大學(xué)物理教學(xué)中創(chuàng)新能力培養(yǎng)的三個(gè)途徑

董梅峰 宋新祥

(中國石油大學(xué) 山東 青島 266555)

大學(xué)物理中所有物理規(guī)律的得來可以總結(jié)為以下三種：第一種通過做實(shí)驗(yàn)直接得到物理規(guī)律；第二種由已有的規(guī)律出發(fā)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)得到新的物理規(guī)律；第三種通過“假設(shè)”得到新的理論.下面就物理規(guī)律得出的途徑不同分別進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，通過不同的教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生科研創(chuàng)新所需的各方面能力.

1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)的能力培養(yǎng)

物理學(xué)從某種意義上講可以說是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，物理規(guī)律的由來大多是由實(shí)驗(yàn)而來，而實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)是科學(xué)研究所必須具備的.

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)

由此可見，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析能不能得到物理規(guī)律，指導(dǎo)思想是非常重要的.再比如，在“電磁感應(yīng)定律”章節(jié)中，實(shí)驗(yàn)研究得到了法拉第電磁感應(yīng)定律后可以穿插以下內(nèi)容：

電磁感應(yīng)定律是由科學(xué)家法拉第于1831年8月29日通過實(shí)驗(yàn)得到的實(shí)驗(yàn)規(guī)律.而在1831年之前有許多科學(xué)家從事該領(lǐng)域的研究，也做了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，其中1823年,瑞士物理學(xué)家科拉頓(Colladon,1802～1892年)曾企圖用磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)獲得電流,他用一個(gè)線圈與檢流計(jì)連成閉合回路,為了使磁鐵不至于影響檢流計(jì)中的小磁針,特意將檢流計(jì)放在隔壁的房間里,用磁棒在線圈中插入或拔出,然后一次又一次跑到另一房間里觀察檢流計(jì)是否偏轉(zhuǎn),未能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象.該實(shí)驗(yàn)看來比較令人遺憾，如果當(dāng)時(shí)科拉頓發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，那么電磁感應(yīng)定律就早8年得出了.但仔細(xì)分析一下科拉頓實(shí)驗(yàn)失敗的直接原因是其指導(dǎo)思想的錯(cuò)誤，他認(rèn)為感應(yīng)電流有保持，在這個(gè)錯(cuò)誤的指導(dǎo)思想下當(dāng)然得不到科學(xué)的物理規(guī)律.

總之，實(shí)驗(yàn)之前要有扎實(shí)的理論思想做指導(dǎo)，指導(dǎo)思想的正確與否可直接導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成敗.通過以上講解可培養(yǎng)學(xué)生分析問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的能力.

1.2 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果在結(jié)果中發(fā)現(xiàn)問題的能力培養(yǎng)

即

公式說明感應(yīng)電荷與磁通量的變化量成正比.以上就是設(shè)計(jì)沖擊電流表的原理，在1822年科學(xué)家安培用此原理設(shè)計(jì)出了沖擊電流表，但并沒有給出電磁感應(yīng)定律，如果他細(xì)心地分析下去就會(huì)發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，而他錯(cuò)過了發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的機(jī)會(huì).通過以上講解使學(xué)生意識到在科研過程中養(yǎng)成良好的科研分析總結(jié)能力的重要性.

1.3 實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)學(xué)生不怕失敗的精神

例如,法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象并不是偶然的機(jī)遇，他進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的過程也不是一帆風(fēng)順的，其堅(jiān)持做了10年之久的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，在這期間經(jīng)歷了無數(shù)次的實(shí)驗(yàn)失敗，但扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和不怕失敗的精神使他堅(jiān)信“既然電能生磁；反過來磁也能生電”.通過以上講解讓學(xué)生在科學(xué)研究過程中培養(yǎng)不怕失敗的精神.

2 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)的能力培養(yǎng)

由已有的科學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)可以得到新的物理規(guī)律，這就需要具備扎實(shí)的物理和數(shù)學(xué)基礎(chǔ).

比如，在教學(xué)中推導(dǎo)得到靜電場高斯定理時(shí)，中間經(jīng)歷了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，同時(shí)也可以指出高斯是一名數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家，當(dāng)時(shí)他的數(shù)學(xué)很好，享有“數(shù)學(xué)王子”之稱，所以其能通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)得出了靜電場的高斯定理.通過以上講解可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)能力.

3 敢于突破傳統(tǒng)觀念提出自己見解的能力培養(yǎng)

當(dāng)已有的理論解釋不了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，就需要科學(xué)家敢于突破傳統(tǒng)觀念的束縛，大膽地提出自己的見解，從而形成新的物理理論，也就是現(xiàn)在物理學(xué)中的假設(shè)理論.

4 總結(jié)

以上通過相關(guān)的實(shí)例介紹了如何在大學(xué)物理教學(xué)中設(shè)計(jì)課堂培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力.同時(shí)在教學(xué)中也要結(jié)合教學(xué)章節(jié)與前沿知識的聯(lián)系，給學(xué)生提供不同的當(dāng)代物理研究的熱門科研方向，供學(xué)生選擇并在教師的指導(dǎo)下深入研究，從而使學(xué)生萌發(fā)科學(xué)研究的想法.例如,在大學(xué)物理中固體物理的“量子理論和激光”章節(jié)中，與激光有關(guān)的當(dāng)代研究領(lǐng)域比較多，可以給學(xué)生指出幾個(gè)方向供有興趣的學(xué)生選擇研究，比如,激光測量方面的研究、激光器的研究、激光武器的研究、激光通信等等.通過類似的指導(dǎo)，可以激起學(xué)生課余時(shí)間進(jìn)行科學(xué)研究的興趣，并且給學(xué)生提供了一個(gè)科學(xué)研究的方向.

另外，在教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際當(dāng)中，給學(xué)生提供實(shí)習(xí)的機(jī)會(huì).利用大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的條件，指引學(xué)生用所學(xué)的物理知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)儀器，從而培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力.例如,在大學(xué)物理波動(dòng)光學(xué)部分引導(dǎo)學(xué)生利用光的干涉，可以測量微小物理量的特點(diǎn)動(dòng)手設(shè)計(jì)相關(guān)的演示實(shí)驗(yàn)儀器，可以更好地培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力.多年來在教學(xué)中不斷地嘗試設(shè)計(jì)旨在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的課堂教學(xué)，已取得了良好的效果.

參考文獻(xiàn)

1 賈瑞皋.大學(xué)物理教程(上、下冊).北京：科學(xué)出版社，2009

2 郭奕玲，沈慧君.物理學(xué)史.北京：清華大學(xué)出版社，2006