淺談大學生實驗素養的培養

張倫 于建勇 李艷 郭三棟 渠立成

摘 要：大學物理實驗是大學生在高校從事科學實驗的起步，因此，如何通過該課程培養大學生良好的實驗素養是一個值得深思的課題。此文以該校工科大學物理實驗教學為例，首先闡述了當前低年級學生在實驗素養方面存在的不足之處。其次，針對前面提及的幾個問題提出解決方案，即培養學生嚴謹的實驗態度和迎難而上的實驗精神，培養學生系統的實驗思想和良好的實驗習慣以及增強學生的主觀能動性。

關鍵詞：大學物理實驗 實驗素養 不足之處 解決方案

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0109-03

Abstract：It is the first step that university students are engaged in scientific experiment in college physics experiment course. Therefore，it is worthy to study how to cultivate good experimental literacy for students in this course.In this paper，we take the engineering students of our university for example on the basis of physics experiment teaching.It is clarified firstly that the experimental literacy of junior students is not good enough in some aspects at present.Then some solutions are presented according to above shortcomings by cultivating rigorous attitudes，brave spirit，system thought，good habbit and subjective initiative of students in the experiments.

Key Words：College Physics Experiment；Experimental Literacy；Shortcomings；Solutions

物理學是一門建立在實驗基礎上的學科，因此，物理實驗在物理學的發展中起到舉足輕重的作用。高校作為國家培養人才的基地，源源不斷地向社會各個領域輸送人才。因此，高等教育歷來受到各界人士關注，歷經改革，目的是更好地為國家培養結構合理、素質優良的優秀人才，不斷滿足社會需求。優良的實驗素養是各類人才應該具備的素質，然而，良好的科學素質的培養不是一蹴而就的，而是潛移默化的過程。大學物理實驗這門課程則是學生大學期間從事科學實驗的起步，其宗旨是讓同學掌握基本的實驗知識和基本實驗方法以及培養學生的實驗技能和實驗素養。因此，大學物理實驗教學改革一直受到廣大高校教師的重視和研究[1-5]，實驗教學手段日趨多樣化，水平隨之提高。

然而，當前大學物理實驗教學仍然存在一些問題需要進一步解決。以該校工科大學生為例，筆者在教學中發現當前低年級大學生缺乏一定的實驗素養。科學的實驗素養對于大學生日后的學習深造或工作具有深遠影響，學生一旦擁有良好的實驗素養，會受益無窮。因此，該文目的是從嚴謹的實驗態度和迎難而上的實驗精神、系統實驗思想的建立、良好實驗習慣的養成以及較強的主觀能動性的形成等方面來淺顯地談談低年級大學生實驗素養的培養。

1 當前低年級大學生實驗素養的幾個不足之處

分析認為當前該校低年級大學生在實驗素養方面主要存在以下幾個方面的不足。

（1）缺乏嚴謹的實驗態度。筆者在實驗教學中發現只有少數學生會主動注重實驗結果的合理性，認真多次做實驗，直至得到合理結果；而多數學生則是做完實驗，記錄得到實驗數據，就算大功告成，急于離開實驗室。

（2）缺乏迎難而上的實驗精神。從多年來的選課結果來看，學生普遍喜歡選做容易操作的實驗，盡量回避操作相對較難的光學實驗。而且，自從去年個人選課系統啟用后，光學實驗越發受冷落，其中，以分光計測光柵常數和分光計測三棱鏡玻璃折射率這兩個實驗最為典型。如果有其它實驗可選的情況下，選這兩個實驗的同學很少。

（3）相對系統的實驗思想尚未形成。學生實驗思想的形成不是一蹴而就的，需要長時間的積累。經典性實驗、認知性實驗、綜合性和設計性等各類實驗都能培養學生的實驗思想，但筆者認為綜合性和設計性實驗更能訓練學生的思維方式。以磁懸浮導軌動力學實驗為例，筆者發現學生缺乏基本的實驗思想，如分組思想等。在磁懸浮導軌上可以做多項內容，其中有一項實驗內容是研究速度和位移的關系，因為研究兩個量之間的關系，就不能允許其他物理量變化，即初速度和加速度不能改變。雖然課上強調，少數同學在實驗中仍然會改變初速度和加速度，實驗數據雜亂無章，不能進行數據分析。

（4）良好的實驗習慣尚未養成。良好的實驗習慣不僅決定著實驗的成敗，而且對學生日后的工作或進一步深造有著深遠影響。好的實驗習慣有很多，如：勤記數據、愛思考、仔細觀察實驗現象等。這里仍然以磁懸浮實驗中的速度和位移關系研究為例，該項內容通常要求學生記錄5組數據進行研究，但是，學生經常會做錯一組或幾組，需要重做。如果學生記錄的數據齊全，只需把做錯的實驗重做即可；遺憾的是少數同學有時忘記記錄斜坡的傾角，致使5組實驗全部重做，費時費力。

（5）主觀能動性發揮不足。由于經典性實驗、簡單驗證性和認知性實驗偏多，而且實驗步驟寫得比較詳細，學生只要按照實驗講義上的內容一步一步地操作，就能輕松地得到實驗結果。這使得學生在實驗過程中不愛思考，只是機械地記錄數據，甚至不主動分析實驗數據是否合理。此外，在實驗操作中，學生常顯得束手束腳，在實驗步驟上不敢做改進的嘗試，極少有實驗方法的創新。

2 培養大學生實驗素養的方案探討

針對上述大學物理實驗教學中存在的問題，為了更好地培養大學生的科學實驗素養，應該合理地安排實驗，課上加強引導，多方位多角度地培養學生的實驗能力和實驗技巧。分析認為可以從以下幾個方面著手。

（1）師生共同努力培養學生嚴謹的實驗態度。

培養學生嚴謹的實驗態度需要師生的共同努力，教師需要耐心引導，學生需要積極配合、認真對待。以雙棱鏡干涉實驗為例，為了測量入射光的波長，第一步需要測出干涉條紋間距，然后測量像距及其他參量。如果第一步結果出錯，最終的結果必然是錯的。為了及時發現錯誤，教師可以中途檢查所有同學的第一步實驗結果，結果正確的同學才可以進行下一步操作。這樣就可以把錯誤扼殺在搖籃里。而且仍要告訴同學第一步出錯很容易造成待測光波長不是可見光，實驗結果嚴重偏離事實。再比如，分光計測光柵常數的實驗中，學生因不知道衍射角的幾分偏差會對實驗結果有什么影響，常常不在意這個誤差，教師可以告訴幾分誤差最終會造成多大誤差，引起同學重視。當教師發現同學實驗數據錯誤需要讓其要重做時，溫和的語氣可能比命令的口吻要好一點，通過課上的點點滴滴來培養學生正確的實驗態度。

（2）教師正面引導培養學生迎難而上的實驗精神。

針對前面提到的學生不愛選較難實驗的這一現象，筆者認為教師可以從正面加以引導。一是教師在緒論課上可以告訴同學，較難的實驗更利于培養個人的動手能力。如分光計實驗雖然難，但可以提高動手能力，且促進學生理解理論課所學內容。二是在教師課后與學生談心的過程中，可以從自身的學習體會中對學生加以引導。必要時，可以將學生不太愛選做的實驗設置成必修實驗，加以有效的督促。

（3）增加設計性、綜合性實驗培養學生的實驗思想。

學生實驗思想的培養是一個全面系統的工程，需要對實驗進行精挑細選，多方位多角度對學生進行訓練和引導，甚至單單一門大學物理實驗課程難以完成此重任。各類實驗都能從不同角度、不同層次培養學生的實驗思想，其中設計性和綜合性實驗更能培養學生的思想。分析認為，可以挑選原理和內容相對簡單的綜合性實驗來培養一些樸素而又重要的實驗思想。例如：磁懸浮導軌動力學實驗內容和原理雖然簡單，學生高中就學過，但其中暗含重要的實驗思想，如：分組思想等。在實驗中如何研究兩個物理量之間的關系，如何才能減小實驗誤差，如何能夠快速檢查實驗結果的合理性，如何找出實驗錯誤的原因，都需要一定的實驗思想作指導。

然而，實驗思想不是通過一個實驗就能形成，需要做多個實驗，進行多次訓練。因此，可以適當選一些原理和內容相對簡單實驗來訓練學生的思維方式。為什么要選原理簡單、內容為學生熟悉的實驗呢？因為實驗原理較難，學生的重心容易轉向實驗原理的理解，短短三節課既要理解原理，又要訓練實驗思想不太現實。比較可行的辦法是弱化原理本身，在課堂教學中把重心放在各種實驗思想的培養上。至于開設哪些實驗需要進一步地調研。

為了促進學生實驗思想更好地形成，可以開設選修實驗或創新實驗，將大學生科研訓練和大學物理實驗相結合，讓學生根據自己專業或愛好進行選題，自主設計實驗內容。然后教師在實驗過程中對學生進行實驗內容或實驗方案的調整。

（4）教師潛移默化地熏陶培養學生良好的實驗習慣。

培養學生良好的實驗習慣，不是朝夕之功，需要實驗教師在課堂教學中潛移默化地熏陶培養。通過一、兩個實驗不可能培養出良好的實驗習慣，實驗習慣的養成需要教師長期的點滴指導，發現學生實驗中表現出的不良習慣，需要教師隨時隨地的指正，如學生不善于記錄數據時，告訴同學為什么要盡可能地多記實驗條件；學生不愛思考時，給他提幾個問題思考；學生不愛觀察實驗現象時，給他說明為什么要注重實驗現象的觀察；學生粗心大意時，給他說明認真細致的重要性。

（5）放開手、充分調動學生的主觀能動性。

在實驗中賦予學生更多的自由，將會有助于學生主觀能動性的發揮。實驗步驟寫得過于詳細，不利于學生主觀能動性的調動。當然，在上學期開出的實驗中，詳細的步驟也是必須的，畢竟學生此前受過的實驗訓練不多。但隨著學生實驗次數的增加和實驗能力的提高，一方面可以增加一些選作實驗項目，不給詳細的實驗步驟，給同學留有思考的空間；另一反面，教師可以根據課堂進度提出一些小問題，讓學生思考并解決。

改變教師授課為主的方式，采用互動授課方式。比如，每個實驗都暗含著一個設計思想，對于設計相對簡單的實驗，教師可以提出問題：“同學們，如果讓你們來設計這個實驗，你們怎么設計呢？”。讓同學思考片刻，或暢談自己的方法后，最后教師給出答案。這樣，可以有效激發同學思考，增強其實驗的主人翁意識。此外，建議學生在小結里寫出自己做實驗的感受以及對實驗方法和實驗儀器進行改進的方法等，也可以調動學生的積極性。

3 結語

綜上所述，該文闡述了當前低年級大學生在實驗素養方面的不足之處，提出培養學生素養的探討方案，歸納為以下幾點：（1）師生共同努力培養學生嚴謹的實驗態度。（2）教師正面引導培養學生迎難而上的實驗精神。（3）增加設計性、綜合性實驗培養學生的實驗思想。（4）教師潛移默化地熏陶培養學生良好的實驗習慣。（5）放開手、充分調動學生的主觀能動性。

參考文獻

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