論大學物理設計性實驗教學對培養綜合性能力的作用

　　摘 要： 本文介紹了大學物理設計性實驗教學的內容、教學特點，對其培養學生綜合能力的作用進行了探討， 認為加強實驗室建設、重視設計性實驗教學是提高學生綜合能力的基礎。
　　關鍵詞： 大學物理實驗 設計性實驗教學 學生綜合能力
　　
　　大學物理實驗是理工科專業學生步入大學后學習的第一門非常重要的基礎實驗課程，設計性物理實驗的開設作為大學物理實驗教學改革的重要途徑之一，改變了傳統的教學模式，把教師的教與學生的學有機結合起來，激發學生的求知興趣，是提高學生素質，培養創新精神和實踐能力的重要手段之一，有效地彌補了傳統實驗的不足［１］。
　　1.物理設計性實驗的內容地位和教學特點
　　設計性實驗是指突破傳統的實驗教學模式，給定實驗目的、要求和提供實驗條件，由學生自行設計實驗方案并加以實現的實驗，是在掌握基礎性實驗和具備綜合實驗知識及能力后，對今后開展科學實驗全過程進行初步訓練的一種教學實驗。它要求學生在教師的指導下，根據現有的實驗條件，能較獨立地擬實驗題目和定實驗目的，設計實驗方案、確定實驗方法、選擇實驗器材、擬定實驗操作程序，并自己加以實現和對實驗結果進行分析處理。
　　設計性實驗使學生在實驗過程中變被動為主動，它將學習的主動權交給了學生、學生成了實驗的主體。學生的實驗技能、查閱文獻、觀察現象、分析問題和解決問題的能力諸方面得到全面訓練。設計性實驗作為實驗教學的高級形式和階段，是學生實驗能力真正形成的重要標志，因而在整個實驗教學中具有重要地位。
　　2.設計性實驗教學的“三階段”設計實驗模式
　　2.1準備階段
　　本階段主要面向低年齡段或很少做過實驗的學生。對這個階段的學生，可選擇一些較簡單的驗證性實驗，通過仔細“解剖麻雀”的方式，使每一位學對實驗原理方法和步驟有充分理解，為設計性實驗做必要的準備。
　　這樣的實驗教學使學生的思維活躍起來。在已知實驗原理方法和步驟，分析實驗設計者意圖的過程中，學生能不斷地模仿學習，初步構建設計實驗的框架。
　　2.2入軌階段
　　通過第一階段的訓練，學生已奠定了必要的基礎，這時可將設計實驗引入正式軌道，直接由實驗課題討論得出設計性實驗方案。對于學生來講，給你一個設計性實驗，你必須明白：你準備設計的實驗要解決什么問題？提出的方案通過什么方式實現？這個方案的優缺點是什么？
　　2.3自主設計階段［2］
　　在前兩個階段，學生主要通過驗證性實驗、簡單的設計性實驗等途徑大致了解實驗過程中所蘊藏的設計思路，可以說通過前兩個階段的訓練，學生已初步具備了進行設計性實驗的能力。該階段具體可分為兩種情況。
　　2.3.1教師給出實驗題目，提出實驗要求，并提供實驗所用的儀器用具。這一過程可簡單表述為“教師提出課題，學生按要求做課題”。
　　下面以“測定半波整流電容濾波電路負載電阻上消耗的平均功率”這一設計性實驗為例闡述設計實驗的具體過程：
　　（1）提出設計實驗題目，測定半波整流電容濾波電路負載電阻上消耗的平均功率。
　　（2）查閱相關資料進行設計分析。
　　（3）選擇儀器用具。
　　（4）檢驗設計方案。
　　（5）分析實驗結果。
　　2.3.2教師給出實驗課題，學生自主設計實驗，儀器用具學生自選。此過程可表述為“教師提出課題，學生自主做課題”，一切由學生自行負責，教師只做指導和最后評判。
　　“測量小燈泡伏安特性曲線”可作為這樣一個設計性實驗的示例。
　　實驗要求：小燈泡（6.3V/0.15A）在一定電流范圍內其電壓和電流的關系為U=kIn，k和n是與燈泡有關的系數。要求:設計電路測小燈泡伏安特性曲線;驗證公式U=kIn;求系數k和n;求室溫下燈絲電阻。
　　由實驗要求可知，小燈泡兩端的直流電壓U與通過它的電流I滿足U=kIn，k和n是待求的系數，如何求出k和n？怎樣得到室溫下的燈絲電阻?
　　根據實驗要求，儀器用具選擇:小燈泡一個，注意參數要求;測伏安特性離不開測量儀表，準備電壓表、電流表各一只。如果用固定電源（如干電池），要用一滑線變阻器;當然一些導線開關必不可少。
　　畫出測量電路，按圖連接線路，檢驗設計方案。
　　3.設計性實驗教學的教學特點對培養學生綜合能力的作用 ［３—５］
　　3.1有助于培養學生的應用知識能力
　　設計性實驗實驗是學生根據老師提出的實驗項目，運用自己所學的知識自己設計實驗，通過實驗的設計，學生將學到的知識運用于實驗。這類實驗的訓練，可以提高學生綜合運用知識的能力，將所學知識運用到生活和實踐中去。這也是我們教育教學的宗旨和目標。
　　3.2有助于培養學生的自學能力和思維能力
　　學生在要進行實驗設計學生要對相關知識有一定了解，并自己學習與實驗相關的知識，這樣就鍛煉了自學能力。物理學中許多規律都是通過實驗獲得的。實驗中人們通過對大量實驗數據的篩選、分析、歸納和演繹推理得出規律性的結論。設計性實驗可以培養學生這方面的思維能力。
　　3.4有助于培養學生的動手能力和創新能力
　　設計性實驗由教師下達實驗目的和要求，實驗室提供設備和儀器，由學生自己確定實驗方案、選擇實驗設備、設計實驗線路及步驟等。在實驗過程中，學生始終是實驗活動的主體，體現了以學生為中心的教育思想，有利于充分發揮學生的主觀能動性和創造性。設計性實驗是一種對科學實驗全程進行綜合訓練的實踐教學，實驗過程可能有多種方法，給學生提供了較大的思維空間和選擇余地，使學生獨立解決實際問題的能力及創新能力得到提高。
　　4.結語［６］
　　總之，設計性實驗教學是具有典型個性特征的智力創新活動，不僅使學生有效地鞏固理論知識，而且使學生學會多種科研方法和思維方法，有利于培養學生嚴謹求實的實驗作風，激發學生的求知欲與探索精神，形成自我判斷能力、創造能力、科研能力，讓學生在充分體驗自己探索、在自我拓展的樂趣中鍛煉分析問題的能力。
　　開展設計性實驗模式，是重視教學活動中學生的主體性，重視學生對教學的參與。它和傳統實驗的區別在于：當確定實驗題目后，學生做什么、怎么做，都是以學生為主完成的，老師只是一個參與者，在適當的時候給予啟發和引導，使學生有充分展現自我的機會，激發學生的自主性和積極性，提高學生利用所學理論知識解決實際問題的能力，培養學生創新意識和創新能力，加強學生綜合能力培養，有助于實現培養跨世紀的復合型人才的教學目標。
　　作為實驗教學改革的重要內容，開設設計性實驗還存在著管理方面的問題。目前各級各類院校的設計性實驗教學都還不夠成熟，如何深入、持續地進行此項教學，逐步增加設計性實驗比例是我們面臨的重要課題。我們堅信，各級教師努力探索，學生積極參與，通過該課程實現教學相長，形成一種良性循環，必然會是一種非常好的實驗教學形式。
　　
　　參考文獻：
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