大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論課教學(xué)探索與改革

熊翠秀

摘要：針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中存在的一些問(wèn)題，嘗試從大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的誤差理論教學(xué)開始進(jìn)行改革與實(shí)踐，提出從以下兩個(gè)方面進(jìn)行改革與嘗試：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論課安排在首次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后；用實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的具體數(shù)據(jù)處理加深對(duì)概念和方法的掌握。這些改革能有效促進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論；安排順序；實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

中圖分類號(hào)：N45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）24-0141-02

一、以往誤差理論課安排順序及存在的不足

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的培養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的基本技能和獨(dú)立思考能力，使他們學(xué)會(huì)分析問(wèn)題與解決問(wèn)題，將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，提高創(chuàng)新能力[1]。一般情況下，在學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)之前安排一次誤差理論課。

最初我校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論課由一個(gè)教師統(tǒng)一授課，所有班級(jí)都安排在周末，在每一輪開始上具體實(shí)驗(yàn)課前，授課教師輪流給不同的班級(jí)上誤差理論課。在這種模式下，只需要一個(gè)教師備課，減輕了部分教師的教學(xué)任務(wù)，但也存在明顯的不足，其中最突出的問(wèn)題是不好管理。由于教師和大部分學(xué)生基本沒(méi)有接觸過(guò)，并且在周末上課，因此很多學(xué)生不來(lái)上課，部分來(lái)上課的學(xué)生只是走過(guò)場(chǎng)，一少部分學(xué)生認(rèn)真聽課，但該課開在具體實(shí)驗(yàn)課之前，學(xué)生對(duì)誤差理論的基本概念及意義能基本理解，對(duì)于數(shù)據(jù)處理中不確定度的計(jì)算方法和具體意義難以理解。

為了便于管理和提高教學(xué)質(zhì)量，后來(lái)每個(gè)班的誤差理論課由相應(yīng)的理論課教師承擔(dān)，安排到實(shí)驗(yàn)課之前某一次正常的理論課上課時(shí)間，再把理論課推遲一次課結(jié)束。部分問(wèn)題得到了解決，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中還存在不少問(wèn)題，在筆者不斷調(diào)整實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式后，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量得到了一定的提高，但仍然有部分學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)處理存在問(wèn)題，對(duì)誤差分析和問(wèn)題討論沒(méi)有到位，教學(xué)質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。

在不斷思考、反省、探索后，筆者對(duì)所承擔(dān)理論課班級(jí)的誤差理論課授課時(shí)間和教學(xué)模式進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整方式如下。

二、對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論課的調(diào)整

1.安排順序的調(diào)整。基于上述問(wèn)題，筆者首次嘗試性的把誤差理論課調(diào)整到第一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成后的課余時(shí)間，而實(shí)驗(yàn)課的基本要求則在實(shí)驗(yàn)課前的《大學(xué)物理》理論課中強(qiáng)調(diào)。

一次實(shí)驗(yàn)課下來(lái)，學(xué)生對(duì)“這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用來(lái)做什么？如何處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？如何寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告？如何評(píng)價(jià)自己的一次實(shí)驗(yàn)？”等問(wèn)題一無(wú)所知，很迫切的要得到這些答案，因此都很積極的來(lái)上誤差理論課，大部分學(xué)生能帶著問(wèn)題積極投入到教學(xué)過(guò)程中，教學(xué)效果自然得到了提高。

2.教學(xué)模式的調(diào)整。以往上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論課，基本上采用灌輸模式，介紹基本概念、數(shù)據(jù)處理的基本知識(shí)及有效位數(shù)的取法等。調(diào)整了誤差理論課的順序后，誤差理論課前學(xué)生已經(jīng)得到了一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且產(chǎn)生了一系列的問(wèn)題。在這種情況下，采用學(xué)生與教師交替充當(dāng)教學(xué)活動(dòng)主體的教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。具體做法如下。

（1）交代教學(xué)任務(wù)。開始上課時(shí)交代教學(xué)任務(wù)：①學(xué)會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；②能夠根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，合理評(píng)價(jià)自己的實(shí)驗(yàn)；③了解實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本組成。該過(guò)程不傳授任何知識(shí)，但這個(gè)過(guò)程很重要，該過(guò)程做好了，學(xué)生對(duì)本次課的學(xué)習(xí)任務(wù)就很明確，同時(shí)也能提出新問(wèn)題，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）簡(jiǎn)單介紹測(cè)量及測(cè)量誤差的基本概念。結(jié)合已做的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，引導(dǎo)學(xué)生理解測(cè)量的概念，并根據(jù)所用儀器的特征，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)測(cè)量進(jìn)行分類。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生給出測(cè)量誤差的概念，簡(jiǎn)單介紹各類誤差的特性，并對(duì)其進(jìn)行分類及各類偏差的基本計(jì)算方法，重點(diǎn)分析不確定度的意義及測(cè)量結(jié)果的表達(dá)方式。

（3）介紹有效數(shù)字，討論有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則。對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量結(jié)果，由于沒(méi)有充分理解誤差、不確定度的含義，學(xué)生會(huì)誤認(rèn)為保留的小數(shù)位數(shù)越多數(shù)據(jù)就越準(zhǔn)確。因此，要特別強(qiáng)調(diào)測(cè)量數(shù)據(jù)末位的意義，通過(guò)實(shí)例進(jìn)一步引導(dǎo)各類運(yùn)算中可疑位的傳遞方式，啟發(fā)學(xué)生總結(jié)出各類運(yùn)算中有效數(shù)字的運(yùn)算規(guī)則。