物理實驗教學改進方式之探討

楊津生　張麗珠

摘要：從學生和教師兩個角度出發，探討改進物理實驗課教學、提高物理實驗課教學水平的若干措施，并指出實驗教學要以學生為本，從各個方面培養學生良好的科學素質、創新精神及實踐能力。

關鍵詞：物理實驗；計算機輔助教學；探索精神

《大學物理實驗》作為大學生進校后的第一門科學實驗課程，不僅應讓學生受到嚴格的、系統的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法及技巧，更主要的是要培養學生嚴謹的科學思維能力和創新精神，培養學生理論聯系實際、分析及解決實際問題的能力，特別是與科學技術的發展相適應的綜合能力，適應時代發展、科技進步的創新能力。為了適應培養面向21世紀科學技術人才的需要，我院確立對大學生實行“雙證書”和“本科加技師”的培養方向。隨著社會的發展、科學技術的進步以及儀器設備的智能化，學生的動手能力、獨立思考能力以及解決實際問題的能力若沒有一個良好的培養環境，將導致學生綜合創造能力的下降。因此，實驗課程對于學生能力的培養顯得更迫切。那么，如何教好、學好物理實驗課，這無疑是擺在教師和學生面前的一個實際問題。筆者認為，一方面，要充分調動每個學生的主觀能動性和內在潛質；另一方面，要改進實驗課教學，為學生學習物理實驗課營造良好的氛圍。

提高認識是學好物理實驗課的關鍵所在

首先，應讓學生認識到物理實驗對物理學乃至其他學科有著不可估量的作用。物理概念的建立、物理規律的發現、物理理論的形成，都必須以嚴格的科學實驗為基礎，并為以后的科學實驗所驗證。回顧物理學的歷史，自伽利略開創完整的科學實驗方法以來，人們依靠科學實驗，從實驗（現象)的觀察到理論（假設）的提出到實驗的檢驗，不斷地發現真理和檢驗真理。物理學發展史上許多著名的理論，如牛頓運動定律、法拉第電磁感應定律等，都是借助于實驗建立起來的，而愛因斯坦的狹義相對論，如質速關系，每天都經受著實驗的考驗。可以說，物理學本身就是一門實驗科學，它與實驗是密不可分的。

其次，物理實驗課中誤差理論、數據處理知識、各種實驗方法以及各種測量手段等知識在今后專業課學習和科學研究中都是離不開的。尤其是學會各種儀器儀表的使用和具有調試能力以及形成良好的實驗素質和實驗習慣、培養解決實際問題的能力，將會使學生終生受益。

培養學生的科學態度

物理實驗是人們運用科學儀器來揭示物質運動規律、特性以及各種物理現象之間關系的一種科學活動，其基本方法是觀察和測量。它要求學生通過觀察和測量，從物理現象中獲得真實的信息。它可以培養學生嚴格地遵從事實、嚴肅認真地獲得真實信息的態度。物理實驗的過程還是理論與實踐密切結合的過程。實驗的操作既是動手的技能活動過程，又是充滿理性的思想活動過程，所以，它還能培養學生理論聯系實際的良好學風。

培養學生對物理實驗課的興趣

興趣是學習的最直接動力。學生物理實驗學習興趣的培養可以從以下幾個方面著手。

引入計算機輔助教學 計算機技術與傳感、電子、數字化等技術相結合，可以形成嶄新的方法和技術，這些技術已經在實驗過程的監控、測量數據的采集和分析處理乃至測試過程的自動化等方面顯示出顯著的優越性，這是對傳統手工實驗方式的挑戰。在物理實驗中引入計算機輔助教學會極大地激發大學生學習物理實驗課的興趣，有兩方面的作用。（1）將計算機物理仿真實驗用于實驗教學。物理仿真實驗通過計算機網絡把實驗設備、教學內容、教師指導及學生操作有機地融合為一體，形成了一部可操作的物理實驗教科書，擴大了物理實驗的空間，打破了教與學、理論與實驗、課內與課外的界限。它作為一種理想的教學環境的創設工具、學生自主學習的情趣激勵工具，可充分調動學生主動學習的積極性。通過計算機物理仿真演示，學生對實驗的物理思想和方法、儀器的結構及原理的理解可以達到實際實驗難以達到的效果，實現了培養學生動手能力、學習實驗技能、深化物理知識的目的，大大提高了物理實驗的教學效率。例如，分光計的使用和調節實驗，如果以簡單的說教方式進行，學生難以理解，且操作不理想，可利用物理仿真實驗教學軟件給學生演示分光計的調節，從而使學生能夠較好地掌握分光計的正確調節，達到良好的課堂教學效果。（2）對實驗數據的處理和分析。在實驗中，對實驗數據的處理和分析是必不可少的。有一些處理比較繁雜，手工計算很困難，改用計算機來做就容易得多，例如密立根油滴實驗的數據處理。

利用物理演示實驗輔助教學 利用物理實驗演示室的設備，結合一定的物理背景進行教學。這種教學模式為學生創設一種真實而生動的物理情境，激發學生的求知欲和探究熱情。這種教學模式在國內外正受到越來越多的關注。大部分演示實驗內容是屬于趣味性強的定性半定量實驗。所謂定性半定量實驗是近幾年提出來的，而實際上在物理學的發展史上，很多著名的物理實驗都是屬于定性半定量的實驗，例如伽利略的比薩塔實驗、盧瑟福發現原子核的實驗等。定性半定量實驗的特點是對實驗要求的精度不是很高，有效數字也不多，實驗設計簡單精巧，能以較小的代價得到事半功倍的效果。另外，任何一個實驗都有一個提高實驗精度、改進實驗儀器、拓展實驗成果的應用范圍以及改進實驗設計思想等問題。因此，要想出色地完成一項實驗，是不容易的。學生只要深入其中，就會發現很多奧秘，這些都能激發他們的學習興趣。

提高自學能力，掌握全新的學習方法

由于物理實驗是一門獨立設課、單獨計分、以提高學習技能為主的課程，所以，學生難免有一段不適應期。如何盡快度過這一短暫的時期，使學習納入正軌呢?這就需要加強和提高學生的自學能力。物理實驗課的特點是教師講得少、學生實踐多。實驗本身就是學生對儀器的調試、對數據的測量。如若學生不提前預習，就不能進行實驗。而預習的效果就全靠自修能力了。普通物理學和物理實驗是兩門并行的課程，所以，普通物理學尚未學到或根本不學的內容，物理實驗完全可能涉及。這也需要學生有較強的自學能力，只有這樣才能讀懂教材，作好預習。物理實驗教材的預習，必須注意方法，即應抓住最主要、最本質的東西，對全部內容要有所側重，有所取舍，可以跳過一些非重點的內容。物理實驗教材關鍵的內容是測量什么物理量，如何測量，使用什么儀器，如何調試，如何進行數據處理和誤差計算，如何保證實驗精度等。學生在今后的工作崗位上，時時會面對陌生的儀器和設備，會接手全然不知的科研課題，因此，大學生必須具備閱讀科研資料的能力，必須具備調試儀器設備的能力。而這些能力，應該從現在開始培養和鍛煉。

培養良好素質，形成良好習慣

物理實驗是人們運用科學儀器來揭示物質運動規律特性和各種物理現象之間關系的一種科學活動，其基本方法是觀察和測量。它要求學生通過觀察和測量，從物理現象中獲得真實的信息。因此，良好的實驗素質和實驗習慣，是學好物理實驗課不可忽視的因素。必須從物理實驗課的第一天起，就有意識地培養學生嚴格地遵從事實、嚴肅認真獲得真實信息的態度，有意識地讓學生形成良好的實驗習慣。比如，實驗前必須記錄實驗儀器儀表的名稱、數量、型號、精度等級以及擺放位置等，實驗完成后必須清點并放回原處。又如，記錄數據必須字跡清楚，寫入事先劃好的表格內，絕不可人為更改。對實驗中出現的異常現象一定要查出原因，并做出正確解釋。例如，數學家貝塞爾在測量天狼星的運動軌跡時，發現它不是平滑的而是波浪形的，他懷疑有一顆星緊挨著它，經過詳細的計算，貝塞爾預言了這顆星的存在。在貝塞爾逝世十六年后，美國人果然發現了這顆新星——天狼伴星。所以，一個大學生必須具備敏銳的洞察力和勇于探索的精神，絕不放過一個看似平常卻可能蘊含著重大發現的實驗現象或測量數據，只有在學生時代養成良好的素質，形成良好的習慣，將來才會大有作為。

合理利用反饋信息

讓學生及時了解自己的學習結果稱之為及時反饋。這種反饋使學生既能看到自己的進步，提高學習熱情，增加努力程度，又能看到自己的不足，激起上進心，克服缺點，改正錯誤。反饋的內容主要是教師對學生實驗報告的批改、學生的自我檢查以及學生間的相互檢查。反饋的作用不僅使學生了解自己是否達到了目標，而且使其了解離目標還差多遠。學生因成功地完成了實驗而意識到自己已經達到了預期目標，這種信息的反饋會強化學生學習過程，加深學生對所學知識的記憶，激發學習熱情。在整個過程中，教師起著“導演”的作用。教師的控制和引導作用非常關鍵，如果處理不好，會使學生在學習中迷航，或者適得其反，會直接影響教學效果。因此，教師應該合理利用學生的反饋信息，不斷強化學習過程，從而達到預期的教學效果。

從根本上說，實驗教學要以學生為本，從各個方面培養學生良好的科學素質、創新精神及實踐能力。通過加強上述幾項實驗課的教學措施，提高了教學質量，調動了學生學習的主動性和探索的積極性，提高了實驗能力，同時使物理實驗成為一門真正具有指導和實踐意義的學科。

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作者簡介：

楊津生（1956—），男，天津工程師范學院高級實驗師，研究方向為大學物理實驗。

（本文責任編輯：尚傳梅）