借助物理实验深化素质教育的探讨

张 岩 王素红

（信息工程大学 河南 郑州 450001）

实践是检验真理的唯一标准.实验是实践的基本形式之一.作为物理学领域检验真理的唯一标准，物理实验不仅在物理学的发展中发挥着极其重要的作用，而且在培养高素质、创新型人才方面也具有其他课程无法替代的优势.如何利用现有设施，最大限度地发挥物理实验在培养高素质人才方面的优势，下面结合教学实践浅谈几点看法.

1 渗透前沿部分知识培养学员自主学习的意识和能力

物理实验前沿作为物理学领域最具活力的部分，不仅映射了物理学领域正在探索和研究的物理现象和规律，而且反映了物理学领域取得的最新进展.如果在实验课教学过程中向学员介绍前沿部分知识，不仅可以激发学员的学习兴趣，拓宽学员的知识面，而且可以培养学员自主学习的意识和能力.

电荷的测量是一个经典的古老实验，实验的目的是证明电荷电量的量子性，并求出电子电量的大小［1］.但由于实验条件的限制，实验目的从证明改为验证，探索性实验就变成了依据实验指导书进行数据测量和数据处理的模仿性实验，这就极大的挫伤了学员的学习兴趣.为了激发学员的学习热情和主观能动性，在实验课中向学员介绍这个实验的最新进展：近年来，人们根据这个实验的设计思想，利用磁漂浮的方法测量了夸克的电量.而后，让学员在课下利用学校便利的图书馆和网络等资源了解“磁漂浮方法”和“夸克”的相关知识，使学员意识到古老的物理实验仍然具有强大的生命力，对物理学的发展仍具有启发作用，激发他们学习的兴趣和探索未知知识领域的热情.在讲授霍尔法测电磁感应强度时，可以介绍量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应［2］，使学员认识到物理学和物理实验的发展没有终结，从而激发他们献身科学的热情和信心.

实践证明，这样做不仅有利于培养学员自主学习的意识和能力，而且拓宽了学员的知识面，使学员的知识结构更具现代化，有利于学员科学素养的提高.

2 渗透物理理论与物理实验的辩证关系培养学员的辩证思维能力

物理学的基本规律隐藏在自然界之中，随着人们对自然界认识的不断深入，人们对物理现象及其本质的认识也在不断的发展和完善，而物理理论也在实践不断的否定旧假说和旧理论的过程中发展和完善起来［3］.在物理实验教学过程中，向学员渗透物理理论与物理实验的这种辩证关系，有助于培养学员的辩证思维能力，提升学员的科学素养.

1887年德国物理学家赫兹用实验验证电磁波的存在时发现了光电效应，此后很多人对这一现象进行了深入系统的研究，总结出实验规律.而当人们尝试在经典理论的范畴内对这个实验做出合理的解释时，各种尝试都失败了.旧理论的失败往往预示着新理论的创立.1905年，爱因斯坦发展普朗克的能量子假设，提出光子假说，成功地解释了光电效应，并给出光电效应方程.定量数学描述的建立意味着新理论的创立，而一个新的理论创建之后，它正确与否还需要实验的验证.从光电效应方程出发，美国物理学家密立根经过10年艰辛工作，终于在1915年用实验验证了爱因斯坦光子假说是正确的，于是光子假说上升为光子理论.从光子理论的创立过程可以看出物理理论与物理实验互为验证、互为促进、共同发展的辩证关系：新的物理实验否定了旧理论，为新的物理理论的发展指明了方向；新的理论正确与否又需要新的实验检验；于是在新理论的指导下，人们设计出新的物理实验验证新理论；而新的实验正确与否又需要成熟理论体系的验证.

实践证明，在物理实验课中向学员渗透物理理论与物理实验之间的相互验证、相互促进、共同发展的辩证关系，不仅可以培养学员的辩证思维能力，提升学员的科学素养，而且可以使学员意识到事物发展的曲折和复杂，激发他们克服困难的勇气和信心.

3 渗透物理实验的思想方法培养学员的科学思维能力

科学思维是科学活动中的思维，即科学活动中探求事物本质和规律性的理性认识活动［4］.物理实验思想是人们在从事物理实验时的思维活动，是科学思维在物理实验中的具体体现.物理实验方法是在物理实验思想的指导下，从事物理实验活动时采取的手段和行为方式.所以在物理实验教学中向学生渗透物理实验思想方法，有助于培养学生的科学思维能力，提升学生的科学素质.

密立根油滴实验是基础物理实验中一个很重要的验证性实验，它的目标是精确测量电子电量.采取的物理实验思想是将难以测量的量转化为容易测量的量，采用的是间接测量法.根据实验方法的发展历程，可将电子电量的精确测量分为4个阶段.首先爱尔兰物理学家道孙德［5］利用统计求平均的思想，以云雾为观测对象首创测量电子电量的云雾法.其后，英国物理学家威尔逊利用云室进行实验，并将云室置于平行板电容器中，发明了改进云雾法.而后美国物理学家密立根将云室置于强电场中，将观测对象从云雾改为单个水滴，发明了测电子电量的平衡水滴法，使电子电量的测量发生了质的飞跃，极大地提高了的测量精度.为达到精确测量的要求，密立根又利用钟油代替水，发明了平衡油滴法，并最终实现了电子电量的精确测量.而拉伸法测量金属的杨氏模量则是利用光杠杆将对微小形变量的测量转化为对平面镜反射光线转角的测量，属于放大法中的光放大法.

实践证明，在实验课教学中渗透物理实验思想方法使学生认识到，物理实验的发展也是物理实验思想方法的发展，不仅有利于提升学生的科学思维能力，而且对其他课程的学习也大有裨益.

为了深化物理实验的素质教育功能，培养出适应现代化和信息化建设的高素质创新型人才，物理实验教学的改革应是一个持续不断的课题，需要广大物理实验教师的全心投入和相关部门的大力支持.

1 王素红.大学物理实验.北京：国防工业出版社，2011

2 Seongshik Oh.The Complete Quantum Hall Trio.Science.2013.4

3 王素霞.哲学思想在物理教学中的渗透.科技信息，2007（16）：304

4 祁金刚，蓝汛，高允锋，等.科学思维与物理实验思想.长春师范学院学报（自然科学版），2007，26（6）：131～133

5 史志强.油滴实验方法的研究.物理实验，2002，22（6）：29～32