大学物理实验中发散思维的引导与训练

马 冲，程永进，郭万里

(中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

大学物理实验中发散思维的引导与训练

马 冲，程永进*，郭万里

(中国地质大学(武汉)，湖北 武汉 430074)

发散性思维是创新能力的基础。大学物理实验是理工类学生最早接触的实验，在分析现存物理实验教学模式存在问题的基础上，将发散性思维训练作为大学物理实验课堂的目标之一，提出了课堂发散性思维训练的三种方式。最后通过某个具体的物理实验，对实验教学中的发散思维训练内容及过程进行了说明。

思维发散；大学物理实验；实验教学

大学物理实验是理工类学科学生必修课程之一[1]，对于学生动手能力的提高、科研素质的训练以及理论联系实践的深刻认知都有重要的影响，对于学生以后的学科专业性实验以及参与科研试验工作都具有重要的指导意义[2]。但是由于大学物理实验自身的局限性、实验教学模式陈旧以及学生不积极不主动等众多因素的影响[3]，在新一轮的教学改革中，大学物理实验面临被削减甚至被舍弃的尴尬局面。因此，如何改变大学物理实验课程模式，提高教与学的质量，训练和提高学生综合素质显得尤为重要。

发散性思维是人类重要的思维方式之一，顾名思义，就是指“立足一点、四面开花”，立足于解决某一问题，多方面多角度的考虑，将思维发散到更加广泛的空间。发散性思维对于提高学生的能力、丰富学生的想象力具有重要意义[4]。

本文在审视大学物理实验课程教学不足的前提下，将发散性思维训练引入课堂教学中，力求在教与学的过程中不再单单针对特定实验，而是引导学生总结实验方法和心得，运用发散性思维试着解决其它实验或学习生活中的其它问题。通过对大学物理实验中一个典型实验介绍，来阐明实验教学中学生发散性思维的训练方法及意义。

1 当今大学物理实验教学中存在的主要问题

1.1 “按部就班”的教与学

传统的大学物理实验教学过程主要包括四个步骤：学生预习、老师讲解实验原理、教师演示实验过程、学生独立完成实验等。看似正常合理的教学模式其实隐藏着很多问题。实验理论的提出及推导忽略；学生预习演变成袭实验指导书；学生的实验过程变成机械的重复教师的演示操作过程；实验数据的处理模块化，学生缺乏独立思考和数据分析的锻炼。总之，按部就班的教与学限制了教师授课自由发挥的空间，同时也难以激发学生实验兴趣，从而失去了物理实验的特色所在。

1.2 操作程序化、学生僵尸化

随着科学技术的发展，用于教学的仪器电子化程度和自动化程度都越来越高，许多仪器甚至于学生在不了解实验原理的情况下，按照操作步骤进行简单的初始化设置、运行，便可以得到很好的实验结果。而对于仪器内部的工作原理以及实现的方式引不起足够的重视，甚至于有些实验教师也对仪器的工作原理搞不清楚。因此，简单、无意义等也逐渐成为越来越多学生对大学物理实验课程的评价。程序化的操作步骤、僵尸化的动手过程必将成为限制学生思维发散能力的罪魁祸首，如此，大学物理实验不仅不能扩宽学生的视野和思维发散渠道，相反的，会对学生尤其是工科类学生的以后的科研工作产生不利影响。

综上可知，大学物理实验的改革，不能单单体现在实验项目数目的增加和新的实验仪器的开发方面。在原有实验内容的基础上有意识的去培养学生思维发散能力，对实验方法和经验进行总结升华，才是大学物理实验改革的核心所在。

2 实验教学中发散思维的训练

传统课堂教学模式为学生被动的接受知识，缺乏独立思考的训练，对学生学习的主动性和兴趣性都存在不利影响。培养学生作为主体去学习的意识，强化教师充当指引着和辅助者的角色，是发散性思维训练的基础。

(1)基础理论知识透彻的理解

脱离理论知识的发散思维训练必将是大学物理实验的指导书往往因为篇幅原因，对实验原理方面的介绍都较为简单，造成学生只重视实验的操作，认为只要操作成功测得数据就算完成了任务，而忽略了理论去指导实践，通过实践来理解理论的试验意义。因此，教师授课时要将实验原理的重要性给学生讲清楚，鼓励学生查阅相关资料，深刻理解理论内涵。只有透彻的理解了理论知识，在实验操作中才能多思考，更加能够举一反三，根据自己的理解去丰富实验内容。

(2)教师的积极引导

思维发散训练离不开教师的指导，这就对物理实验指导老师提出了更高的要求。在准备实验过程中，教师更要准确把握实验主旨思想和内涵，在讲授实验教材要求的基本内容的基础上，积极引导学生思考，比如用一个实验的实验原理，去解释实验内容之外的物理现象。教师还要善于从实验教学工程中总结一些规律性的原理及方法，鼓励学生去切身实践体验，比如在使用任何仪器进行测量的时候，一般都要遵循“先粗调再细调”的调节方法，并举例物理实验中常见的仪器进行说明，建议学生在以后的学习科研过程中使用仪器要遵循这一原则。

(3)交流与讨论

交流与讨论的过程是思想碰撞的过程，是激发灵感、丰富知识的重要途径。“取人之长，补己之短”，他人的思想与见解、思维过程以及处理问题的方式方法对个人来讲都是不可多得的经验。取人之长，并经过加工成为自己的知识储备并灵活调用，发散自己思维，寻求解决问题的多重途径。

3 实例说明

根据大学物理实验中代表性的实验—金属杨氏模量测量实验，通过介绍不可测量物理量的处理方法，介绍引导学生进行思维发散训练的过程和方法。

(1)基础理论

金属杨氏模量的测量实验，是通过在金属丝下方悬挂砝码测试金属丝的伸长量，进而实现对杨氏模量的测量，根据虎克定律，本次试验的实验原理可用下式表示[5]：

式中，F为拉力大小，通过砝码质量便可测得；S为金属丝的横截面积，可通过游标卡尺对金属丝直径测量实现；L为金属丝原长，由实验室提供；ΔL为在力F的作用下金属丝的伸长量；E为金属的杨氏模量。

由上面介绍可知，除ΔL外，其余各个物理量都可直接测量。ΔL是伸长量，由于金属的刚度较大，肉眼看不出金属丝的变化量，但可以将其比作橡皮筋的拉伸，使得学生更加直观的了解杨氏模量E的物理意义。

本实验是通过将微小物理量放大的方法，运用光杠杆的方式实现对不可测量物理量ΔL的测量。光杠杆原理图如图1所示。

(2)发散性思维的引导

限于篇幅，本节对光杠杆测量过程不予介绍，相关原理可参考相应实验指导书。本文仅仅对一个简单实验体现出来的实验思想进行介绍并引导学生进行思维发散训练。

本实验对微小量ΔL主要从两个方面进行放大，一是根据光的反射原理：入射角偏转θ，则反射光线偏转2θ；二是根据相似三角形定理，根据对应边成比例来对小三角形的未知边长进行放大处理。本实验主要体现的实验思想是如何实现对微小物理量的测量。

实验教师在授课过程中可提出，曾经有个物理学家为了测量一个很重要的物理量也运用了光学原理对物理量进行放大的方法，这就是著名的卡文迪许扭秤实验。随后，教师可对扭秤实验过程和原理进行简要介绍。然后，可对大学物理实验中其它体现这一思想的物理实验项目进行说明，鼓励学生主动去了解和实践，或者要求学生在做过的物理实验中总结出体现这一物理实验思想的实验项目。

图1 光杠杆原理图

(3)分析和讨论

实验完成之后，要求学生结合自己的专业方向和生活阅历，分小组讨论微小物理量测量的实例；鼓励学生发散思维，寻找其余的测量微小物理量的方式，比如间接测量法。间接测量法也是重要的物理实验思想之一，其主要过程就是，建立待测量(微小量)与其它易测物理量之间的关系，通过对易测量的测量反算出待测量的值。

4 结 论

本文将发散性思维的训练引入大学物理实验教学中，提出了实验教学中发散性思维训练的三种方式，即基础理论的透彻理、教师的积极引导、学生的自由讨论。最后以金属杨氏模量的测定为例，对三种发散思维训练方式进行了例证说明。

[1] 谢丽莎.大学物理实验教学改革的研究[D].合肥工业大学，2009.

[2] 许森东，冯元新，李祖樟.大学物理实验教学内容与方法改革探讨[J].大学物理实验,2006(19): 77-79.

[3] 李永涛，毛巍威，刘猛洪,等.提高大学物理实验教学质量的思考[J].大学物理实验，2013(26)：117-119.

[4] 张大钧主编.教育心理学[M].北京：人民教育出版社，1999:6-8.

[5] 王希成，罗中杰主编.大学物理实验[M].北京：清华大学出版社，2014:72-83.

Guiding and Training of Divergent Thinking in College Physics Experiment

MA Chong,CHENG Yong-jin,GUO Wan-li

(China university of geosciences,Hubei Wuhan 430074)

Divergent thinking is the foundation of innovation ability.College physics experiment is the first kind of experiment of science and engineering students.The training of divergent thinking is one of the goals of the college physics experiment class.Three ways of training the divergent thinking in the classroom are put forward and based on the analyzing the existing problems of the existing physical experiment teaching mode.Finally,the content and process of divergent thinking training in experimental teaching are explained through a specific physical experiment.

divergent thinking；college physics experiment；experimental teaching

2016-06-24

中国地质大学(武汉)实验技术研究项目(SJ-201625);中国地质大学(武汉)教学研究项目(2015A32)

1007-2934(2016)06-0124-03

G 642.0

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.006.034

*通讯联系人