非物理專業(yè)綜合性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的研究

摘要：本文非物理專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際情況，闡述了在非物理專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中怎么設(shè)計(jì)綜合性物理實(shí)驗(yàn)這一舉措。對綜合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、性質(zhì)、教學(xué)方法等作了簡單介紹，并結(jié)合新疆大學(xué)物理學(xué)院的非物理專業(yè)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)情況，對非物理專業(yè)綜合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了積極的思考與探索。

關(guān)鍵詞：綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);食鹽密度;不確定度

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）45-0234-02

物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)之一。物理學(xué)中取得的任何基礎(chǔ)研究或開創(chuàng)性研究成果都必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，物理實(shí)驗(yàn)是激發(fā)學(xué)生科學(xué)興趣不可替代的重要途徑。沒有物理實(shí)驗(yàn)就沒有現(xiàn)代物理學(xué)的進(jìn)展，也沒有近代科學(xué)的發(fā)展。在物理學(xué)的各個(gè)發(fā)展過程中，實(shí)驗(yàn)對物理定律的建立和物理假設(shè)的采納提供了動(dòng)力。在大學(xué)物理教學(xué)過程中，物理實(shí)驗(yàn)也占有重要的地位，一方面為使學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí)和加深對物理現(xiàn)象和規(guī)律的理解，另一方面又可培養(yǎng)動(dòng)手解決實(shí)際問題技能及提高觀察和分析能力，成為培養(yǎng)科技創(chuàng)造性的重要訓(xùn)練[1，2，3]。

為提高學(xué)生在非物理專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維，在物理實(shí)驗(yàn)中引入綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和綜合能力為目的。改變學(xué)生傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，有效地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)這一不足，即注重于單純的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果或驗(yàn)證教材中闡述的理論。綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭吞岣邔W(xué)生學(xué)會(huì)理論聯(lián)系實(shí)踐的綜合素質(zhì)、綜合分析、獨(dú)立工作、自學(xué)與查閱資料能力及數(shù)據(jù)處理能力等。本文根據(jù)新疆大學(xué)在非物理專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中開展的相關(guān)綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為例，對綜合性設(shè)計(jì)性的選擇、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟等作了簡單論述。

一、新疆大學(xué)非物理專業(yè)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式比較單一，步驟程序化，以驗(yàn)證性和測量性為主，興趣性和創(chuàng)新思維性較低，限制了學(xué)生的科學(xué)思維能力、創(chuàng)新意識(shí)和綜合應(yīng)用能力，獨(dú)立思考能力受到了不同程度的影響，難以激發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考的興趣和激情，不利于多向思維和個(gè)性的發(fā)展，制約了學(xué)生各方面能力的提高，對學(xué)生今后的自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新研究以及工作和生活帶來被動(dòng)的影響[2-3]。因此，為了改變教學(xué)中存在的這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑陙?，我院對?shù)學(xué)、電氣、建筑、地勘、化學(xué)與化工、資環(huán)、生物工程、信息技術(shù)等大非理科專業(yè)性的物理實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行了調(diào)整。引進(jìn)了一批內(nèi)容新穎、生動(dòng)有趣、技術(shù)先進(jìn)的教學(xué)儀器，一方面配合理論課教學(xué)，內(nèi)容豐富，能有效地提高課堂教學(xué)質(zhì)量，另一方面，其以演示實(shí)驗(yàn)為載體，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生充分參與實(shí)踐、探索式學(xué)習(xí)的教學(xué)模式，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，為了給學(xué)生創(chuàng)造開發(fā)思維、獨(dú)立探索和創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)條件，盡可能的減少測量性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，而適當(dāng)增加一些提高學(xué)生主動(dòng)性和靈活性的、能跟上現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展步伐的設(shè)計(jì)性、研究性、綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[2]。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是面向全校物理和非物理專業(yè)本科一﹑二年級(jí)學(xué)生開設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程，課程面向低年級(jí)學(xué)生，其教學(xué)目標(biāo)是傳授大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基本實(shí)驗(yàn)方法和基本實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和科學(xué)的思維方法[8]。一般非物理專業(yè)學(xué)生用兩學(xué)期時(shí)間完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課，第一學(xué)期開力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)，第二學(xué)期開電磁學(xué)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)。每個(gè)學(xué)期約開設(shè)十二個(gè)實(shí)驗(yàn)題目。并且還安排一定比例（20%左右）的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。近兩年內(nèi)，給非物理專業(yè)學(xué)生開設(shè)24個(gè)實(shí)驗(yàn)中，有20個(gè)實(shí)驗(yàn)是常規(guī)實(shí)驗(yàn)，6個(gè)事綜合性實(shí)驗(yàn)（任選4個(gè)），形成了相對穩(wěn)定實(shí)驗(yàn)條件，學(xué)生對一些實(shí)驗(yàn)比較滿意，能夠主動(dòng)地去做，感到學(xué)到一些新東西。

二、綜合性設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的含義

綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用綜合知識(shí)，在指定實(shí)驗(yàn)儀器的情況下，由學(xué)生根據(jù)目的要求去獨(dú)立查閱資料、獨(dú)立制訂實(shí)驗(yàn)方案，并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。這是一種嶄新的教學(xué)模式，對學(xué)生的科學(xué)思維方法、創(chuàng)新意識(shí)和綜合應(yīng)用能力的培養(yǎng)，以及提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)發(fā)揮了積極作用[4]。通過綜合性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠?qū)W會(huì)和掌握物理測量方法和技術(shù)以及計(jì)算機(jī)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練能夠初步了解從事教學(xué)科研基本方法，為今后的學(xué)習(xí)、研究奠定良好的基礎(chǔ)。

三、綜合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)建設(shè)

綜合性設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件的改善、信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的多樣化有利于提高綜合性、設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。目前物理知識(shí)過于陳舊，理論知識(shí)、物理實(shí)驗(yàn)與實(shí)際生活聯(lián)系不能夠密切，理論和實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)重脫軌等現(xiàn)象導(dǎo)致了物理實(shí)驗(yàn)課不被忽略，很多學(xué)校對物理實(shí)驗(yàn)的重視不客觀，不同學(xué)校使用的實(shí)驗(yàn)教材和實(shí)驗(yàn)設(shè)備不同，沒有統(tǒng)一的教學(xué)計(jì)劃和相關(guān)配套教學(xué)軟件，學(xué)生沒有對實(shí)驗(yàn)觀察、思考和歸納的足夠時(shí)間，而教師的教學(xué)手段更是機(jī)械古板，跟不上現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)展的腳步。完全被動(dòng)狀態(tài)下完成實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生留下的印象是一種機(jī)械操作而已。這種過時(shí)的教學(xué)模式落后于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基本要求。因此，對這種教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng)新和改革已迫在眉睫。利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以在很大程度上彌補(bǔ)這些缺陷，并使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更具互動(dòng)性、啟發(fā)性，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來嶄新的思路。符合我國現(xiàn)代教育體系綜合要求的綜合性設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的建立，為學(xué)生物理知識(shí)的傳授與基本物理實(shí)驗(yàn)技能的培養(yǎng)方面發(fā)揮積極的作用。這種平臺(tái)上學(xué)生有兩種方式選課，一種是網(wǎng)上選課，一種是專業(yè)選課。第一種選課方式中，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)員把實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器介紹、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場視頻、動(dòng)畫、圖片和圖表等教學(xué)資源傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上，提供學(xué)生前期實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、查詢、模擬實(shí)驗(yàn)等。采用這種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣。第二種選課方式中，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)員根據(jù)不同的專業(yè)，開設(shè)不同的綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課，這種符合學(xué)生專業(yè)特性的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)，學(xué)生和教師的雙向交流提供了廣闊的信息交流空間。

四、綜合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)

上述一樣綜合性設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生自主能力和動(dòng)手能力方面橋梁作用的一種實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。它要求學(xué)生某一個(gè)物理現(xiàn)象自己觀察分析后，通過經(jīng)驗(yàn)性的學(xué)習(xí)，建立適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)計(jì)劃，且對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、觀察和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果。如非物理專業(yè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的食鹽密度的測量是一種較為簡單設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其測量方法如下：實(shí)驗(yàn)要求：設(shè)計(jì)一種方法測出一定量食鹽的體積，從而測定食鹽的密度。實(shí)驗(yàn)提示：通過基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)過程中已學(xué)過的基本知識(shí)，先了解不規(guī)則物體和易溶于水的顆粒狀物質(zhì)密度測量法，然后用量筒測液體的體積，用電子天平測食鹽質(zhì)量，最后根據(jù)密度定義公式求待測食鹽的密度。實(shí)驗(yàn)步驟：

1.在燒杯中倒入適量純凈水，逐漸加入食鹽直到不再溶解，即得飽和食鹽水。

2.將步驟1中的飽和食鹽水倒入量筒中，讀數(shù)為V1。

3.用電子天平秤少量食鹽，記為m。

4.將步驟3秤取的食鹽倒入步驟2的量筒中，讀數(shù)為V2。

原始數(shù)據(jù)記錄：

V的平均值：

食鹽密度值：

ρ的不確定度：

因?yàn)?，Δ儀=0.5（mL）

所以，

計(jì)算不確定度：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示：

通過本實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能夠鞏固所學(xué)知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)計(jì)能力、動(dòng)手能力上得到充分的鍛煉與提高。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)涉及面廣，環(huán)節(jié)多，其中的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是比較復(fù)雜的問題，如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中初步培養(yǎng)學(xué)生的科研設(shè)計(jì)能力，還有許多問題需要我們探討實(shí)踐。隨著教育體制改革的不斷深人，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的比重逐年增加，打破了原來單純教師規(guī)定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、內(nèi)容，學(xué)生按部就班來驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，為學(xué)生提供了更多的機(jī)會(huì)和環(huán)境。

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