基礎物理實驗課程教學改革的探索

基礎物理實驗課程教學改革的探索

田 雁

(興義民族師范學院貴州 興義562400)

摘 要：從教學方法、教學手段、考核方式等幾個方面探討了基礎物理實驗課程教學的改革，為加強實驗教學的深度提供了一些有效的途徑和方法．

關鍵詞：基礎物理實驗教學改革探索

收稿日期：(2015-04-23)

基礎物理實驗是大學物理實驗的基礎，是許多專業的學生必修的課程．

1目前該課的現狀

在現實的實驗教學中，我們面臨的學生在進校之前對實驗是比較陌生的，學生的理論、動手能力都欠缺，比如不會接滑動變阻器的3個接線柱；萬用電表不會使用；電流表、電壓表不會使用等等．在多年的傳統教育中，實驗內容多側重于驗證性實驗，教師在實驗之前往往對每個實驗的目的、原理、儀器、內容、步驟、數據記錄、數據處理的要求進行詳細的講解，學生只需要根據教師的要求，按照操作步驟進行實驗，長期以往，實驗程序化，學生變成了聽實驗，做實驗的機械學習的機器，學生在實驗中始終處于被動的、缺少研究的學習狀態，這種千篇一律的實驗教學內容和方式在一定程度上限制了學生的主動性和積極性，難以激發他們獨立思考的興趣和激情．沒有從失敗中自己尋找成功之路的經歷．沒有足夠的訓練，學生的創新能力當然缺乏．針對以上現狀，我們對基礎物理實驗的教學進行了積極的探索．

2.課程教學的探索

2.1教學方法的探討

2.1.1整體規劃教學

力學實驗、熱學實驗、電磁學實驗、光學實驗這4門實驗課雖然是在不同的時期進行的，與不同的理論相聯系，學生學習的每一個實驗都經歷了3個階段：預習、實驗、完成實驗報告．分析這4門實驗我們發現，它們讓學生認知程度是從易到難，操作過程是由粗到細．由于我校屬于二本院校，進校學生理論基礎參差不齊，且絕大多數都很薄弱，生源又來自多個地區，加之大部分學生剛進校時認為大學是他們放松、盡情玩的時期，學習主動性較差，學習的狀態不佳．對學生實驗能力的培養是一個較長期的工程，故認為4門實驗課應作為一個整體來規劃．

對于剛進校的大一上學期的學生，在中學階段動手親自做實驗的很少，基本沒有什么實驗能力，大部分學生即便是一些簡單的儀器也不知道如何用．針對此狀況，在本學期主要教學工作是加強基本功的訓練．除了教會學生如何數據處理，會寫一份完整的實驗報告外，還需在實驗中注重培養學生的品質，融入人文教育．比如，學習“長度測量”實驗中，學生在了解儀器的構造和測量的原理的同時，還需知道如何正確取放儀器，如何正確使用它，操作過程中應注意的事項以及這樣做的目的，讓學生在學會做會實驗的同時，內心有所領會，在增進學生智慧的同時，觸動其心靈，逐步養成良好的實驗習慣，使他們的實驗素質不斷提高．對于初學者，教師應賦予更多耐心(特別是對于沒有實驗基礎的學生)．在第一次實驗時，實驗的每一細節都需講到，要求他們都要做到．大一下學期，實驗教師要開始適當放手，可采取少講、多指導的方式．對于大二的實驗課，教師可采取開放式給予學生更多動手、動腦的空間，讓學生盡情的鍛煉．教育的目的是人的發展，教師應把關注的重點放在學生整體的長遠的發展上，而不是簡單地讓學生學會某一種儀器的使用，會做某一實驗或某一類知識．

2.1.2注重在基本功上花功夫

一般在大一上學期做力學實驗，這學期由于新生進校時間相對于大二等年級高的學生而言晚些，加之有國慶、軍訓事宜的安排，課時較少，給學生開設實驗個數不易太多．學生除了掌握開設的實驗內容外，還需在教學中進行以下3個方面的培養.

(1)實驗者應具備的品德．做任何一門實驗，實驗者進入實驗室首先找到實驗臺，可以做的工作是觀察儀器，然后檢查儀器，經教師允許后方可動儀器．在實驗中取放儀器動作輕緩，觀察者身體左右兩側不放物品．

(2)樹立實驗遵循一定程序的思想．每一門實驗課都有一定的操作程序，學生進入實驗室應該把自己當成一個研究者進行實驗．對于力學、熱學實驗大部分較為簡單，教師要在學生第一次進行實驗時就樹立實驗都要遵循一定的程序意識．到進行電磁學實驗時由于學生具備了一定的實驗素養，接線的速度就不會太慢，操作中出現失誤也不會太多，實驗自然在有限的課時內基本能順利完成．進入光學實驗，教師不會因為學生的行為不合實驗的要求再花時間去培養、去強調．學生也因為有了多余時間，有了一定的理論基礎和實踐經驗才可能去把學過的實驗進行拓展和創新．

(3)書寫一份完整的實驗報告．眾所周知，一份完整的實驗報告包括實驗目的、實驗器材、實驗原理、實驗步驟、數據處理、結果表示與結論、討論8個部分．重點在數據處理和討論部分．數據處理在大一力學實驗中要讓學生人人過關．要讓學生知道測量的目的無外乎兩個：第一，測出被測量量真值的最佳估計值(即平均值)；第二，最佳估計值的可靠程度．

若采用GUM方法，直接測量處理數據過程如下：

1)求出直接測量量的平均值；

間接測量處理步驟過程如下：

1)計算出每個直接測量量的平均值；

2)計算出每個直接測量量的Uc(xi)，其求法同直接測量處理；

數據處理過程要具有科學性和規范性，在基礎實驗課中學生會領會這一思想即可．對于討論部分是學生綜合能力的體現，在力學、熱學實驗部分要求較淺，進入大二后要求就會深入些．

2.2教學內容的探討

教學內容在安排上可把培養學生能力分階段進行．各個學校在配置實驗儀器時，為了節約經費，提高儀器使用的效率，一般儀器的套數總是有限的．

2.2.1教學內容分層

對于實驗者進入實驗之前必須讓實驗者會用所需的用具，(期間可開設專門介紹儀器的講座)過關后方可做實驗．教師根據理論知識的重點把實驗分成必做實驗和選做實驗兩部分．必做實驗進行分層，即基礎型；綜合、提高型；創新、設計型．為了更好地利用儀器，可把實驗分輪次進行．基礎型和綜合、提高型實驗在規定的課時內完成．選做實驗和創新、設計型實驗可在課外開放實驗室時進行．以電磁學實驗[使用教材為楊述武主編的普通物理實驗(電磁學部分)]為例．見表1.

表1　電磁學實驗可開設的實驗項目安排

續表

學習者學習有所向往，才能有效地學習，學生才能逐步具有實際的能力．

2.2.2發揮榜樣的作用

實驗相對某些事情而言是枯燥無味的，為了保護學生們的學習興趣，在教學中要進行科學的教學，在完成教學內容的同時，課外可以開設一些與實驗相應理論聯系的物理學家進行介紹，讓學生們學習大師們驚人的毅力，對知識嚴謹的態度，學習他們在碰到困難時所持有的那份積極向上的心態和克服困難的氣魄．

2.2.3多開設講座

在每一個學期，教師應介紹一些物理學的進展．比如，力學方面的界面熱傳導；光學方面的光纖光柵；電學方面的傳感器的理論、設計及應用的最新進展；半金屬磁性材料；物理學在現代建筑的應用；物理學在醫學診斷與治療中的應用等等．通過這些活動可以激發學生學習物理的興趣，拓展學生的知識面．

3教學手段的探討

3.1預習現象

可以把一些實驗現象利用現代手段，比如采用CCD采集把一些實驗現象預先給學生進行介紹，增強直觀性．

3.2實驗室開放

3.2.1實驗內容的開放

每學期末在網上公布下學期所開設的實驗課程的教學安排，包括實驗項目、實驗考核要求．學生可以利用假期對實驗進行了解．

3.2.2實驗時間的開放

開放實驗室的時間是學生所有課外的時間．學生通過申請進入開放的實驗室．面對基礎差的學生，學生的實驗內容可以從以下幾個方面進行開展：

(1)課堂上沒有做完或做好的實驗；

(2)完成選做的實驗；

(3)針對各類競賽進入實驗室尋找思路、幫助自己確定參賽的選題．

(4)參與課題或科研項目以及準備申報課題和項目的同學進入實驗室進行探索．

(5)進入實驗室為畢業論文選題做準備．

(6)重溫已做過的實驗，尋求新的思路，嘗試把驗證性的實驗變為設計性、創新性的實驗．

3.2.3實驗室管理的開放

要把開放實驗室的工作長期進行下去，實驗室的管理一定要做到科學和規范．單靠實驗室負責人一人，力量有限，很多方面顧及不周，這時可聘請高年級優秀的學生擔任實驗指導員，主要對實驗課程內開設的項目進行指導，讓學生花在必做實驗上的時間縮短，為開展的創新、設計型實驗留出更多的時間．開展的過程見圖1．

圖1　開展過程

方框圖說明：

(1)學生告知指導教師(導師)，導師聯系實驗室負責人．

(2)實驗室負責人通知聘請的實驗指導員．

(3)聘請的實驗指導員聯系實驗者進入實驗室．

(4)導師對進入實驗室的學生進行全面的監督(如儀器的安全、儀器的放置、實驗室的衛生、填表登記情況等)．

(5)實驗室負責人不定期檢查實驗室情況，若出現問題直接聯系導師．

學生學習的內容和時間有了更自由的選擇，實驗室儀器得以充分利用，大大提高了使用率．

4考核方式的探討

學生的實驗成績可由3部分構成，學生實驗考核總成績=平時成績(40分)+期末成績(40分)+創新、設計(20分)，具體分配見表2．

表2　學生成績考核分配

4.1學生的平時成績

學生的平時成績分為3部分：考勤、實驗預習成績、實驗報告成績．考勤占5分；實驗預習成績占10分；實驗報告成績占25分．實驗預習成績研究實驗次數和預習實驗書寫的實驗步驟兩部分組成．預習實驗要求學生書寫實驗的步驟．實驗報告成績由必做和選擇實驗報告兩部分組成．若實驗報告中有創新的給以適當加分．另外，對積極選做實驗的學生在總分上根據選做的多少、質量給予適當加分．

4.2期末考核成績

學生的期末考核成績由理論成績和操作成績組成．理論成績占期末考核的20分，理論考試的內容為學生做過的所有實驗聯系的理論知識．第一次上課時就告訴學生．由于涉及的知識面廣，學生就會在平時加強對每個實驗知識的積累．操作成績占期末考核的20分.在傳統的操作考試中，學生采用抽簽分組進行，由于時間的約束，學生單人考試的很少，即便如此，監考教師往往也要同時監考幾組，在監考中常常出現顧此失彼，特別在電磁學實驗(因要檢查線路)、光學實驗(要確定調節出的現象)中更明顯，這樣難以真正確定每一個學生的真實能力．現采用如下辦法進行效果將大大改變：延遲考核時間．首先，課程結束后，有一定時間讓學生溫習所做過的實驗．其次，考核分組，單人操作．學生和教師共同確定空余時間進行考前預約．最后，對考核實驗進行抽簽，多組考試同時進行(電磁學實驗、光學實驗可減少組數)．這樣教師就可以仔細觀察每個學生的操作過程，客觀、公正定出他們的操作成績．

4.3創新設計成績

這部分成績由口頭匯報和小論文(或實驗報告)形式體現，各占10分．

把學生的實驗考核評定細化后不但可以端正學生的學習態度，調動學生平時做實驗的積極性，還能真實地反映學生的實際學習效果，提高考試的可信度并能較好地體現學生的綜合素質和能力．

5結束語

為了培養高素質的具有創新能力、應用型人才，作為教師的我們在教學中要以學生為主，加強為他們服務的意識．注重基礎訓練，注重良好實驗素養的培養，注重培養學生在探索、實踐的過程中實驗能力的培養，以多種方式鼓勵學生進入實驗室進行各種研究．我們相信通過對基礎物理實驗的教學改革，不但可以讓學生通過對實驗思想的了解、實際的操作等一系列的訓練具備一定的實驗技能，具有利用實驗的過程和結果分析探究出物理規律的能力，而且還能為他們以后進行科研、學習和工作打下堅實的基礎．相信提升實驗教學的深度和廣度，對提高教學的質量和效果有良好的促進作用．

參 考 文 獻

1楊述武，等.普通物理實驗·力學、熱學部分(第四版).北京：高等教育出版社，2007

2楊述武，等.普通物理實驗·電磁學部分(第四版).北京：高等教育出版社，2007

3楊述武，等.普通物理實驗·光學部分(第四版).北京：高等教育出版社，2007

4朱鶴年.基礎物理實驗講義(第一版).北京：清華大學出版社，2013

5沈元華，等.基礎物理實驗(第一版).北京：高等教育出版社，2005

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