開放式自主實驗在物理教學的作用

樊亞茹+李占磊

物理學是一門以實驗為基礎的科學，物理更是建立在實驗基礎上的一門學科。物理教學應以實驗為基礎，通過實驗，可以給學生更多的動腦、動口、動手操作的機會，使學生對物理實驗現(xiàn)象獲得鮮明生動、印象深刻的感性認識，為進一步研究和探索物理規(guī)律提供資料和依據(jù)。因此，實驗在物理教學中的作用，它不僅僅是作為概念、規(guī)律、教學的手段或方法，更是物理學的重要內容。通過實驗，培養(yǎng)和提高學生學習的興趣物理學是一門以實驗為基礎的科學，對自然現(xiàn)象的規(guī)律和物質結構進行觀察和研究的科學

所謂開放式自主實驗是指由教師提供實驗課題或學生自擬課題，學生根據(jù)課題和測量誤差的要求，大量查閱相關文獻，根據(jù)所學的理論、實驗知識和所掌握的實驗技能，設計實驗方案，選配儀器，組裝實驗設備，并進行反復的實驗操作，得到實驗結果；然后系統(tǒng)分析實驗的誤差來源，綜合總結并撰寫實驗報告。開放式自主實驗旨在開發(fā)學生的智力，激發(fā)創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學生查閱資料進行篩選的能力以及分析問題解決問題的能力，逐步形成創(chuàng)造性思維，從而具備科學的實驗素養(yǎng)。具體來說，開放式自主實驗的作用體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，更有利于學生深入理解物理實驗思想，培養(yǎng)其科學素質物理實驗教學不僅僅是測量某個系數(shù)、驗證某個規(guī)律，而是幫助學生形成物理概念和掌握物理規(guī)律，同時培養(yǎng)學生的觀察能力、操作能力、數(shù)據(jù)處理能力，最重要的是要培養(yǎng)學生的實驗設計能力，使學生具有良好的科學素質，為后繼課程的學習和以后走上工作崗位打下良好的基礎。所謂科學素質包括科學思想、科學精神、科學態(tài)度、科學方法?？茖W思想的顯著特征是創(chuàng)新。沒有創(chuàng)新就沒有科學研究；沒有創(chuàng)新就不能對客觀事物的認識發(fā)生質的變化，不能對社會發(fā)展和人類進步產生深遠的影響。如勞厄提出了晶體衍射的想法，從而使人類發(fā)現(xiàn)了晶體衍射現(xiàn)象。有了科學思想，還要有百折不撓的科學精神，無論是在順境還是在逆境中，都應保持旺盛的自我意識，執(zhí)著地去追求科學真理。同時還要有認真、嚴謹、實事求是、不容半點虛假的科學態(tài)度；而科學方法，包括邏輯推理、形象思維、靈感與頓悟、思辨與實驗以及系統(tǒng)方法等。開放式自主實驗是以學生為學習和科研的主體，當學生在參與課題研究的過程中或處于真實的學習中時，會以主人翁的精神主動去探索，因而有利于開發(fā)學生的悟性，挖掘學生的潛能，培養(yǎng)其科學素質。

第二，更有利于學生掌握各種實驗方法，培養(yǎng)其實驗技巧和技能實驗教學過程是學生的實踐過程，實踐中要使學生掌握實驗技巧和技能，物理實驗教學大綱要求在掌握實驗技能和方法的基礎上，能自己創(chuàng)造實驗條件進行物理實驗。而開放式自主實驗正是一種創(chuàng)造性的實踐，它全面地反映了物理實驗教學大綱的要求。學生在完成每個實驗中，要根據(jù)實驗精度的要求選擇和組合儀器，這就要求學生能分析誤差的來源，熟悉各種儀器和實驗方法，并講究實驗的設計技巧，再通過熟練的操作達到預期的效果，所謂創(chuàng)造性也體現(xiàn)在這里。在開放式自主實驗中，學生有更多的動手機會，因為要選擇組裝實驗儀器，甚至自己制作儀器，同時也要根據(jù)測量要求反復實驗，不斷改進實驗中的不足，提高測量的精確度，這樣更能鍛煉他們的動手能力和各種實驗技能。

第三，更利于啟發(fā)學生積極思考，使之思想活躍，勇于創(chuàng)新實驗既是檢驗理論的基礎，又為理論的建立提供依據(jù)。在實驗教學中，要啟發(fā)學生獨立思考，大膽設想，開展積極的討論才能有所創(chuàng)新。而開放式自主實驗的選題有一定的探索性，內容較為先進且綜合性強，雖然給學生的只是一個物理思想、物理論題或一個課題任務，卻留給學生充分的自主權和自由發(fā)展的空間。更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，因為開放式自主實驗的選題有一定的探索性，內容較為先進、綜合性強，學生可作為課題研究；學生在設計實驗方案、調試測量、分析結果中都要主動積極地學習、思考、創(chuàng)造性地勞動。實施開放式自主實驗一般必須具備著幾個條件：一是建立儀器設備管理系統(tǒng)。首先建立儀器設備賬目卡，做到帳、物相符，并派專人保管，其次儀器的相關信息如型號、規(guī)格、用途、使用方法等及保管人的信息上網(wǎng)公布，便于學生根據(jù)實驗課題選配儀器并外借。二是要求老師認真負責，加強與學生的討論，組織、引導學生解決遇到的疑難問題，同時注重培養(yǎng)學生嚴肅認真、實事求是的作風。三要求無論是學校還是教師都要加大投入。實驗室因條件限制，實驗課題較新穎的相對較少，這需要老師花費大量的精力去尋找實驗課題；同時后期的實驗指導工作也須花費很多精力，因開放式自主實驗對教師提出了更高的要求，他們必須知識面廣，科研能力、動手能力強，而且應熟悉實驗室的儀器。面對學生提出的各類問題，教師需要反應快，具有誘導學生開闊思路、糾正錯誤設想的能力。實行開放式自主實驗，教師的實際工作量增加了許多，這就需要教師更多一些敬業(yè)精神和奉獻精神。教育的目的并不在于簡單的知識傳授，主要在于培養(yǎng)學生自主學習探索的能力和實踐能力，激發(fā)他們的科研意識和創(chuàng)新精神。而開放式自主實驗正體現(xiàn)了這一目的。學生通過親自參與實際問題的解決過程，體驗科研過程，既培養(yǎng)科研意識和科學素質，又增強了實驗技能，提高了科學實驗能力和自主探索的能力。雖然全面實施開放式自主實驗還存在很多困難，但我們應根據(jù)現(xiàn)有的條件加大實施的范圍。

總之，采用開放式自主實驗模式，不僅使基礎差的學生在課余充分地利用實驗室準備實驗，自主思考，主動參與，獲得了較好的實驗教學效果，而且使實驗室的實驗儀器和設備的利用率也大大地提高，滿足了現(xiàn)在教學中開放式自主實驗教學的要求。所以，把自主實驗模式和開放實驗模式相結合是物理實驗教學改革的進一步深化，這樣的實驗模式將更加有利于培養(yǎng)學生獨立思考問題、解決問題的能力，取得更好的實驗教學效果。