物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)方式之探討

楊津生　張麗珠

摘要：從學(xué)生和教師兩個(gè)角度出發(fā)，探討改進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)、提高物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)水平的若干措施，并指出實(shí)驗(yàn)教學(xué)要以學(xué)生為本，從各個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新精神及實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；探索精神

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》作為大學(xué)生進(jìn)校后的第一門科學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，不僅應(yīng)讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法及技巧，更主要的是要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析及解決實(shí)際問(wèn)題的能力，特別是與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展、科技進(jìn)步的創(chuàng)新能力。為了適應(yīng)培養(yǎng)面向21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)人才的需要，我院確立對(duì)大學(xué)生實(shí)行“雙證書”和“本科加技師”的培養(yǎng)方向。隨著社會(huì)的發(fā)展、科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以及儀器設(shè)備的智能化，學(xué)生的動(dòng)手能力、獨(dú)立思考能力以及解決實(shí)際問(wèn)題的能力若沒(méi)有一個(gè)良好的培養(yǎng)環(huán)境，將導(dǎo)致學(xué)生綜合創(chuàng)造能力的下降。因此，實(shí)驗(yàn)課程對(duì)于學(xué)生能力的培養(yǎng)顯得更迫切。那么，如何教好、學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)課，這無(wú)疑是擺在教師和學(xué)生面前的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題。筆者認(rèn)為，一方面，要充分調(diào)動(dòng)每個(gè)學(xué)生的主觀能動(dòng)性和內(nèi)在潛質(zhì)；另一方面，要改進(jìn)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，為學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)課營(yíng)造良好的氛圍。

提高認(rèn)識(shí)是學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)課的關(guān)鍵所在

首先，應(yīng)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物理實(shí)驗(yàn)對(duì)物理學(xué)乃至其他學(xué)科有著不可估量的作用。物理概念的建立、物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)、物理理論的形成，都必須以嚴(yán)格的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，并為以后的科學(xué)實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證?；仡櫸锢韺W(xué)的歷史，自伽利略開創(chuàng)完整的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法以來(lái)，人們依靠科學(xué)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)（現(xiàn)象)的觀察到理論（假設(shè)）的提出到實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，不斷地發(fā)現(xiàn)真理和檢驗(yàn)真理。物理學(xué)發(fā)展史上許多著名的理論，如牛頓運(yùn)動(dòng)定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等，都是借助于實(shí)驗(yàn)建立起來(lái)的，而愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論，如質(zhì)速關(guān)系，每天都經(jīng)受著實(shí)驗(yàn)的考驗(yàn)?？梢哉f(shuō)，物理學(xué)本身就是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，它與實(shí)驗(yàn)是密不可分的。

其次，物理實(shí)驗(yàn)課中誤差理論、數(shù)據(jù)處理知識(shí)、各種實(shí)驗(yàn)方法以及各種測(cè)量手段等知識(shí)在今后專業(yè)課學(xué)習(xí)和科學(xué)研究中都是離不開的。尤其是學(xué)會(huì)各種儀器儀表的使用和具有調(diào)試能力以及形成良好的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣、培養(yǎng)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，將會(huì)使學(xué)生終生受益。

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度

物理實(shí)驗(yàn)是人們運(yùn)用科學(xué)儀器來(lái)揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、特性以及各種物理現(xiàn)象之間關(guān)系的一種科學(xué)活動(dòng)，其基本方法是觀察和測(cè)量。它要求學(xué)生通過(guò)觀察和測(cè)量，從物理現(xiàn)象中獲得真實(shí)的信息。它可以培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格地遵從事實(shí)、嚴(yán)肅認(rèn)真地獲得真實(shí)信息的態(tài)度。物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程還是理論與實(shí)踐密切結(jié)合的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)的操作既是動(dòng)手的技能活動(dòng)過(guò)程，又是充滿理性的思想活動(dòng)過(guò)程，所以，它還能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的良好學(xué)風(fēng)。

培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課的興趣

興趣是學(xué)習(xí)的最直接動(dòng)力。學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)可以從以下幾個(gè)方面著手。

引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感、電子、數(shù)字化等技術(shù)相結(jié)合，可以形成嶄新的方法和技術(shù)，這些技術(shù)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程的監(jiān)控、測(cè)量數(shù)據(jù)的采集和分析處理乃至測(cè)試過(guò)程的自動(dòng)化等方面顯示出顯著的優(yōu)越性，這是對(duì)傳統(tǒng)手工實(shí)驗(yàn)方式的挑戰(zhàn)。在物理實(shí)驗(yàn)中引入計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)會(huì)極大地激發(fā)大學(xué)生學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)課的興趣，有兩方面的作用。（1）將計(jì)算機(jī)物理仿真實(shí)驗(yàn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。物理仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)把實(shí)驗(yàn)設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)及學(xué)生操作有機(jī)地融合為一體，形成了一部可操作的物理實(shí)驗(yàn)教科書，擴(kuò)大了物理實(shí)驗(yàn)的空間，打破了教與學(xué)、理論與實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)與課外的界限。它作為一種理想的教學(xué)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)工具、學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情趣激勵(lì)工具，可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性。通過(guò)計(jì)算機(jī)物理仿真演示，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的物理思想和方法、儀器的結(jié)構(gòu)及原理的理解可以達(dá)到實(shí)際實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果，實(shí)現(xiàn)了培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技能、深化物理知識(shí)的目的，大大提高了物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效率。例如，分光計(jì)的使用和調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)，如果以簡(jiǎn)單的說(shuō)教方式進(jìn)行，學(xué)生難以理解，且操作不理想，可利用物理仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件給學(xué)生演示分光計(jì)的調(diào)節(jié)，從而使學(xué)生能夠較好地掌握分光計(jì)的正確調(diào)節(jié)，達(dá)到良好的課堂教學(xué)效果。（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析。在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析是必不可少的。有一些處理比較繁雜，手工計(jì)算很困難，改用計(jì)算機(jī)來(lái)做就容易得多，例如密立根油滴實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理。

利用物理演示實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué) 利用物理實(shí)驗(yàn)演示室的設(shè)備，結(jié)合一定的物理背景進(jìn)行教學(xué)。這種教學(xué)模式為學(xué)生創(chuàng)設(shè)一種真實(shí)而生動(dòng)的物理情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲和探究熱情。這種教學(xué)模式在國(guó)內(nèi)外正受到越來(lái)越多的關(guān)注。大部分演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是屬于趣味性強(qiáng)的定性半定量實(shí)驗(yàn)。所謂定性半定量實(shí)驗(yàn)是近幾年提出來(lái)的，而實(shí)際上在物理學(xué)的發(fā)展史上，很多著名的物理實(shí)驗(yàn)都是屬于定性半定量的實(shí)驗(yàn)，例如伽利略的比薩塔實(shí)驗(yàn)、盧瑟福發(fā)現(xiàn)原子核的實(shí)驗(yàn)等。定性半定量實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是對(duì)實(shí)驗(yàn)要求的精度不是很高，有效數(shù)字也不多，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單精巧，能以較小的代價(jià)得到事半功倍的效果。另外，任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)都有一個(gè)提高實(shí)驗(yàn)精度、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器、拓展實(shí)驗(yàn)成果的應(yīng)用范圍以及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想等問(wèn)題。因此，要想出色地完成一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，是不容易的。學(xué)生只要深入其中，就會(huì)發(fā)現(xiàn)很多奧秘，這些都能激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。

提高自學(xué)能力，掌握全新的學(xué)習(xí)方法

由于物理實(shí)驗(yàn)是一門獨(dú)立設(shè)課、單獨(dú)計(jì)分、以提高學(xué)習(xí)技能為主的課程，所以，學(xué)生難免有一段不適應(yīng)期。如何盡快度過(guò)這一短暫的時(shí)期，使學(xué)習(xí)納入正軌呢?這就需要加強(qiáng)和提高學(xué)生的自學(xué)能力。物理實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)是教師講得少、學(xué)生實(shí)踐多。實(shí)驗(yàn)本身就是學(xué)生對(duì)儀器的調(diào)試、對(duì)數(shù)據(jù)的測(cè)量。如若學(xué)生不提前預(yù)習(xí)，就不能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。而預(yù)習(xí)的效果就全靠自修能力了。普通物理學(xué)和物理實(shí)驗(yàn)是兩門并行的課程，所以，普通物理學(xué)尚未學(xué)到或根本不學(xué)的內(nèi)容，物理實(shí)驗(yàn)完全可能涉及。這也需要學(xué)生有較強(qiáng)的自學(xué)能力，只有這樣才能讀懂教材，作好預(yù)習(xí)。物理實(shí)驗(yàn)教材的預(yù)習(xí)，必須注意方法，即應(yīng)抓住最主要、最本質(zhì)的東西，對(duì)全部?jī)?nèi)容要有所側(cè)重，有所取舍，可以跳過(guò)一些非重點(diǎn)的內(nèi)容。物理實(shí)驗(yàn)教材關(guān)鍵的內(nèi)容是測(cè)量什么物理量，如何測(cè)量，使用什么儀器，如何調(diào)試，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和誤差計(jì)算，如何保證實(shí)驗(yàn)精度等。學(xué)生在今后的工作崗位上，時(shí)時(shí)會(huì)面對(duì)陌生的儀器和設(shè)備，會(huì)接手全然不知的科研課題，因此，大學(xué)生必須具備閱讀科研資料的能力，必須具備調(diào)試儀器設(shè)備的能力。而這些能力，應(yīng)該從現(xiàn)在開始培養(yǎng)和鍛煉。

培養(yǎng)良好素質(zhì)，形成良好習(xí)慣

物理實(shí)驗(yàn)是人們運(yùn)用科學(xué)儀器來(lái)揭示物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律特性和各種物理現(xiàn)象之間關(guān)系的一種科學(xué)活動(dòng)，其基本方法是觀察和測(cè)量。它要求學(xué)生通過(guò)觀察和測(cè)量，從物理現(xiàn)象中獲得真實(shí)的信息。因此，良好的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，是學(xué)好物理實(shí)驗(yàn)課不可忽視的因素。必須從物理實(shí)驗(yàn)課的第一天起，就有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格地遵從事實(shí)、嚴(yán)肅認(rèn)真獲得真實(shí)信息的態(tài)度，有意識(shí)地讓學(xué)生形成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。比如，實(shí)驗(yàn)前必須記錄實(shí)驗(yàn)儀器儀表的名稱、數(shù)量、型號(hào)、精度等級(jí)以及擺放位置等，實(shí)驗(yàn)完成后必須清點(diǎn)并放回原處。又如，記錄數(shù)據(jù)必須字跡清楚，寫入事先劃好的表格內(nèi)，絕不可人為更改。對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象一定要查出原因，并做出正確解釋。例如，數(shù)學(xué)家貝塞爾在測(cè)量天狼星的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，發(fā)現(xiàn)它不是平滑的而是波浪形的，他懷疑有一顆星緊挨著它，經(jīng)過(guò)詳細(xì)的計(jì)算，貝塞爾預(yù)言了這顆星的存在。在貝塞爾逝世十六年后，美國(guó)人果然發(fā)現(xiàn)了這顆新星——天狼伴星。所以，一個(gè)大學(xué)生必須具備敏銳的洞察力和勇于探索的精神，絕不放過(guò)一個(gè)看似平常卻可能蘊(yùn)含著重大發(fā)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或測(cè)量數(shù)據(jù)，只有在學(xué)生時(shí)代養(yǎng)成良好的素質(zhì)，形成良好的習(xí)慣，將來(lái)才會(huì)大有作為。

合理利用反饋信息

讓學(xué)生及時(shí)了解自己的學(xué)習(xí)結(jié)果稱之為及時(shí)反饋。這種反饋使學(xué)生既能看到自己的進(jìn)步，提高學(xué)習(xí)熱情，增加努力程度，又能看到自己的不足，激起上進(jìn)心，克服缺點(diǎn)，改正錯(cuò)誤。反饋的內(nèi)容主要是教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的批改、學(xué)生的自我檢查以及學(xué)生間的相互檢查。反饋的作用不僅使學(xué)生了解自己是否達(dá)到了目標(biāo)，而且使其了解離目標(biāo)還差多遠(yuǎn)。學(xué)生因成功地完成了實(shí)驗(yàn)而意識(shí)到自己已經(jīng)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，這種信息的反饋會(huì)強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的記憶，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。在整個(gè)過(guò)程中，教師起著“導(dǎo)演”的作用。教師的控制和引導(dǎo)作用非常關(guān)鍵，如果處理不好，會(huì)使學(xué)生在學(xué)習(xí)中迷航，或者適得其反，會(huì)直接影響教學(xué)效果。因此，教師應(yīng)該合理利用學(xué)生的反饋信息，不斷強(qiáng)化學(xué)習(xí)過(guò)程，從而達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果。

從根本上說(shuō)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)要以學(xué)生為本，從各個(gè)方面培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素質(zhì)、創(chuàng)新精神及實(shí)踐能力。通過(guò)加強(qiáng)上述幾項(xiàng)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)措施，提高了教學(xué)質(zhì)量，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和探索的積極性，提高了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，同時(shí)使物理實(shí)驗(yàn)成為一門真正具有指導(dǎo)和實(shí)踐意義的學(xué)科。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉金環(huán)．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革與建設(shè)研討[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2005，（1）．

[2]盛霞.淺談大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與改革[J].四川教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，22（Z1）.

[3]鄧于，劉宏.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].渝西學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，（4）.

作者簡(jiǎn)介：

楊津生（1956—），男，天津工程師范學(xué)院高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)榇髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)。

（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）