖,学生刘杰主持的课题获得省级二等奖。这些都说明只要给学生提供展示的平台,他们就可能创造出非凡的成绩。

参考文献:

何裕德.物理学与现代科学技术发展[M].北京:中国劳动出版社,1994.

[收稿日期]2009-04-27