大學物理設計性實驗教學改進

丁 俊 文黎巍

（河南工程學院，河南 鄭州 451191）

1 大學物理設計性實驗的重要意義

在傳統的物理實驗課程中，學生只是按照已有的實驗步驟進行操作，這在一定程度上限制了學生的主動性和創造性，實驗本身也只是簡單的數據測量和理論驗證，導致了培養出來的學生缺乏創造性。因此，設計性實驗被提了出來。

1.1 設計性實驗的內涵和特點

設計性實驗是介于基礎實驗和實際科研之間，對基礎知識、技能與方法可以靈活運用，并有所創新的一種實驗。是在學生經過傳統實驗有了一定的基礎之后，為進一步鍛煉學生的科學素質，為學生日后獨立進行科學研究奠定基礎而開設的具有創新性的實驗。其核心是實驗方案設計的自主性，及實驗方案的正確性與合理性。在整個設計性實驗的過程當中，學生要充分發揮出自身的實際能力，并盡力做的有所創新。設計性實驗的教學目的是提升學生的科研能力和科學素質，挖掘和培養學生的創新能力。

設計性實驗是大學物理實驗教學改革的一個重要方面，它突破了傳統實驗的 輔助的教學模式[1-3]。設計性實驗的特點是教師給出實驗題目，學生在充分理解基本原理的基礎上，綜合運用所掌握的基礎理論知識、實驗技能以及各種測量手段和實驗方法，根據給定的實驗任務，自己查閱相關資料、確定實驗方案，合理選擇實驗室所有的儀器設備，甚至可以改進或自己制作實驗儀器，自主擬訂實驗流程及注意事項等，并自己進行實驗驗證，最終對實驗結果進行科學分析并撰寫實驗論文。

1.2 設計性實驗的意義

近年來，隨著科學與社會的快速發展，社會對人才的要求不斷提高，傳統實驗已無法滿足社會的需要。高等學校背負著培育人才的使命，如何培養出具備實踐能力與創新能力的綜合高素質人才，已成為一個很大的現實問題。而設計性實驗的內容比較綜合，有一定的探究性，不僅能強化學生對所學理論和實驗基礎知識的有機融合，而且使學生了解和掌握多種科研方法和思維方式的運用，有利于學生嚴謹務實的實驗作風的養成，有助于激發學生思考的主動性與深入性，增強自我判斷能力、創造能力、科研能力。同時設計性實驗還具有一定的難度，學生在自己探索設計實驗過程中還能增強自己的心理素質與探索精神，在自我拓展的樂趣中鍛煉分析和解決問題的能力，促進學生學習的積極性[4]。因此，設計性實驗是科學素質培養的有效途徑。

2 大學物理設計性實驗教學現狀調查與分析

2.1 調查問卷的設計

由于大學物理設計性實驗對綜合型、創新型人才培養的重要作用，大學物理設計性試驗越來越受重視，設計性實驗的開設也越來越多，但還存在很多需要改進的地方。為了對大學物理設計性實驗教學有全面細致的了解，筆者以河南工程學院理學院2012級和2013級應用物理的學生為研究對象，主要從設計性實驗的數目，難易程度，教學過程與模式，教學評價，教師與學生對設計性實驗的認識與態度，學生能力的提升狀況等方面進行了問卷調查。

2.2 調查問卷的結果

從問卷調查的結果可以看出，有68.65%的學生對大學物理設計性實驗有一些基本的了解，只有 4.48%的學生對大學物理設計性實驗有比較全面正確的認識，對大學物理設計性實驗幾乎完全不了解的學生居然高達26.87%。32.84%的學生認為開設大學物理設計性實驗根本沒有必要，完全是浪費時間，53.73%的學生認為大學物理設計性實驗對學生能力的提升雖有所幫助，但由于種種原因，導致教學效果并不理想，無法達到其應有的教學效果。有很多學生對做過的設計性實驗甚至沒什么印象。可見，學生對大學物理設計性實驗的認識很有限。

表1 大學物理設計性實驗的數目及難度

對于大學物理設計性實驗的數目及難度,不同程度的學生有不同的感受，具體數據如上表1所示。

由表中數據可以看出，大學物理設計性實驗的題目數量基本適中，也可以根據學生的具體情況酌情增加。課題難易程度太過相近，沒有層次感，不利于不同學習程度的學生能力的提升。很多學生還表示自己的基礎實驗都沒掌握好，很多儀器都不會使用。因此，教師在幫助學生選定實驗題目時，要綜合考慮到各種程度的學生，使每位學生在實驗的過程中，既能鞏固所學過的知識，又能鍛煉和提升自己的各種能力。

王 穎 女,1979年8月出生,天津人,碩士,講師,畢業于燕山大學,主要研究方向為無線傳感器網絡,優化算法.

學生在設計性實驗過程中的表現和態度如表2所示：

表2 學生在設計性實驗過程中的表現和態度

由表2中數據可以看出，學生對待設計性實驗不夠認真踏實，沒有充分認識到設計性實驗的重要性，真正體會到設計性的重要意義并認真對待的學生只占所有學生的1/4。因此，老師在進行設計性實驗教學之前，應該對學生說明設計性實驗對學生能力提升的重要作用，并向學生強調設計性實驗對學生以后進行實際科學研究的重要意義。在設計性實驗的教學過程中，要對學生嚴格要求，使學生嚴格規范的進行實驗。

老師是學生學習之路的指引者和引路人，是學生學習和模仿的榜樣，老師在實驗教學中的表現，對設計性實驗的態度和對學生的具體要求直接影響著學生對設計性實驗的態度和學生在實驗過程中的表現。因此老師在學生心目中的形象十分重要，下面表3為學生眼中老師在實驗中的表現、對設計性實驗的態度和對學生的要求：

表3 教師的表現、要求及態度

由調查結果可以看出，教師在教學過程中，教師采用的教學模式比較單一，沒有根據學生學習程度和能力的不同選擇適合學生的教學方法。教師對設計性實驗不夠重視，沒有把握好對學生的“放任度”。對設計性實驗的要求不夠嚴格。

設計性實驗儀器是實驗設計與實驗操作成敗的重要因素之一，表4所示為學生反映的實驗儀器的使用情況：

表4 設計性實驗儀器使用情況

由調查結果可以看出，實驗室開放時間太短，學生有時不能完成實驗任務。實驗設備許多已經損壞或精度不夠，許多學生都建議延長實驗室開放時間，增加實驗設備，完善硬件設施。

調查結果顯示，教師對學生進行考核的內容主要是書面作業與實驗方法，對學生的評價不夠全面科學。許多學生建議老師不要只看結果，輕視過程。

2.3 問卷反映出的問題的總結與分析

由以上內容可見，目前大學物理設計性實驗雖已開設，但老師對設計性實驗不夠重視，沒有讓學生充分認識到設計性實驗與一般實驗的區別，設計性實驗的重要作用和意義，沒有結合學生的認知情況和興趣選題，對學生的指導沒有掌握好“度”，沒有注重培養學生的科學素質和創新意識。教學的基本環節不夠規范，實驗儀器不夠完善，實驗室開放時間太短，評價不夠科學全面。

3 對大學物理設計性實驗教學的建議

基于以上對問卷調查結果的分析，結合筆者對設計性實驗的認識與思考，對設計性實驗教學提出了以下幾點建議：

3.1 正確認識大學物理設計性實驗

實驗是物理這門學科的基礎，大學物理實驗按性質可分為基礎性試驗，綜合性試驗和設計性實驗，設計性實驗作為大學實驗的一個種類，必然有其區別于其他實驗的方面。只有對設計性實驗有正確的認識，才能更好的進行教學，學生能力才能得到提升，才能達到教學目標。

首先，教師必須認識到設計性實驗的重要性。老師的言行舉止和態度都會對學生產生潛移默化的影響。老師如果不重視設計性實驗，學生也會敷衍對待，即使有的學生認識到了設計性實驗的一些作用，但老師和同學無所謂的態度也會嚴重打擊學生的積極性。只有老師在思想上重視設計性實驗，在開課前向學生講解設計性實驗的重要作用和意義，在教學過程中認真指導學生進行設計性實驗，對學生嚴格要求，學生才會真正認識到設計性實驗的重要性，才會認真努力地完成實驗，學生能力才能得到提升。其次對設計性實驗要有正確的定位。設計性實驗與傳統實驗相比，教師的角色發生了根本性的轉變，從以往的傳授者轉變成指導者[5]。在實驗中，教師對學生采取了參謀、鼓勵和指導、輔助的作用，將實驗的主動權放心大膽的放置到學生手中，讓學生有足夠的動手空間和思考空間。

3.2 做好基礎實驗教學

由于設計性實驗要求學生對所學過的基本知識、技能與方法能夠靈活運用。因此必須扎實做好基礎實驗的教學工作，不僅讓學生在常規訓練中熟練掌握常用的基本知識與技能，更要有意識的對實驗內容進行一些拓展，如要求學生改進實驗，提高測量精度等[6]。同時讓學生注重不同實驗，甚至是不同科目之間的物理原理(或測量技巧)的內在關聯性，為學生之后進行設計性實驗奠定堅實的理論基礎；再者，在基礎實驗中，學生沒有認識到實驗精度的重要性，對于實驗結果的誤差分析一般是實驗中存在的測量誤差，對影響實驗精度的其它因素很少思考。因此教師在基礎實驗中就應該多鼓勵學生進行全方面的誤差分析，并思考如何消除一些可避免的誤差，為設計性實驗做好鋪墊。

3.3 規范設計性實驗教學程序

設計性實驗的一般流程是：選定課題——查閱文獻——確定實驗與測量的方法——選擇（或改進或制作）實驗儀器——擬定實驗流程——驗證實驗可行性——完善實驗方案——實施實驗方案，采集實驗數據——分析實驗數據——完成實驗報告——進行實驗答辯——老師進行評價。科學規范的教學程序是課堂得以順利高效進行的有力保障。然而，在實際的設計性實驗教學中，許多教師都是給定實驗題目后，讓學生自己查閱資料，制定出實驗方案，然后讓學生直接進行實驗操作，之后上交實驗報告，教師根據學生撰寫的實驗報告進行打分。整個教學過程與學生的交流，對學生的指導很少。而實際上，學生自己制定的實驗方案往往有很多疏漏自己卻很難發現，有的學生甚至感覺無從下手，需要老師進行點撥指導。在與學生進行交流后，不合格的實驗方案要進行完善，直到合格。在實驗操作過程中，有些學生會遇到自己無法解決的困難，但不愿向老師請教，這就要求老師留心觀察，特別是那些基礎較差，比較內向的學生，教師要特別注意，以便及時發現問題并給予指導，并多加鼓勵增強學生的自信心。還有學生不注意操作的規范性，老師發現后要及時糾正，并向學生講解規范操作的必要性，培養學生一絲不茍的實驗態度。對實驗操作認真，具有創新性的實驗方案要給以充分的肯定，使學生得到一種積極的內心體驗[7]。這不僅能提高學生的學習興趣，培養學生的創新意識，更是學生展示自我，超越自我的動力，能夠很大程度的激發學生的潛能[8]。對實驗數據的處理與實驗報告的填寫，教師要嚴格要求，這不僅能幫學生理清思路，順利推出實驗結論，更有利于培養學生的邏輯思維能力，為以后科學報告的撰寫打好基礎。之后安排學生進行答辯，教師對學生實驗的相關內容進行提問。這樣的模式可以幫助老師以學生的回答為依據，進一步的了解學生對實驗思考和理解的深度，教師的提問也可以加深學生對實驗的理解，使學生能夠更加全面深入的思考問題，對學生分析解決問題的能力有很大提升。

3.4 科學全面進行教學評價

現在許多老師對實驗的評價依據主要是學生的書面作業，而忽視了學生的課堂表現。這種重結果，輕過程的評價方法會讓追求高分的學生也只重視結果，輕視過程，不利于學生各種能力的提升。在這樣的評價標準下，那些注重提升能力的學生，學習的積極性也會受到嚴重的打擊。因此，教師在課堂上要注意觀察學生，對學生的動手能力，創新意識，探究精神，實驗態度，書面作業，答辯中的表現等按照科學的比重進行綜合性評價。這樣不僅能夠公正公平的給學生打分，更能讓學生掌握學習的重心，不斷提升自己的綜合能力與素質，保證課堂的高效進行。此外，教師應把評價結果及這樣評價的原因反饋給學生，使學生明白自身還有哪些缺陷與不足，并在以后的學習中加強鍛煉，繼續提升自己。有很多學生比較注重理論知識，不喜歡實驗操作，教師可以加大實驗在科目總分中的比重，讓學生不得不重視實驗。之后再加以適當引導，使學生能力得到全面發展。為了提高基礎較差的學生學習的積極性，還可以給出一定的進步分，讓能力差的學生也有得高分的可能，鼓勵不同層次的學生不斷努力，形成你追我趕的學習氛圍。

3.5 開放實驗室

許多同學反映實驗室開放時間短，經常實驗時間結束時，實驗還沒有完成。學校應該增加實驗室的開放時間，或是實行預約制[9]。需要用實驗室的學生可以提前一周提出申請，既方便學校管理，又能使學生切實完成教學任務，能力得到提升。

實驗室的儀器設備許多已損壞或不夠精確，導致學生實驗數據誤差過大，有的甚至得出與課本相悖的結論。學校應視情況增加儀器設備，尤其是一些先進的儀器設備，可以增加實驗準確性，降低一些實驗的危險性，節約學生實驗數據處理的時間[10,11]。同時對已有的設備應經常進行檢修，保證實驗儀器的正常使用。

4 結語

設計性實驗對于綜合型，創造型人才的培養有重要的作用和意義。因此，設計性實驗已經，并且必將越來越受重視。如何開設好設計性實驗將是一個重要課題，還有賴于教育者的共同研究。筆者以河南工程學院為對象，對設計性實驗的教學現狀進行了調查。通過對問卷調查結果進行分析與總結，并結合實際情況，對所存在的問題提出了一些建議和看法。希望筆者對設計性實驗的順利開設，對創新型人才的培養能有所幫助。

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