《大學物理實驗》課程學習過程中常見問題與分析

尹教建++張亞萍

【摘 要】《大學物理實驗》對大多數大學生來說是第一門實踐類的必修課程，學生在學習過程中遇到的問題較多。文章從實驗預習、實驗操作和實驗報告三個方面總結分析了學生常見的問題，并給出了正確的做法，希望為學生學習效率和綜合能力的提高提供有益的幫助。

【關鍵詞】《大學物理實驗》 常見問題 分析

《大學物理實驗》是各高校理工科非物理專業學生進行實驗基本訓練的一門獨立的必修課程，是學生進入大學后接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端[1]，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學科科學實驗的基礎[2]。這門課程一般在高校理工科非物理專業一、二年級開設[3]，是大多數學生接觸到的第一門實踐類課程。與理論課程相比較，《大學物理實驗》具有目的性強、內容廣泛、注重數據處理等特點[4]，學生在學習過程中具有更大的獨立性、自由性和探究性[5]。大多數學生對《大學物理實驗》的認識還停留在高中演示實驗階段，不適應《大學物理實驗》的課程特點，在學習過程中遇到了各種各樣的問題。本文對大學生在學習《大學物理實驗》過程中遇到的常見問題進行歸納總結并給出正確做法，希望能為學生的學習提供一定的指導。

一、實驗預習中的常見問題

預習是實驗中的重要環節[6]。實驗預習中的常見問題有：對實驗認識程度不夠；缺乏數據表格的設計。

實驗的課前預習對于完成實驗操作具有重要的意義。學生通過高質量的預習，能夠理解實驗項目的原理，掌握實驗中的關鍵步驟；能夠根據原理指導實驗操作，對實驗中出現的現象及時分析、糾正；能夠快速而順利地完成實驗操作，會有解決問題時的游刃有余感、克服困難的成就感；同時，理論聯系實際的能力、動手能力，以及發現問題、分析問題和解決問題的能力也會得到充分的鍛煉。反之，如果預習不夠充分，就會在實驗操作過程中處處碰壁，即使能夠勉強完成實驗，也會有很強的挫敗感。

預習也是鍛煉學生自學能力和設計能力的重要環節。而這種自學能力與操作儀器有著直接的關系。任何一個實驗項目對于學生來說都有嶄新的內容需要學習，學生在預習過程中需要消化這些嶄新的知識，并轉化成對實驗儀器的操作能力。同時，學生需要根據實驗內容，結合實驗原理完成對測量任務的預演，據此而設計合理的數據記錄表格。因此，實驗前的數據記錄表格設計體現了學生對于整個實驗內容的把握程度和設計程度。

基于上述原因，實驗預習要求寫出預習報告，報告內容包括實驗名稱、實驗目的、實驗原理、實驗內容和數據記錄表格。其中，實驗原理是關鍵部分，要求簡單明了，既不能把書上所有內容都抄下來，也不能只列公式，讓人看了不知所云。同時，數據表格需要單獨設計在一張紙上，這樣既可以鍛煉學生的設計能力，也能夠避免設計內容與教師要求不一致所帶來的問題。

二、實驗操作中的常見問題

實驗操作環節是各種實驗能力培養的直接環節。實驗操作中要求學生做到正確操作，認真觀測，拒絕作弊。實驗操作環節的基本順序是：教師檢查學生的預習情況及有效證件；教師對實驗原理、內容、實驗儀器等進行簡單講解，學生操作實驗并獲得實驗數據；教師檢查簽字；學生獲得原始數據。

操作過程中學生常見的問題有：發現儀器有問題而不及時與教師聯系；測量數據記錄不符合要求；未養成良好的實驗習慣等。

實驗過程中經常發現有些學生發現儀器有問題時不與教師及時聯系，以致影響了實驗操作的進程；甚至有的學生在實驗臨近結束時還沒有完成要求內容，這種情況下容易出現抄襲數據的現象。其主要原因是學生害怕儀器操作不當，損害儀器，會影響實驗操作分數。其實，任何儀器經過長期使用都會出現故障，這屬于正常現象。每個實驗項目都配有專業的實驗技術人員負責儀器的維護和維修，只要遵照教材上的實驗注意事項和教師的要求正常操作，就不會影響實驗操作的分數。另外，如果儀器出現故障，通過分析反常現象找出故障的原因，也是一種重要的實驗能力。

測量數據記錄不符合要求，主要表現在有效數字的記錄和表格規范性兩個方面。

（一）有效數字記錄的正確做法。在讀取有刻度或指針的儀表時，最小刻度以下應再估讀一位，正好是整刻度的，在估讀位上記“0”，當然，游標卡尺類的儀器除外；數字顯示儀表顯示值均為有效數字，不再估讀。多量程儀表要合理選擇量程，充分利用儀器精度，測量讀數有效數字位數最多，即在保證能夠測量出來的情況下，量程盡量小。

（二）數據表格的規范化要求。數據表格應欄目清楚，項目分明，寫明表的序號和名稱，標明物理量、單位及數量級，注明測量日期、說明和必要的實驗條件，不能使用鉛筆記錄數據。

良好的實驗習慣會使學生終生受益。常見的不良實驗習慣包括：不按要求整理實驗儀器，如儀器亂擺放，不拆連接的電路，儀器不關閉工作電源等；不整理操作臺衛生，如不清理桌面紙屑、橡皮泥，不打掃實驗室地面衛生等。學生在學習過程中要有意識地培養自己的科研素質和實驗作風，克服這些不良習慣。為了讓學生養成良好的習慣，教師應當時時注意給予學生適當的提醒。整理實驗儀器和打掃衛生等實驗素質培養一般占實驗操作成績的5%。

三、實驗報告中的常見問題

實驗報告是科技寫作的一部分，主要是訓練用科技語言進行科技寫作的能力。書寫實驗報告的基本要求是實事求是，嚴禁抄襲。

學生在實驗報告中常見的問題有：數據表格不進行重新整理，數據處理無過程；處理數據時有效數字不正確；作圖不規范。

（一）數據表格整理

書寫實驗報告時不重新整理數據是大多數學生的通病。這主要是由于學生對原始數據的作用認識不到位。原始數據的記錄與保存，是科學實驗的重要環節，是形成科研成果的重要基礎[7]。對原始數據進行進一步分析往往會得到更好的理論。比如第谷把一生的天文觀測資料留給了開普勒，開普勒經過20年的計算和整理，相繼發表了行星運動的第一、第二、第三定律[8]。此外，原始數據是學生完成實驗并獲得教師認可的證明，因此，不能在原始數據上進行任何的涂改，計算，否則視為作弊行為。由于不能在原始數據上進行計算，而原始數據又往往比較雜亂，因此書寫實驗報告時必須要重新整理實驗數據。

數據處理要有必要的過程，所謂有過程是指書寫公式，將數據代入公式，計算并得出結果的一系列過程。數據處理有過程使得實驗數據的處理顯得條理清晰，能夠方便地查到出現錯誤的計算環節，能夠容易確定計算結果的有效數位數，能夠有效避免學生在數據處理過程中的抄襲和偽造。

（二）處理數據中的有效數字問題

數據處理過程中的有效數字不正確是最常見的錯誤之一。實際上，只要記住以下幾個規定就能解決這個問題：1.中間結果和常數的有效數字一般比直接測量讀數的有效數字多取1～2位，有效數字取舍一般采用1/2修約規則；2.合成不確定度的有效數字一般只取一位，相對誤差的有效數字取兩位，有效數字取舍采用1/3修約規則；3.實驗結果的有效數字的末位與不確定度的末位對齊。

（三）作圖的規范化要求

正確規范的作圖基本要求包括：必須注明圖號和圖名；必須標明坐標軸物理量、單位和分度值；必須選用明顯的標志符號表示數據點，如“△、×、○、◇、□”等，不能用“·”；坐標軸的最小分度對應實驗數據的最后一位準確數位，可以適當放大或縮小倍數在10或0.1之內，如測量數位3.65cm，圖紙的最小刻度應為0.1cm；選擇合適坐標軸比例和原點位置，使圖線在圖紙中央；連線必須使用工具；圖解法必須在圖紙上標出求斜率的取點坐標，有效數字正確，且為接近實驗范圍兩端的兩個非實驗點，斜率和其他量的計算要有必要的過程，結果有單位，有效數字位數一般要多于測量數據的位數。

在上述作圖的規范中，學生最常見的錯誤有：沒有注明圖號名稱；數據點標志符號不明顯；圖解法時選取實驗點等。實際上，每種物理實驗教材上都有作圖及圖解法的例題。由于作圖以及圖解法有統一的要求，只要按照教材上的例題作圖，就能滿足作圖法的基本要求。

四、結束語

《大學物理實驗》對于大學生來說是一門極其重要的實踐類課程，涉及內容范圍廣泛，使用儀器種類較多，數據處理復雜，學生錯誤較多，給學生的學習帶來較多的困惑。本文從實驗預習、實驗操作和實驗報告三個方面總結了學生常見的問題，指出了某些實驗環節存在的意義，分析了出現問題的原因，并給出了正確的解決方法，希望為學生的學習提供有益的幫助。

【參考文獻】

[1]梁堅，周琦.構建創新型大學物理實驗模式的新思路[J].實驗科學與技術，2013，11（04）：259-260，286.

[2]張映輝.設計性研究性實驗題目設置和教學方法初探[J].大學物理實驗，2015，28（01）：107-109.

[3]宋家鰲，宋蓓.《大學物理實驗》課程特點與改革思路[J].延安大學學報（自然科學版），2003，22（01）：44-46.

[4]王娟.淺談大學物理實驗教學[J].黑龍江科技信息，2014（30）：159.

[5]王世建，富笑男.大學物理實驗教學特點與方法的研究[J].河南教育學院學報（自然科學版），2007，16（03）：61-63.

[6]李承躍，朱德軍.改進《大學物理實驗》預習教學方式[J].實驗科學與技術，2013，11（05）：262-265.

[7]方玉東，陳越，常宏建，等.科學研究中原始數據的記錄與保存[J].中國科學基金，2014（04）：276-280.

[8]夏萬根.回顧萬有引力定律的發現[J].物理教學，2013（03）.