研究性學習在大學物理實驗教學中的實踐與思考

趙敏福,張 波,楊 歡,鄧少霞,鄒俊峰

(皖西學院基礎實驗中心,安徽六安237012)

研究性學習在大學物理實驗教學中的實踐與思考

趙敏福,張 波,楊 歡,鄧少霞,鄒俊峰

(皖西學院基礎實驗中心,安徽六安237012)

結(jié)合大學物理實驗教學,就如何引導學生開展研究性學習進行了有益的探索。實踐結(jié)果表明:通過研究性學習,可以加強學生自主學習興趣;提高動手能力,發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力;增強團結(jié)協(xié)作精神。研究性學習是提高創(chuàng)新能力的有效手段。

研究性學習;物理實驗;素質(zhì)教育;創(chuàng)新能力

研究性學習是大學生素質(zhì)拓展計劃的重要組成部分,是提高素質(zhì)教育的有效手段。研究性學習是指學生在教師的指導下,結(jié)合課程教學,從學習、生活和社會活動中選擇研究專題,獨立或小組合作的形式進行類似科學研究的方式,主動地獲取知識、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的學習活動[1]。它是以培養(yǎng)學生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)新能力為目標[2],以探究學習為核心,體現(xiàn)指導與自主、規(guī)定與開放、統(tǒng)一與多樣、理論與實驗有機結(jié)合的教育指導思想。目的在于改變學生單純地接受教師傳授知識為主的學習方式,構(gòu)建開放的學習環(huán)境,提供獲取知識的多種渠道,并為學生提供將學到的知識應用于實踐的機會,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

1 研究性學習在大學物理實驗教學中的實踐

大學物理實驗是理工科大學生進入大學后必修的一門實踐課,通過學習能讓學生接受系統(tǒng)的實驗方法、實驗技能訓練,培養(yǎng)學生的實踐動手能力。我們在大學物理實驗教學中,充分利用實驗室有利條件,鼓勵學生在實驗中發(fā)現(xiàn)問題,積極思考,結(jié)合學校團委實施的素質(zhì)拓展計劃,引導學生申報研究性學習項目。把實驗室作為素質(zhì)教育最重要的平臺[3],為學生進行研究性學習提供必要的實驗器材、儀器設備、實驗場所和技術指導。

1.1 改進、研制實驗教學儀器

學生結(jié)合所做的實驗,對實驗方法、實驗設備等提出改進,反思實驗的每個環(huán)節(jié),找出實驗過程中存在的缺陷,這些缺陷有可能是實驗原理方面的也有可能是測量系統(tǒng)方面的,也有可能是關于實驗觀測手段的,鼓勵學生針對存在的缺陷,自己查閱資料,自主探究,自己設計解決方案,老師在必要時作出指導。例如在做“金屬線脹系數(shù)的測定”實驗時有學生發(fā)現(xiàn)有以下不足:(1)實驗加熱裝置為一個蒸汽發(fā)生器,高溫蒸汽由上而下對金屬棒加熱會造成金屬棒的受熱不均勻,使金屬棒的溫度分布有個梯度,造成測量的誤差;(2)蒸汽加熱的溫度也是固定的,不能改變變量進行多組測量以及重復試驗,容易造成測量誤差偏大;(3)蒸汽發(fā)生器加水不便,使用時有漏電危險。意識到這些問題之后,在老師的指導下,該學生開動腦筋,主動思考,積極地尋求解決的辦法。經(jīng)過多次實驗,該學生設計出了一套很好的解決方案:把裝置設計成“雙管循環(huán)”系統(tǒng),解決了金屬桿加熱不均勻而造成的溫度分布梯度問題,可以進行多溫度點的測量,減小實驗的測量誤差,且利用空氣循環(huán)加熱,方便安全。指導學生研究的“固體線膨脹系數(shù)測定儀加熱系統(tǒng)的改進與設計”獲學生研究性學習一等獎。做“薄透鏡焦距的測定”實驗時,必須在黑暗的非正常光強情況下進行,這給老師和同學們觀察實驗現(xiàn)象和記錄實驗數(shù)據(jù)帶來了不便。在老師的指導下,學生申報了“平行光光源系統(tǒng)的設計與改進”研究性學習項目,用有色強光LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平行光光源,可以在比較明亮的環(huán)境下做此光學實驗,拓寬了實驗光線的范圍,LED光源功率較小也節(jié)省很多的能源。此項目獲學生研究性學習二等獎。

1.2 嘗試不同的實驗方法

對某一物理量的測量,方法可能很多,這要求學生要熟知實驗原理,掌握每種方法的優(yōu)缺點。例如楊氏模量是工程材料的重要參數(shù),它是描述材料剛性特征的物理量?！皸钍夏Ａ康臏y定”是大學物理實驗基本實驗項目,我們實驗室用光杠桿放大法測量材料楊氏模量。光杠桿放大法屬于靜態(tài)加載方法,由于載荷大、加載速度慢、存在弛豫過程,不僅不能真正反映材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,且不適于測量脆性材料。有同學就創(chuàng)新想到用打點計時器做激發(fā)源來測量鋼絲的楊氏模量,使用打點計時器,將被測鋼絲一端固定,另一端自由,安裝方式與打點計時器的振動片相同,當打點計時器的輸出端接一交流信號時,鋼絲在電磁力的作用下產(chǎn)生受迫振動,當滿足一定的頻率時鋼絲產(chǎn)生共振,同時形成穩(wěn)定的駐波。根據(jù)楊氏模E與fn,μn、的關系得出E值。實驗操作方便、現(xiàn)象明顯,不受溫度和材料構(gòu)成的限制,而且該方案不但可以測量圓柱形的鋼絲,還可以測量截面為矩形的鋼片,不存在松弛現(xiàn)象,能夠較準確地測出材料的楊氏模量。指導學生研究的“用打點計時器做激發(fā)源測量楊氏模量”獲學生研究性學習一等獎,《物理實驗》上發(fā)表論文一篇[4]。

1.3 參與教師的教學研究活動

促進教學與科研的結(jié)合是培養(yǎng)應用型創(chuàng)新人才的必由之路,學生盡早介入教師的科研,可以使學生能在接近于實際科研的實驗中不斷提高自身的科研能力,為日后工作打下堅實基礎。一些對實驗感興趣,動手能力強,愿意在實驗室工作的同學,我們積極鼓勵他們參與教師的教學研究活動,動手能力、科研能力得到了很大鍛煉。例如04級有位同學全程參與老師的一個省級教研項目的理論設計,編程調(diào)試,儀器制作,能力得到全面提高,在《物理實驗》上發(fā)表論文一篇,畢業(yè)后進行自主創(chuàng)業(yè),注冊成立了一個儀器開發(fā)公司,取得了較好的效益。

2 分析與思考

通過這幾年研究性學習在教學中的實踐探索,學生的能力得到明顯鍛煉,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新精神和實踐能力,但也存在一些問題。

2.1 學生綜合素質(zhì)得到很大提高

研究性學習激發(fā)了學生學習的興趣,調(diào)動了學生的學習自主性,培養(yǎng)了學生動手能力,團結(jié)協(xié)作和獨立自主的精神,能夠形成初步的科研思路,能夠獨立思考問題,解決研究中出現(xiàn)的部分問題。學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力大大加強。

2.2 重視學分大于注重過程培養(yǎng),個體差別較大

為促進素質(zhì)教育的發(fā)展,加大應用型人才培養(yǎng)力度,學校要求學生畢業(yè)必須修滿一定的素質(zhì)拓展學分,但大學生的主要精力是學習課堂知識,繁重的學習任務使得他們沒有足夠的時間和精力參與課外研究性學習活動,盡管他們參與熱情高漲,但是絕大多數(shù)學生鐘情于簡單容易的課題,做完后寫一篇工作匯報或結(jié)題報告匆匆交差。通過研究性學習也發(fā)現(xiàn)同一個研究小組的幾個同學素質(zhì)差別較大:有的同學動手能力較強,主動思考、解決問題;有的同學能力較弱,什么也不會做,等待老師分配具體任務。這需要教師在指導學生研究性學習時加強引導,端正目的,切實把實驗室作為素質(zhì)能力培養(yǎng)的平臺,踏踏實實地搞好研究性學習。

2.3 研究性學習項目總體水平不高

長期以來受“重理論,輕實踐”的傳統(tǒng)觀念影響,大學生實踐動手能力普遍不強;另一方面,我們的教育模式是一年級大學生學習公共基礎課程,大學四年級的學生考慮就業(yè)問題比較多,大學二、三年級學生接觸專業(yè)基礎知識,因而大學生從事研究性學習活動時,還沒有打好專業(yè)基礎,不具備扎實的基本技能和高超的創(chuàng)新能力,科技創(chuàng)新素質(zhì)相對低下,所以只能選擇一些起點低的課題,對一些題材新穎、需要綜合運用理論知識的課題往往是心有余而力不足[5];再者基礎實驗室的儀器設備條件也限制了高水平的項目申報。教師在指導學生申報研究性學習項目時必須拓寬思路,結(jié)合學生所學專業(yè),利用多種創(chuàng)新平臺,包括調(diào)研企業(yè)急需解決的技術難題,走產(chǎn)學研結(jié)合的道路,提高研究性學習的實用性,這樣研究性學習質(zhì)量會有一個很大提高。

2.4 要有一個合理的評價激勵機制

現(xiàn)在學生申請研究性學習項目主要目的是拿素質(zhì)拓展學分,學生想到研究內(nèi)容聯(lián)系老師或老師建議研究方向,指導老師基本是義務為學生指導學習,總體積極性普遍不高。故應設置一個合理的激勵機制,這個激勵機制應針對參與的學生和指導教師。對評選出的學生優(yōu)秀項目予以表彰,認定創(chuàng)新學分,和給予一定的物質(zhì)獎勵,這方面學校已有相應的政策;對于研究性學習項目的指導老師也要有激勵措施,給參與此項工作的老師記工作量,該工作量在教學任務、業(yè)績考核等方面與正式課程工作量同等對待,以此鼓勵更多的老師參與指導大學生的研究性學習活動。

2.5 加大實驗室開放力度

研究性學習是一種開放性的學習過程[6]。主要體現(xiàn)在以下三個方面:一是學習內(nèi)容的開放性。研究性學習的內(nèi)容不限于特定的學科知識體系,而是學生自己去確定研究內(nèi)容。二是學習方式的開放性。每個學生都可根據(jù)自己的興趣和特點來進行自主學習,既可以是學生個人也可以是以學生小組集體研究的方式來進行學習。三是活動空間的開放性。研究性學習可以在課堂內(nèi)進行,但更多的是走出課堂,面向社會、面向生活。我們要加大實驗室開放力度,進行全方位開放,開放形式上做到時間開放、場所開放、內(nèi)容開放、對象開放。設立開放創(chuàng)新實驗室,充分發(fā)揮實驗室的優(yōu)勢,為學生研究性學習提供便利條件。

2.6 改變傳統(tǒng)的教學模式,采用研究性教學方法

研究性學習并非是培養(yǎng)天才的超常教育,也不同于偏重少數(shù)特長學生的課外活動,它面向的是全體學生。研究性教學是以學生為主體、教師為主導的一種教學模式,是教師在教學過程中運用科學研究的方式培養(yǎng)學生學習興趣,激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新欲望,形成研究、創(chuàng)新意識和研究、創(chuàng)新能力的教學。我們在實驗教學中一定要改變原來的以課堂為中心、以教材為中心、以教師為中心的傳統(tǒng)教學模式,變授受式教學為引導式、啟發(fā)式、探究式教學,運用問題教學、對話教學、研討教學、參與教學,培養(yǎng)學生的學習與研究能力。使教師由知識的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W生學習的組織者、指導者、幫助者和促進者,注重實驗結(jié)果更注重實驗過程。這樣學生進行實驗的過程也就是研究性學習的過程,教學以學生為中心,通過主動學習培養(yǎng)學生的研究精神、創(chuàng)新精神,提高學生的科學研究能力和創(chuàng)造力。

3 結(jié)束語

通過對研究性學習在大學物理實驗教學中的探索實踐,在培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力等方面取得了較好效果。學生會圍繞著問題的解決,主動查閱文獻,學會對相關知識的應用與歸納,加深對知識的理解;促進同學間的相互交流與團結(jié)協(xié)作;激發(fā)學生學習的主動性,培養(yǎng)大學生科研意識和創(chuàng)新能力,對于造就具有創(chuàng)新精神與應用能力的人才起到積極作用;參加過研究性學習的畢業(yè)生普遍受到用人單位好評,學生的就業(yè)競爭力大大增強?？傊?研究性學習能夠提高學生的多種能力,是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神高素質(zhì)人才的一種重要方法。

[1]錢旭升.我國研究性學習的研究綜述[J].教育探索,2003,(8):22-25.

[2]衛(wèi)小軍,雒穩(wěn)娟.研究性學習在物理實驗中的作用[J].陜西師范大學學報(自然科學版),2005,23(6):261-262.

[3]田中群.實驗室是素質(zhì)教育最重要的平臺[J].實驗室研究與探索,2009,28(4):1-4.

[4]趙敏福,晏鋆泓,鄒俊峰,等.用打點計時器做激發(fā)源測量楊氏模量[J].物理實驗,2009,29(3):30-32,35.

[5]沈劍敏,陳強,管利萍.培養(yǎng)大學生創(chuàng)新實踐能力的探索和思考[J].實驗室研究與探索,2009,28(10):104-106.

[6]趙曉霞.大學本科研究性學習的特征[J].現(xiàn)代大學教育,2006,(5):105-108.

Practicing and Thinking of Inquiry Learning in University Physics Experiment Teaching

ZHAO Min-fu,ZHANGBo,YANG Huan,DENG Shao-xia,ZOU Jun-feng
(The Center of Basic Laboratory,West A nhui University,Lu’an 237012,China)

Com bining physics experiment teaching,this paper explores how to guide students inquiry learning.The practical results show that Inquiry learning can enhance strengthen self-interest in learning,imp rove hands-on ability to discover and solve problems,enhance unity and team spirit,w hich is an effectivemeansof imp roving innovation ability.

inquiry learning;physical experiment;quality education;innovative ability

G642.0

A

1009-9735(2010)05-0049-03

2010-08-20

皖西學院教學研究重點項目(09JY02)。

趙敏福(1972-),男,安徽金寨人,副教授,碩士,研究方向:光纖光柵傳感。