自制物理演示實(shí)驗(yàn)儀器與學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的探索

解校輝+劉鑒鋒+王暢+陳佰樹(shù)

摘要：通過(guò)介紹利用實(shí)驗(yàn)室廢舊儀器自制大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)儀器的目的和意義、制作演示儀器的過(guò)程，闡釋自制物理演示儀器對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題能力、解決問(wèn)題能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)互助的團(tuán)隊(duì)精神以及學(xué)習(xí)的興趣和積極性起到重要促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：自制；演示實(shí)驗(yàn)儀器；能力培養(yǎng)

實(shí)踐教學(xué)在課程教學(xué)中處于非常重要的地位，是提高學(xué)生素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生各種能力的重要手段。利用實(shí)驗(yàn)室廢舊儀器的零件自制物理演示實(shí)驗(yàn)儀器的實(shí)踐教學(xué)，提倡環(huán)保節(jié)約理念，不但能夠使廢舊的實(shí)驗(yàn)儀器得到充分的利用，也可以使學(xué)生學(xué)到一些有關(guān)物理實(shí)驗(yàn)的原理，掌握物理演示儀器的設(shè)計(jì)原理，提高和訓(xùn)練學(xué)生的基本操作技能，使學(xué)生具有較強(qiáng)的動(dòng)手能力。通過(guò)自制演示實(shí)驗(yàn)儀器也可以啟發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

1 自制物理演示儀器的目的和意義

教育部頒發(fā)的《非物理類(lèi)理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》中明確提出了對(duì)演示實(shí)驗(yàn)的要求。我國(guó)很多高校都設(shè)有演示實(shí)驗(yàn)室。國(guó)內(nèi)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)規(guī)模較小，演示實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目少而精。購(gòu)買(mǎi)是獲得演示實(shí)驗(yàn)儀器的主要手段，自己制作的實(shí)驗(yàn)儀器非常少。主要原因一是生產(chǎn)廠(chǎng)家由于各類(lèi)成本導(dǎo)致演示實(shí)驗(yàn)儀器較昂貴；二是沒(méi)有專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)管理演示實(shí)驗(yàn)室的人員，理論課教師承擔(dān)大量的授課任務(wù)，因而沒(méi)有更多的時(shí)間去自行設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)。

2013年8月，教育部發(fā)布了《2012年全國(guó)教育事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。公報(bào)顯示：我國(guó)普通高校教學(xué)科研儀器設(shè)備總值2 935.37億元（含非產(chǎn)權(quán)獨(dú)立使用），比2011年增加380.68億元，增長(zhǎng)14.89%。然而據(jù)教育部的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，我國(guó)高等學(xué)校儀器中有30%處于閑置報(bào)廢狀態(tài)。閑置報(bào)廢的儀器數(shù)量是巨大的。就我校物理實(shí)驗(yàn)室而言，由于物理實(shí)驗(yàn)儀器使用的頻繁和儀器的更新?lián)Q代，物理實(shí)驗(yàn)室也存在一些無(wú)法維修或被淘汰的儀器，如全部報(bào)廢會(huì)形成極大的浪費(fèi)。對(duì)報(bào)廢儀器進(jìn)行分析整合，取得有用的零件，在制作演示儀器時(shí)，適當(dāng)利用這些有用的零件，可以使報(bào)廢儀器發(fā)揮最大經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

因此，我們將這些廢舊儀器的零部件利用起來(lái)，自制大學(xué)物理演示實(shí)驗(yàn)儀器，變廢為寶，節(jié)約大量的教學(xué)成本，減少浪費(fèi)。并且通過(guò)自制儀器能夠調(diào)動(dòng)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力。

2 自制物理演示儀器的過(guò)程

1.調(diào)研我校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的演示實(shí)驗(yàn)儀器狀況，通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料確定所演示儀器的物理原理及所制作演示實(shí)驗(yàn)儀器的名稱(chēng)；2.整理實(shí)驗(yàn)室的廢舊淘汰儀器，對(duì)廢舊儀器進(jìn)行分類(lèi)處理，以便找到適合的儀器部件、零件；3.向?qū)W校有關(guān)部門(mén)提出使用廢舊儀器零部件的申請(qǐng)；4.在調(diào)研的基礎(chǔ)上和在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主完成演示實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)；5.演示實(shí)驗(yàn)儀器的制作須按總體設(shè)計(jì)圖進(jìn)行組裝，要把儀器整體分解為幾個(gè)組件進(jìn)行裝配，裝配時(shí)要安排好組裝順序，把零件裝成組件，再把組件和其他單件零件一起裝配成整體儀器；6.儀器組裝后，要對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)試，需要認(rèn)真地調(diào)試和檢驗(yàn)各部分之間是否協(xié)調(diào)，演示效果是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有時(shí)需要重新尋找和加工某個(gè)零件，組裝后再一次演示，經(jīng)過(guò)不斷修改和嘗試，直到實(shí)驗(yàn)效果滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)和技術(shù)要求為止。

3 自制物理演示儀器對(duì)學(xué)生綜合能力培養(yǎng)的積極作用

3.1培養(yǎng)和提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力

學(xué)生自由選擇制作課題、自行設(shè)計(jì)、盡量從實(shí)驗(yàn)室廢舊儀器上尋找材料、自己組裝調(diào)試并匯報(bào)展示。接到設(shè)計(jì)任務(wù)后，需要學(xué)生查找文獻(xiàn)，弄清實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)計(jì)原理，最后提出自己的設(shè)計(jì)方案。儀器制作的整個(gè)過(guò)程，一定會(huì)出現(xiàn)許多預(yù)料不到的問(wèn)題，這就考驗(yàn)了學(xué)生的分析和解決問(wèn)題的能力。這時(shí)，盡量要求學(xué)生自己思考，與同組學(xué)生一起討論，給出解決問(wèn)題的方案。這種經(jīng)歷培養(yǎng)了學(xué)生思考問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3.2激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

制作演示實(shí)驗(yàn)儀器，一方面學(xué)生要理解相關(guān)的物理原理。從演示儀器的設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀(guān)察，都需要學(xué)生靈活運(yùn)用自己所掌握的相關(guān)理論知識(shí)，使學(xué)生的獨(dú)立性和自主性得到加強(qiáng)。另外，學(xué)生需要利用舊知識(shí)，同時(shí)還要學(xué)習(xí)新知識(shí)，大大提高了學(xué)生的自學(xué)能力。新知識(shí)和舊知識(shí)的有機(jī)結(jié)合，對(duì)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)有了飛躍，必然會(huì)碰撞出創(chuàng)新的火花，為開(kāi)拓創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)互助的團(tuán)隊(duì)精神

在制作演示儀器過(guò)程中，有些項(xiàng)目單靠一個(gè)人很難完成，必須組建團(tuán)隊(duì)。由于考慮到各專(zhuān)業(yè)具有自己的優(yōu)勢(shì)，所以團(tuán)隊(duì)成員盡量選擇不同的專(zhuān)業(yè)，合理分工，盡可能發(fā)揮專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，分工協(xié)作，共同完成儀器的制作。在研究過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)意見(jiàn)分歧和不統(tǒng)一的情況，關(guān)鍵是出現(xiàn)分歧之后，學(xué)生在堅(jiān)持自己意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，如何解決矛盾，統(tǒng)一觀(guān)點(diǎn)。要想解決矛盾，學(xué)生必須學(xué)會(huì)與別人交流，表達(dá)自己的想法，傾聽(tīng)別人的見(jiàn)解。在這個(gè)過(guò)程中學(xué)生能夠體會(huì)到小組合作的重要性。合作不但可以成倍地提高工作的效率，更能培養(yǎng)組員相互之間的默契，增進(jìn)彼此之間的友情。有利于增強(qiáng)協(xié)作意識(shí)，培養(yǎng)集體主義精神和團(tuán)隊(duì)合作精神。

3.4調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性

利用實(shí)驗(yàn)室里多余的廢舊材料，自行設(shè)計(jì)制作演示儀器，既加深了學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解與應(yīng)用，同時(shí)也使學(xué)生具備了開(kāi)發(fā)物理教學(xué)資源的意識(shí)與行動(dòng)。學(xué)生親自設(shè)計(jì)和制作具有物理特色的作品，當(dāng)看到自己親手制作的儀器作品時(shí)，學(xué)生能夠享受到成功的喜悅，自然會(huì)體會(huì)到物理知識(shí)在生產(chǎn)實(shí)踐中的作用，從而激發(fā)他們學(xué)好物理的信心和探索未知的興趣。最后，學(xué)生們能夠重新全面認(rèn)識(shí)自己的能力，樹(shù)立了克服和戰(zhàn)勝困難的信心，這將大大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性。

總之，利用實(shí)驗(yàn)室廢舊儀器自制的演示實(shí)驗(yàn)儀器較好地展示了物理原理的特性，不僅充分合理的利用廢舊儀器，節(jié)約了教學(xué)成本，還為大學(xué)物理課程和演示實(shí)驗(yàn)室提供了豐富的演示資源。學(xué)生通過(guò)自主完成演示實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)、制作，提高了查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等各方面的綜合能力，充分發(fā)揮了自身的潛能，增強(qiáng)了實(shí)踐創(chuàng)新意識(shí)。

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