浅谈大学物理实验教学课堂思政——以液体表面张力系数的测量实验教学为例

胡睿佳

（湖南科技大学物理与电子科学学院，湖南 湘潭 411100）

0 引言

在教育部向全国高校印发的《高等学校课程思政指导纲要》中强调课程思政建设要在所有高校、所有学科专业全面推进。《纲要》中要求所有高校和教师都要将课程思政建设内容有机融入课程教学，并努力拓展课程思政建设的方法和途径[1]。大学物理实验课是所有理工科学生必须掌握的一门课程，是一门以学生为本，注重基础性、实践性和探索性有机结合的课程，大学物理实验课程要注重学思融合、知行统一，培养学生敢于实践的胆识、勇于探索的创新精神和善于解决问题的能力。本文以液体表面张力系数的测量实验为例，探究如何将思政课程融入大学物理实验课程中。

1 课程教学过程

1.1 从课程引入中深挖思政元素

好的课程导入能起到抛砖引玉的作用。对于液体表面张力系数的测量实验的引入可以用物理学史，特别是运用中国古代物理学的相关知识。宋代张世南的《游宦纪闻》卷二中,曾描述过一个试验桐油质量优劣的办法。他说：“验真桐油之法，以细蔑一头作圈状，入油蘸。若真者，则如鼓面鞔圈子上。渗有假，则不着圈上矣[2]。”用竹篾圈检验桐油质量的方法，虽记录在这本书上，但是在这之前人们已经在应用了。这种方法的原理就是利用液体的表面张力，桐油的表面张力使它附着在竹篾圈上。但是如果液体里含有杂质则会影响张力的大小，杂质越多，张力则越小。所以，如果桐油里含有较多的杂质，降低了桐油的表面张力大小，那么它就不会在竹篾圈上形成一层鼓面状薄膜，根据这一现象从而鉴别出桐油质量的优劣。根据这些记载说明当时人们在生产实践中已经掌握了有关表面张力的科学知识。现在高校里向学生们展示表面张力现象时所用器具，其实也是一个圆圈，只是一般人不用竹篾而是用铁丝制成的而已。通过介绍中国古代研究液体张力的相关知识，这不仅可以使学生更深刻地理解液体张力的本质，还可以培养学生的民族荣誉感和爱国主义情感。

1.2 从原理讲解中渗透思政元素

在讲解液体表面张力系数测量实验的原理时重点就是理解将环在脱离液体表面那一瞬间所受的张力的测量，转化成力敏传感器电压的测量。即把力学量转换成电学量的测量，这里运用了物理中常见的转换法。所谓转换法，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。在介绍转换法时，可以介绍科学家使用转换法做研究的例子。比如，两千多年前，希腊著名物理学家阿基米德在研究怎样确定王冠的含金量时，从洗澡时浴缸向外溢水的现象中得到启示，在研究物体在液体中所受浮力的变化规律时，可以将物体受的浮力的测量转化为物体排开水的重力的测量。根据阿基米德的思维方式，人们能够想到一种解决问题的方式，当难以直接处理或解决某一问题时，可以把这个困难问题转化为人们熟悉的另一种问题去处理，这样问题就容易解决了。这样的思路可以运用到学生在平时学习和日常生活中，如果遇到困难，同样要求我们主动面对困难、广开思维、培养间接解决困难的思考方式，并坚信办法总比困难多。

在讲解原理时，还可以结合课程内容，向学生介绍一些前沿科学研究。比如，在讲解液体张力时加入A.T.Oratis和J.W.MBush等人在二〇二〇年发表于《Science》上关于黏性泡沫的倒塌机理的最新成果，该研究工作中指出了黏性泡沫倒塌时所产生的褶皱，既不取决于重量，也不取决于气孔的存在，而压缩液体的表面张力和动态应力，才是气泡行为和产生起皱不稳定性的主要驱动机制[3]。这些前沿研究的介绍有助于拓宽学生视野，提升学习兴趣，为学生以后进一步学习物理前沿知识作铺垫，帮助学生树立正确的、完善的科学观。

1.3 从实验操作中领略科学情怀

在液体表面张力系数的测量实验中，由于测定的是环离开液面后那瞬间引起的张力大小，所以有较大的偶然误差。为了减少偶然误差，教师要求学生通过反复的测量求平均数。在这个过程中，使学生们感受到科研人员为了保证实验的正确性，而重复实验成百上千遍的执着的探求精神、严谨细致的分析精神和求实求真的科研精神，使学生们领悟到科学必须是客观的、现实的和实事求是的。爱迪生因为家里的贫穷，仅念过三个多月的学。但他自幼喜欢科学，刻苦钻研，醉心于创造发明，他这一生的发明多达一千三百二十八种，因此人们称他为世界发明大王。爱迪生的成功不但靠他聪颖智慧，还靠他辛勤的科研探索。比如为了发明电灯，他做的笔记就有二百本；为寻找适合的灯丝，他尝试了六千多种纤维材料，先是用了铜丝、白金丝等一千六百多种金属材料，还尝试过头发和各种各样的竹丝，但是都失败了。可是爱迪生没有放弃，最后终于选中了日本的一种竹丝，经过燃烧炭化后，成为最初的灯丝。正如他自己所说：“发明是百分之一的灵感加上百分之九十九的血汗。”第一位获得诺贝尔科学奖的中国本土科学家、第一位获得诺贝尔生理医学奖的华人科学家屠呦呦，是中国科学界的骄傲，是所有中国人的骄傲，可是她成功的背后是她多达190次失败的艰辛，甚至付出的是健康的代价。这些科学家的故事让学生明白所有的成功都不是偶然的，是日积月累，是厚积薄发，是锲而不舍，是来自不倦的努力和奔跑。

在液体表面张力系数的测量实验中，要测量环脱离液面那一瞬间的电压值比较困难，因为只要环一脱离液面，电压值就会突变，并且会不断变化。有些学生为了更准确地找到那一瞬间的电压值，使用手机录像，将电压的变化录制下来，做完实验后再通过反复观看录像，找到那一瞬间的值。这里甚至可以鼓励学生对实验仪器进行改进，比如将压力传感器装置和计算机结合，用计算机直接采集张力的变化值和处理数据，这样提高了实验的可视化和自动化程度，不仅使学生更直观地观察到力的变化过程，而且还提高了实验准确性。俗话说，授人以鱼不如授人以渔，在实验教学中培养学生善于发现问题、勤于思考问题，敢于动手解决问题的能力才是最重要的。

1.4 从数据处理中培养创新能力

本实验中力敏传感器灵敏度K值的计算、待测量标准偏差的计算和不确定度合成的计算都比较复杂。可以鼓励学生用matlab或excel作最小二乘法拟合，用智能网络版本的“统计计算器”软件做计算。同时引导学生针对一组数据选用不同的方法进行处理，这样不但可以使学生学习处理数据的不同方法，同时还可以训练学生的创新能力。通过对比不同的方法，锻炼学生的发散思维与批判性思维。要求学生处理数据后，准确表达实验结果然后分析和讨论误差。通过剖析误差形成的原因，思考探究如何减小误差或者抵消误差。通过这些操作，学生的发散性思维、批判性思维和直觉思维等都得到有效培养，最终实现提高学生创新力的目的。

1.5 从平时成绩中强化素质教育

大学物理实验课程平时成绩的考核不能仅仅局限于课堂操作或实验报告中，还应该体现在实验仪器设备的整理、实验室环境卫生的维护和清洁、学生的文明纪律、是否准时到课等多方面。在平时成绩的考评之中注重学生的这些表现，让学生在掌握知识的同时，也养成了科学的实验习惯和良好的科学品格。在测量液体表面张力系数时要用到水，实验后为避免水的浪费，可以在教室放置几盆绿植，要求学生把用过的水集中起来用于浇花或者打扫卫生。这样既可以提高学生的节约用水的意识，又可以培养学生的绿色环保意识。

2 结语

大学物理实验教学中蕴含着许多思政教育的元素。这需要教师有较高的素养，因为老师既是整个课堂思政教育过程的实践者，也是整个课堂思政知识内涵的挖掘者和设计者，所以老师自身的科学思想水平、政治觉悟、道德修养都深深影响着学生的知识、能力和价值观的养成。正所谓，“教有法但无定法，贵在得法”，怎样更好地将“课程”和“思政”有机相融甚至化合，在课堂中真正达到“润物细无声”的教育实效，还需每一位物理实验老师进一步地钻研和探索。