物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與研究

劉芬芬 張 勇

摘 要:該文介紹了物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),論述了開展實(shí)驗(yàn)的背景和必要性。通過教學(xué)實(shí)踐,討論了實(shí)驗(yàn)課程的目的及實(shí)施方法?？偨Y(jié)了教學(xué)過程中存在的幾個(gè)問題及解決方案。

關(guān)鍵詞:物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新意識(shí) 創(chuàng)新能力 科研能力

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是一門實(shí)踐科學(xué),物理實(shí)驗(yàn)的思想、方法、技術(shù)和裝置常常是自然科學(xué)研究和工程技術(shù)發(fā)展的增長點(diǎn)。物理實(shí)驗(yàn)在科學(xué)發(fā)展過程中有著舉足輕重的地位,其完善的基本概念、基本理論、基本方法、基本手段和精密的測試技術(shù),已經(jīng)成為其他自然科學(xué)研究的基礎(chǔ)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是高等工科院校獨(dú)立開設(shè)的必修實(shí)踐課程,物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中的重要內(nèi)容之一,介于基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)研究之間,是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)和深入,是學(xué)生獨(dú)立提出實(shí)驗(yàn)題目并進(jìn)行設(shè)計(jì)制作過程的實(shí)驗(yàn)課程。以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)作風(fēng)、科學(xué)的思維方法和綜合分析解決問題的能力為目的。

一、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)

本課程是在開設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程之后,開設(shè)的選修課,通過前期大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,學(xué)生已經(jīng)掌握了實(shí)驗(yàn)理論、基本實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容,具備了較扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、知識(shí)及能力。實(shí)驗(yàn)課題,一般由實(shí)驗(yàn)室提出,涉及力、熱、電磁學(xué)、光學(xué)等學(xué)科,具有綜合應(yīng)用性、設(shè)計(jì)性和實(shí)踐性。物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要涉及改造型和制作型實(shí)驗(yàn),內(nèi)容是學(xué)生自己選擇和設(shè)計(jì)的,貼近生活實(shí)際,涉及實(shí)驗(yàn)設(shè)備、生活用具的改造和設(shè)計(jì)制作以及實(shí)驗(yàn)裝備的配套測試儀器設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)條件,結(jié)合各自的專業(yè)特點(diǎn),提出感興趣、有價(jià)值、可行性強(qiáng)的設(shè)計(jì)項(xiàng)目,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成研究、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、總結(jié)等過程。

二、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)實(shí)踐

1.物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的實(shí)施方法

物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式主要是實(shí)行導(dǎo)師制,以學(xué)生為主體,教師為主導(dǎo)。1個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1個(gè)導(dǎo)師,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室條件允許下,自選實(shí)驗(yàn),獨(dú)立地完成實(shí)驗(yàn),2～3人一組,實(shí)行分工合作的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn),每位學(xué)生分工明確。本課程有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力和團(tuán)隊(duì)合作精神,全面調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。學(xué)生獨(dú)立自主地完成設(shè)計(jì)、制作和組裝,并合理測試儀器性能參數(shù),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,找到問題原因并逐步完善;實(shí)驗(yàn)結(jié)果以論文形式完成。

2.物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的流程

物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有以下幾個(gè)基本程序:課題選擇、實(shí)驗(yàn)方案的提出、實(shí)驗(yàn)方案的論證、實(shí)驗(yàn)方案的修改、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、論文撰寫、論文答辯。物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)流程,如圖1所示。

課題的選擇是整個(gè)課程的關(guān)鍵,課題選擇是否合適直接影響到實(shí)驗(yàn)是否能夠達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)和要求。選題的原則應(yīng)在課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,適當(dāng)高于所學(xué)知識(shí),結(jié)合科研要求,體現(xiàn)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造性和研究性。

選題后,教師要指導(dǎo)學(xué)生廣泛查閱相關(guān)的資料,如實(shí)驗(yàn)方面的圖書、報(bào)刊資料以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資料等,掌握前沿知識(shí)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的和要求,在選定設(shè)計(jì)題目后,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)知識(shí)準(zhǔn)備,收集資料,根據(jù)物理學(xué)原理及相關(guān)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí),建立合理的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｍㄟ^分析比較,選擇出一種實(shí)驗(yàn)上可行,能夠保證測量精度的最佳實(shí)驗(yàn)方案。提出初步實(shí)驗(yàn)方案后,要對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行論證,考察所提出的方案是否可以實(shí)現(xiàn),能否達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求,實(shí)驗(yàn)測量裝置是否合理,是否可以達(dá)到所要求的精度等。在論證過程中發(fā)現(xiàn)問題,要修改實(shí)驗(yàn)方案。方案通過課題組集體論證、審批后,學(xué)生前往實(shí)驗(yàn)中心進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)操作,如果在實(shí)驗(yàn)操作過程中發(fā)現(xiàn)新問題,要重新修改實(shí)驗(yàn)方案,如調(diào)整實(shí)驗(yàn)條件、改換儀器或改變測量方法等。再重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作測量,記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論,寫出實(shí)驗(yàn)論文,提高學(xué)生的科技論文撰寫能力。論文撰寫完成后進(jìn)行論文答辯,讓學(xué)生講解自己的設(shè)計(jì)思想,實(shí)驗(yàn)過程中遇到的問題和解決方法,以及實(shí)驗(yàn)成果。整個(gè)課程的思想主體是初步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力、工程實(shí)踐能力及初步的科研能力和科學(xué)論文撰寫能力,為學(xué)生將來的學(xué)習(xí)、工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的問題及解決方法

我校開設(shè)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課已近3年,經(jīng)過3年的實(shí)踐與探索,本校取得顯著的成果,發(fā)表了一定數(shù)量高水平的論文,得到了全院師生的好評(píng)。但是還存在一些問題,其中最明顯的問題有以下3個(gè)方面:

1.開設(shè)時(shí)間太短

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程為20學(xué)時(shí),一般安排5～6周的時(shí)間,在一個(gè)多月的時(shí)間內(nèi),學(xué)生要進(jìn)行選題、收集資料、設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)操作、論文撰寫、論文答辯,學(xué)生普遍感到時(shí)間倉促,導(dǎo)致不能對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究和改進(jìn)提高。我們正在探索延長物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的時(shí)間至一個(gè)學(xué)期,使學(xué)生有充分的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)和思考,從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。

2.導(dǎo)師引導(dǎo)不及時(shí)

物理物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開始之初,強(qiáng)調(diào)發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性,充分尊重學(xué)生的興趣和特長,鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性張揚(yáng),全面調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性,對培養(yǎng)學(xué)生形成自我約束、自我激勵(lì)、敢于競爭、勇于創(chuàng)新的優(yōu)良學(xué)風(fēng)起到了積極作用。但是,忽略了老師的引導(dǎo)作用,從而導(dǎo)致部分能力不強(qiáng)的學(xué)生感覺吃力,甚至實(shí)驗(yàn)失敗,所以教師應(yīng)該因材施教,對能力稍差的學(xué)生多鼓勵(lì)和指導(dǎo),幫助他們選題甚至設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)過程中多輔導(dǎo),對能力較好的學(xué)生鼓勵(lì)他們多方面地思考問題,選出最佳設(shè)計(jì)方案,提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。

3.學(xué)生成績的評(píng)定不規(guī)范

實(shí)驗(yàn)成績的考核是否合理,直接關(guān)系到學(xué)生的積極性,繼而關(guān)系到整個(gè)實(shí)驗(yàn)的成敗。所以實(shí)驗(yàn)成績考核應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)知識(shí)準(zhǔn)備,實(shí)驗(yàn)方案論證,實(shí)驗(yàn)操作,論文撰寫,論文答辯等環(huán)節(jié)綜合評(píng)價(jià),成績按優(yōu)、良、合格、和不合格幾個(gè)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極主動(dòng)性。

四、結(jié)束語

本課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生獨(dú)立自主地完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、結(jié)果分析,培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考的能力,工程實(shí)踐能力,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)分析能力。培養(yǎng)學(xué)生開拓創(chuàng)新能力。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的工作作風(fēng)和勇于探索的創(chuàng)新精神。物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是開展素質(zhì)教育、創(chuàng)新教育的重要實(shí)踐環(huán)節(jié),對于學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力和科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)具有十分重要的意義。

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