掌握学法·实验——窥探自然的眼睛

本抄录摘自《怎样科学地学习》，著作者狄玫，感谢作者允许抄录共学!

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实验对现代科学技术有着愈来愈重要的地位，在现代教学中也有着越来越重要的作用。

科学实验既是产生理论的源泉，又是检验真理的标准。科学实验，是人类认识自然、改造自然的一种基本活动。正如恩格斯所说：“自然科学和哲学一样，直到今天还完全忽视了人的活动对他的思维的影响，它们一个只知道自然界，另一个只知道思想。但是，人的思维的最本质和最切近的基础，正是人所引起的自然界的变化，而不单独是自然界本身;人的智力是按照人如何学会改变自然界而发展的。”掌握了科学实验的方法和技能，就好比给我们安上了一双窥探自然的眼睛。

现代科学的迅速发展，材料的改变，产品的更新，技术的改进，经常给科技工作和生产部门带来大量新任务、新课题。一个工程技术人员靠熟悉一套工艺规程、一套设计方法就可以对付工作的时代可以说一去不复返了。设计人员、工艺人员、研究人员、管理人员之间的固定界限，正在大规模范围内消失。科学实验的任务，摆到了各类科技人员的面前。过去，没有实验研究就要落后，今天，没有实验研究，已很难进行日常的科技工作。

科学技术的迅速发展，也给科学实验带来了许多新的特点。实验设备更加精密、综合、大型、自动，使用着科学技术中最先进的成就，实验理论由古典的单因子实验、数学统计、直觉选择、试错等方法，逐步为数学模型、计算机模拟、最优化理论所代替，自动控制、自动检测、计算和分析等技术引入科学实验，提高了实验的“纯度”、速度、自动化程度，实验科学在许多学科领域，已发展成为独立的分支，例如原子物理、粒子物理都已分为理论物理和实验物理两大分支。科学实验和生产的紧密联系，互相促进，使实验具有生产化的特点，而生产又一时一刻也离不开实验，等等。

实验在科学技术中的重要地位，决定了它也是高等理工科院校极为重要的教学环节。实验课的教学时数，约占总学时的15~20%。实验课的教学目的是：(1)验证和巩固所学的知识。把通过书本得来的间接理论知识建立在直接经验的基础之上，(2)进行实验方法的训练。从确定实验目的、方案，制订实验过程、步骤，选择实验材料、设备，直到整理实验数据、分析实验结果，等等，都应在实验课中得到应有的训练和提高;(3)培养独立工作能力和科学的作风。

高等理工科院校的教学实验课，大致有三类：(1)基础课和技术基础课实验：如物理、化学、材料力学、电工等课程，实验课学时占课程课内总学时的1/4到1/3。一般以巩固理论知识为主，同时进行实验的基本训练。这类实验，设备和实验方法比较成熟，教师对实验的指导也比较细致、具体。(2)专业课实验：由于课程性质不同，实验内容差别较大。有的可以以个人或小组进行，有的则以班级进行。一般来说，对学生独立工作能力要求较高，更多地在实验能力和技巧上进行训练。(3)以实验为主的课程：如无线电技术专业所开的“无线电技术实验基础”课，以实验理论、实验方法、实验技术为主，传授系统的实验知识和技能，使学生得到实验方面的全面训练。还有一种课堂演示实验，主要是加强讲课效果的辅助手段，可以不列入实验的教学环节。

由于实验课具有独立性、实践性较强的特点，能否认真掌握实验课的学习方法，对学习效果的影响，比听课、复习、习题等环节都要大。实验课的学习方法，要着重在理论联系实际和独立工作能力的培养上下功夫。

一、复习有关理论，明确实验目的，理解实验方案。教学实验一般是根据理论教学的重点而设置的。理论知识是进行实验的指导思想和理论武器。实验课前，不应当以阅读实验指导书为满足，而必须进行必要的理论复习。只有从理论的高度来理解实验的目的，才能抓住重点，明确要点。从理论复习中，也可以深入理解实验指导书所提出的实验方案，比较不同实验方案的特点和优缺点。事实证明，重视实验中的理论指导作用，在实验过程中就能观察得更细致，分析得更深入，有比较大的主动性，实验的收获就会更大一些。

二、按照实验指导书，认真掌握实验方法和步骤。实验方法和步骤，在有了正确的实验方案之后，常常成为实验成败的关键。有一些学生，对于实验指导书所规定的实验方法和步骤不予重视，认为枯燥无味，以为只要在实验中按照指定的程序进行就可以了。实际上，在方法的选择、步骤的安排上大有学问，应当力求理解它的道理。有的学生在实验中忘记某一步骤，以致整个实验失败，这决不只是粗心大意的问题，而是说明他对步骤安排的道理缺乏理解。即使机械地按步骤做完了实验，如果不考虑为什么要这样做，知其然不知其所以然，实验的收获就很小。当要求独立设计实验方法和步骤时，就将无从下手，一愁莫展，暴露出缺乏独立工作能力的弱点。

三、认真学习实验的基本操作。技能和仪器使用知识。合理地选用仪器，正确地操作仪器是达到实验目的的唯一途径。许多大学生常常忽视这方面能力的培养。例如，在化学实验中，天平、试管、烧杯、量杯的使用，配制溶液、加热、冷却、过滤以至刷洗试管、点燃酒精灯等等操作技术，看起来十分简单，但要正确而熟练地掌握，却非得经过反复严格的训练不可。越是基本的操作，在实验中反复使用的机会越多，不正确的操作方法带来的危害就越大。温度计放入溶液中使用一次后，要立即冲洗干净，看来很繁琐，但如果不养成习惯，不经冲洗到处乱插，就可能给溶液中带来杂质，影响实验效果甚至失败。某些仪器操作不当，还将损坏仪器设备甚至产生严重事故。实际操作的动手能力，是一个优秀的工程科技人员必不可少的基本能力，在大学学习阶段，要把它摆到和掌握理论、发展科学思维能力同样重要的位置上，在经常的实验中逐步提高。

四、提高实验的观察、分析能力。如果说复习、习题等学习环节着重培养概念、判断、推理、论证等演绎方面的逻辑思维能力，那末，实验中则着重培养比较、分析、综合、归纳等方面的逻辑思维能力。实验是一种实践性学习环节，所接触的是十分生动丰富的实验现象，如何从中总结出自然的规律，是实验中学习方法的基本特点。例如，实验中出现异常现象，出现实验误差是经常的、必然的，而和理论完全准确相符合的情况则很少。而一般的学生，只重视相符合的一方面，而忽视不符合和产生误差的一方面，很少去考虑异常现象和误差产生的原因，不会运用理论知识去分析，不善于从偶然的现象中归纳出具有规律性的知识，这样，通过实验所得到的收获必然有限。更有个别人，任意篡改实验数据，抹煞实验中的异常现象，勉强去凑合理论。他的实验报告也许很漂亮，但真正学到的知识却很少，更严重的是形成了一种违反科学的坏作风。这种不良作风带到工作中去，常常给工程技术事业造成损失，更不可能有杰出的发明创造。历史上重大的发现，常常是从实验的异常现象中得到的。象迈克尔逊一莫雷实验，否定了当时理论上公认的“以太”的存在，就成了相对论产生的实践基础之一。

五、逐步提高独立进行实验的能力。大学的基础课和技术基础课实验，大多数按实验指导书进行。实验的原理说得很清楚，实验的目的、要求、内容、方法、步骤以至仪器的选用、操作方法、实验结果的分析整理方法都规定得很详细具体，按此进行，就可以顺利完成。在实验能力不强，时间有限的情况下，为了逐步培养独立的实验能力，开始这样做是完全必要的。但是，不要以此为满足。在有了一定基本训练之后，应当考虑根据实验的目的、要求，试着改变某些实验步骤，改动测量范围，增加自行设计的某些实验内容，再逐步提高，达到完全抛开实验指导书，仅仅根据理论知识和实验原理，可以独立设计和进行某一简单的实验，最后，再独立进行某些较复杂的实验。当然，这一切都应当在教师指导下进行，以免走过多的弯路，或产生损坏设备仪器、发生事故等问题。

六、阅读实验资料，扩大实验眼界。在学习阶段，由于时间和设备限制，只能重点安排有限的实验。学校条件较好，可以为学有余力的学生提供某些选作的实验，一般情况下，也不可能很多。为了提高实验能力，可以阅读一点实验资料。例如，用一种方法进行实验，可以看一看用另一种方法进行同一实验的指导书或实验报告，进行对照学习，在学报、杂志上，可以找一些科学实验的论文进行阅读，了解其实验原理、方法和结果。这种学习，效果比亲自进行实验当然要差一些，但对于扩大眼界，增长知识，是一种切实可行的办法。有的同学在理论学习上很注意阅读参考书，在实验这一学习环节中，不妨也发扬一下这方面的优点。有的时候，如果有条件参观某些科研实验过程，听人介绍某些实验仪器性能特点，也能得到不少收益，不要轻易放过这些机会。