設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

扶　曉，賈書(shū)洪，劉旺盛

(空軍航空大學(xué)　基礎(chǔ)部，吉林　長(zhǎng)春　130022)

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設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐

扶曉，賈書(shū)洪，劉旺盛

(空軍航空大學(xué)基礎(chǔ)部，吉林長(zhǎng)春130022)

摘要設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)具有鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)、提高科研素質(zhì)的特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)和素質(zhì)教育的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)涵和教學(xué)要點(diǎn)的闡述和總結(jié)，結(jié)合設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀，針對(duì)教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題提出了有效的改革措施，并以電位差計(jì)的設(shè)計(jì)為例，以分解教學(xué)過(guò)程和細(xì)化教學(xué)環(huán)節(jié)為突破進(jìn)行了研究與實(shí)踐。經(jīng)過(guò)兩學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果，達(dá)到了預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)模式；電位差計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，提高學(xué)生的科研素質(zhì)等都具有重要的作用[1]。與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生所要求和訓(xùn)練的模仿和重復(fù)有所不同，在設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)和注重的是對(duì)學(xué)生個(gè)性和創(chuàng)造力的鍛煉和培養(yǎng)。近年來(lái)，各高校針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式進(jìn)行了一系列的探索和改革。由于設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的種種弊端，適應(yīng)了社會(huì)對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的需要，所以它已經(jīng)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中創(chuàng)新的重點(diǎn)[2]。

1設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是最近幾年實(shí)驗(yàn)教改中涌現(xiàn)出來(lái)的新的實(shí)驗(yàn)類型，是一種介于基本教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際科學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的、較高層次的、類科研的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。它是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，自行查閱資料，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，選擇實(shí)驗(yàn)器材，組裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備，擬定實(shí)驗(yàn)程序，加以實(shí)現(xiàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析處理的實(shí)驗(yàn)[2-3]。由于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的方案往往并不是唯一確定的，不同學(xué)生可以采用不同的途徑和方法，設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)方案以達(dá)到同樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，因此在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，改變了千人一面的教學(xué)模式，使學(xué)生有更強(qiáng)的自由性，具有更廣闊的創(chuàng)造空間，學(xué)生的獨(dú)立思維、才智、個(gè)性得到充分展現(xiàn)和發(fā)揮。

2設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要點(diǎn)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)將使學(xué)生經(jīng)歷一次科學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的基本訓(xùn)練。根據(jù)多年教學(xué)和科研經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為人在解決實(shí)際難題時(shí)所體現(xiàn)出的不斷學(xué)習(xí)和不斷思考的過(guò)程，是知識(shí)學(xué)習(xí)和能力提高的最好方法和最佳途徑！設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)要點(diǎn)[4-7]包括以下3點(diǎn)。

2.1可行性

1)應(yīng)擬定具有相應(yīng)難度的設(shè)計(jì)(課題)任務(wù)，其設(shè)計(jì)方案應(yīng)為學(xué)生的創(chuàng)造性預(yù)留有充足的空間；2)應(yīng)為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供充分、系列化的參考技術(shù)資料，供學(xué)生在解決可能的問(wèn)題時(shí)查找；3)充分準(zhǔn)備多樣化的實(shí)驗(yàn)器材，為學(xué)生多樣化設(shè)計(jì)在可選器材方面提供保證。

2.2合理性

要對(duì)學(xué)生的任務(wù)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行課前指導(dǎo)和完善，確認(rèn)在設(shè)計(jì)合格后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證階段；需要對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的成功與否進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果合理性進(jìn)行驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

2.3設(shè)計(jì)性

實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)必須以學(xué)生為主。教師可以對(duì)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行必要的講解，達(dá)到啟發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)自主設(shè)計(jì)的目的，但絕不是給出最終設(shè)計(jì)結(jié)果；學(xué)生的設(shè)計(jì)還必須要通過(guò)查找資料和創(chuàng)新性思考的支撐來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣，通過(guò)教學(xué)模式的改革，使學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了變被動(dòng)實(shí)驗(yàn)為主動(dòng)實(shí)驗(yàn)、變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)的學(xué)習(xí)和探索過(guò)程。實(shí)踐證明教學(xué)效果很好！

3設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

下面以電位差計(jì)的設(shè)計(jì)為案例，闡述設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀。電位差計(jì)的設(shè)計(jì)是空軍航空大學(xué)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中一個(gè)必選的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，課程實(shí)際包含兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1)電位差計(jì)原理的掌握和儀器的使用；2)應(yīng)用電位差計(jì)設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電流表的電路并實(shí)驗(yàn)實(shí)施，其中，第二項(xiàng)內(nèi)容的實(shí)質(zhì)是由學(xué)生自主設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)完成，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定難度，同時(shí)也具備一定的挑戰(zhàn)性。由于學(xué)生在前期物理課程中未涉及電位差計(jì)設(shè)計(jì)原理“補(bǔ)償法”內(nèi)容的學(xué)習(xí)，因此該實(shí)驗(yàn)課在以往授課過(guò)程中，是先講授理論，再由學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐、設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)，共計(jì)4個(gè)學(xué)時(shí)才能完成。隨著課程的改革調(diào)整，該實(shí)驗(yàn)課程被壓縮為2個(gè)學(xué)時(shí)，同時(shí)內(nèi)容要求不變，這就給該實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施造成很大困難，這也是本課程的難點(diǎn)所在。

4設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革實(shí)施

為有效解決上述矛盾，嘗試了教學(xué)模式改革的探索，將整個(gè)課堂教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)科學(xué)分解為“自主學(xué)習(xí)”“同步實(shí)踐”“自主設(shè)計(jì)”“自主實(shí)驗(yàn)”和“總結(jié)鞏固”5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)又細(xì)化為“教學(xué)目標(biāo)”“方法手段”和“檢查確認(rèn)”3個(gè)分環(huán)節(jié)。經(jīng)過(guò)兩學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，取得了良好的教學(xué)效果，完全達(dá)到了預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。

4.1自主學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)

將電位差計(jì)原理、初步使用方法和電流表校準(zhǔn)的基本操作提前到課前“自主學(xué)習(xí)”環(huán)節(jié)。充分利用校園網(wǎng)信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，將各種預(yù)習(xí)資料上傳到網(wǎng)絡(luò)供學(xué)生下載預(yù)習(xí)；發(fā)布明確的預(yù)習(xí)要求、預(yù)習(xí)報(bào)告撰寫(xiě)要點(diǎn)或范文，解決學(xué)生寫(xiě)不好或不會(huì)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的問(wèn)題，使學(xué)生預(yù)習(xí)有目標(biāo)和抓手。同時(shí)，創(chuàng)新性地提出本次實(shí)驗(yàn)要求和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)(驗(yàn)收并按完成順序先后計(jì)分)，并采用課前檢查、審批預(yù)習(xí)報(bào)告方式對(duì)學(xué)生的預(yù)習(xí)目標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)。此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)將以往需要在課內(nèi)講授的電位差計(jì)的原理、基本使用方法和儀器介紹等知識(shí)延伸到課外，既有效解決了課時(shí)少、任務(wù)重的教學(xué)突出矛盾，又培養(yǎng)鍛煉了學(xué)生自主學(xué)習(xí)和信息收集及獲取的能力。

4.2同步實(shí)踐環(huán)節(jié)

課堂上采用邊講邊操作的方式，學(xué)生和教師同步連線。在連線過(guò)程中，教師要隨時(shí)觀察學(xué)生的操作進(jìn)度，及時(shí)進(jìn)行指導(dǎo)，減少學(xué)生“卡殼”現(xiàn)象，避免學(xué)生掉隊(duì)。此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)使教師既能有效掌握學(xué)生預(yù)習(xí)效果和動(dòng)手能力，又可事半功倍地實(shí)現(xiàn)“使學(xué)生能熟練掌握電位差計(jì)使用方法”的教學(xué)目的。

4.3自主設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

學(xué)生根據(jù)自選的設(shè)計(jì)題目來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)電路、電路中采樣電阻阻值的選擇、校準(zhǔn)刻度的選取等內(nèi)容。設(shè)計(jì)完畢后由教師審閱學(xué)生設(shè)計(jì)方案的合理性，并給予適當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)。此環(huán)節(jié)的實(shí)施能夠使學(xué)生的個(gè)性設(shè)計(jì)方案體現(xiàn)出多樣性，有利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

4.4自主實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

學(xué)生根據(jù)“自主設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)內(nèi)容來(lái)進(jìn)行“自主實(shí)驗(yàn)”環(huán)節(jié)的操作。用擬定的實(shí)驗(yàn)步驟開(kāi)始實(shí)驗(yàn)操作，連接電路，測(cè)量數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析。教師通過(guò)記錄完成順序，并依據(jù)設(shè)計(jì)和完成質(zhì)量給出分值的評(píng)價(jià)。此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)獨(dú)立思考、解決問(wèn)題的能力，并在不斷改善實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程中將已有知識(shí)進(jìn)行升華，同時(shí)，教師采用激勵(lì)機(jī)制能有效保障學(xué)生高質(zhì)量完成實(shí)驗(yàn)。

4.5總結(jié)鞏固環(huán)節(jié)

歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生出現(xiàn)的典型問(wèn)題，高度概括整個(gè)實(shí)驗(yàn)核心思想。此環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)能夠達(dá)到鞏固學(xué)生學(xué)習(xí)效果的目的，消除部分學(xué)生可能的模糊認(rèn)識(shí)，使全部學(xué)生對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)建立起系統(tǒng)的概念。通過(guò)思考題的布置，學(xué)生能夠做到舉一反三，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題。

5結(jié)束語(yǔ)

在大學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中合理安排教學(xué)過(guò)程及采取有效的監(jiān)督、審查和評(píng)價(jià)機(jī)制，能有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)創(chuàng)新性思維和查找資料的能力，鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和解決問(wèn)題的能力。雖然空軍航空大學(xué)開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了一定的成果，但仍然存在不少問(wèn)題，相信經(jīng)過(guò)教師和學(xué)生的不懈努力，將會(huì)探索出一套適合學(xué)校實(shí)際情況的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]涂亞芳.設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2013，16(2)：85-87.

[2]楊可軍.大學(xué)物理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[D]武漢：華中師范大學(xué)，2007：6-8.

[3]周殿清.普通物理實(shí)驗(yàn)中綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)[J].物理實(shí)驗(yàn)，2005，25(1)：31-33.

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Study and Practice of Teaching of Designed Physics Experiment

FU Xiao，JIA Shuhong，LIU Wangsheng

(DepartmentofFundamentalCourses，AirForceAviationUniversity，Changchun130022 ，China)

AbstractDesigned physics experiment，which has characteristics of helpful to the training of practical ability，cultivation of innovative consciousness and improving the quality of scientific research.Therefore，it is an important content in the subject of teaching reform of college physical experiment.This paper points out the content of design of physical experiment and summary the teaching points，introduces and analyzes the present situation of our school in Designed physics experiment.Aiming at the existing problems，we put forward effective reform measures to make a better performance in the designed physics experiment and take the desigh of potentionmeter as an example.This research has taken teaching process and teaching decomposition refinement as breaking through for conducted the research and the practice.Through the teaching practice of the two terms，we has obtained the good teaching effect，achieved the expected teaching goal.

Key wordsdesigned experiment；physics experiment； teaching reform；potentiometer

收稿日期:2015-02-28；修改日期: 2015-03-23

基金項(xiàng)目：2014年軍隊(duì)院校物理教育教學(xué)研究課題資助項(xiàng)目(JWY201418)。

作者簡(jiǎn)介：扶曉(1978-)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

中圖分類號(hào)G642.423；G424.31

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.046