尋找物理實驗共性，提高教學效率

姚 勇，宋文博，馬 欣，王湘川，張懷作，楊 軍

（西南石油大學 理學院，四川 成都 610500）

尋找物理實驗共性，提高教學效率

姚 勇，宋文博，馬 欣，王湘川，張懷作，楊 軍

（西南石油大學 理學院，四川 成都 610500）

為了挖掘?qū)嶒炚n中的存在共性，使被討論的共性更加具體化，該文從原理、儀器、數(shù)據(jù)處理等多方面進行了詳細的探討，首先分析了目前物理實驗教學中教學效率不高的原因，然后從多個方面來分析實驗課中存在的共性，提出了從共性出發(fā)，顧及個性來提高教學效率。實踐表明，使用這樣的教學方法提高了教學效率，同時提高了學生知識的遷移和動手能力。

物理實驗；共性；教學效率；遷移

物理實驗是大學本科獨立的、必修的課程，是提高動腦和動手能力的一門重要的基礎課程。每個高校都為此配備了很多儀器和師資，但是并沒有達到預期的教學效果，教學效率不高。多篇文獻探討了如何提高教學效率［1－3］，如提高師生的教學積極性，充分運用多媒體和計算機技術等。筆者就實驗本身來思考這個問題，提出實驗的共性是提高教學效率的一個重要因素［4］。

1 目前存在的問題

在日常實驗課教學中，學生會接觸到不同的實驗。每次實驗課內(nèi)容對學生而言，都是全新的。面對每一個新實驗，很多學生會畏首畏尾，不敢大膽做實驗。即使他們做好課前預習和聽課，做完實驗，面對大量實驗數(shù)據(jù)，無從下手，不敢處理實驗數(shù)據(jù)，所以他們的學習效率不高。造成這個現(xiàn)象的原因是學生缺乏對新儀器的了解，缺乏對整個實驗的把握，缺少做實驗和處理數(shù)據(jù)的流程，即缺乏經(jīng)驗或者把握實驗的共性等。

2 發(fā)掘物理實驗中的共性

2.1 發(fā)掘儀器和實驗操作共性

很多儀器在設計和操作方面都具有相同的地方。如光的干涉相對于其他光學實驗而言，是一個簡單入門型的光學實驗，授課時可以優(yōu)先放在前面。在光的干涉實驗中，移測顯微鏡具有普通光學儀器的標準配置，如目鏡、物鏡、調(diào)焦手輪、讀數(shù)裝置、定位叉絲等。如何使用，比如調(diào)焦，調(diào)焦原理是什么；調(diào)目鏡，調(diào)節(jié)目鏡的目的是什么；如何調(diào)節(jié)十字叉絲清晰；什么是視差，如何判斷視差，如何消除視差等［5］。這些對于其他光學實驗都具有的共性，在這個實驗中都要講清楚，以至于能讓學生很好地過渡到其他光學儀器。如何保護光學儀器，如手不能碰光學面，否則會污染光學面，降低成像質(zhì)量；遇到光學面上有灰塵，應該用擦鏡紙擦拭；如何拿光學儀器都應該做示范，同樣具有共性。對于那些電學儀器，比如如何打開與關閉電源來保護儀器，在做實驗時如何保護儀器，如何連接電路等［6－7］。這樣的共性實驗很多，引導學生思考，把以前學過的知識遷移過來，比較和實踐，舉一反三，增加學生的使用儀器的經(jīng)驗。

2.2 發(fā)掘科學地測量數(shù)據(jù)的共性

如何科學地測量數(shù)據(jù)，也是學生在做實驗中必須考慮的問題。測量數(shù)據(jù)時，應該考慮適當采取措施來減小誤差。如拉伸法測鋼絲的楊氏模量是一個稍微復雜的實驗，為了減小誤差，需要測量較多的數(shù)據(jù)［8］。在這個實驗中，先加砝碼記錄讀數(shù)，再減砝碼記錄數(shù)據(jù)，最后用逐差法再次處理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)減小摩擦和拉伸滯后導致的誤差。這種思想可以用到很多實驗來減小誤差，在授課時講清楚逐差法使用條件，在以后的實驗中通過點撥，引導學生使用［9］。如利用焦利秤來測量水的表面張力系數(shù)，固體膨脹系數(shù)測量，還有利用光的干涉來測量薄凸透鏡的曲率半徑等實驗中到可以這樣測量數(shù)據(jù)來減小誤差。再如，在分光儀的實驗中，兩個游標同步讀數(shù)，再取它們的平均值，達到消除偏心差效果。這樣的測量方法同樣適用具有轉(zhuǎn)軸類儀器讀數(shù)，它們都具有共性。在測量數(shù)據(jù)時，適當引導學生，讓他們思考前面實驗測量數(shù)據(jù)方法，在新的實驗中，提出科學的測量數(shù)據(jù)方法，從而達到好的測量結果。

2.3 發(fā)掘?qū)嶒炞鲌D共性

圖解法是一種常見處理數(shù)據(jù)的方法，因為它很直觀，甚至可以處理實驗數(shù)據(jù)，所以在這里單獨討論一下。有的同學認為圖解法比較簡單，打點連線就可以了。實際上，要想做出滿意的圖形，科學打點和作圖工具是必需的。如普朗克常量測定是一個較多用圖解法處理數(shù)據(jù)的實驗。使用圖解法來精確測量遏制電壓，一般做法是在暗電流曲線與光電流曲線交點附近取更多點且點之間的步長較小，這樣使用交點法測得的遏制電壓就很精確。這里體現(xiàn)了在數(shù)據(jù)關鍵地方的附件需要作很多點來使曲線更光滑，體現(xiàn)測量變量們之間的關系。這些思想在授課中應該交代清楚，并且遷移到其他實驗。如描繪霍爾電壓和磁場的關系，燃料電磁的伏安特性曲線，還有光敏電阻的光電流和光照度的關系。這些實驗在作圖時，都需要找到拐點，然后在拐點附近多做點，且點之間的步長應該很小。這樣作圖以后，圖形自然精確了。學生一旦找到這些共性后，經(jīng)過老師點撥，就會自己思考這些問題，并想辦法如何處理數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化能力得到提高。

2.4 發(fā)掘數(shù)據(jù)處理共性

實驗做完以后，如何處理數(shù)據(jù)，如何選擇處理數(shù)據(jù)方法，如最小二乘法、平均法、圖解法及計算不確定度等。對于大量數(shù)據(jù)處理，大部分學生感到比較困難。為了讓學生消除數(shù)據(jù)處理的恐懼，應多舉例子，不同數(shù)據(jù)處理方法適應不同實驗，尋找處理數(shù)據(jù)共性。如使用最小二乘法來計算普朗克測量和固體膨脹系數(shù)是比較合適的。學生熟悉以后，可以自行選擇處理數(shù)據(jù)方法，同時也建議使用計算機軟件來處理其他實驗數(shù)據(jù)，特別是將來面對大量數(shù)據(jù)時。在圖解數(shù)據(jù)時，盡量推薦學生使用計算機軟件來作圖，如origin、excel等。如在普朗克常量測定實驗中也可以通過origin擬合來得到普朗克常量［10］。在其他實驗中，如求斜率，固體膨脹系數(shù)測定、霍爾效應等實驗中都可以使用origin擬合。對于計算不確定度，可以遵循相同的計算過程，如可以畫出計算流程圖，讓學生根據(jù)流程圖來計算不確定度，這樣有助于學生熟悉和理解不確定度。

2.5 發(fā)掘?qū)嶒炘O計共性，為學生展示實驗設計思想

學生在設計實驗時，有時會感到困惑，感到無從下手。這里討論不確定度在設計實驗中的應用。不確定度是實驗中的重要概念，告訴學生可以使用不確定度這個強大的工具來設計實驗，選擇合適的測量工具。如圖1所示，是個經(jīng)典測量例子，要求測量某箱體零件的軸心距離L。

圖1 測量軸心距離

有3個測量方案，

Looking for the Generality of Physics Experiment to Improve the Teaching Efficiency

YAO Yong，SONG Wenbo，MA Xin，WANG Xiangchuan，ZHANG Huaizuo，YANG Jun
（School of Sciences，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

In order to excavate the common characteristics of the experimental class，and make the discussion more concrete，this paper makes a detailed discussion from the principle，instrument，data processing and so on.This paper firstly analyzes the reason of the low efficiency of teaching in physics experiment，then analyzes the commonness in the experimental class from many aspects，and put forward starting from the common point and take into account the personality to improve teaching efficiency.Practice shows that the use of such a teaching method does improve the efficiency of teaching，at the same time，improve the migration of students knowledge and ability.

physics experiment；generality；teaching efficiency；migration

O4－33

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.043

2015－04－07；修改日期：2016－10－27

姚 勇（1977－），男，碩士，講師，主要從事物理實驗教學方面的工作。