對大學(xué)物理實驗中自主參與性激發(fā)的初步探討

范楊

摘 要：本文探討了如何在大學(xué)物理實驗課程中激發(fā)學(xué)生的自主參與性，闡述了教學(xué)改革所采用的“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”這一方法。通過一個常見的大學(xué)物理實驗，給出了這一方法的具體教學(xué)實施示范以及成效，體現(xiàn)了激發(fā)自主參與性的必要和它帶來的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗；教學(xué)改革；自主參與性

大學(xué)物理實驗這門課程，作為面向理工科各專業(yè)學(xué)生的一門必修基礎(chǔ)課程，是構(gòu)成大學(xué)物理課程的一個重要組成部分。大學(xué)物理實驗作為理論知識應(yīng)用的一個理想場所，不僅可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識，更可以進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實際動手能力，培養(yǎng)協(xié)調(diào)合作的精神和激發(fā)自主探索的意識。但是在實際教學(xué)過程中，發(fā)現(xiàn)了學(xué)生在自主參與方面存在著缺失，需要通過課程設(shè)計的優(yōu)化改革來改善這種情況。

一、物理實驗進(jìn)行過程中，在自主參與性方面值得改進(jìn)的地方

目前進(jìn)行的大學(xué)物理實驗課程，在實驗步驟部分，一般都參考實驗教材，將具體實驗的操作順序詳盡有序地羅列出來。當(dāng)教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行具體實驗時，只需要按照教材步驟，一一逐步執(zhí)行，就基本可以完成整體實驗流程。[1]然而這樣一種模式，難免使得整個實驗流程固定僵化，學(xué)生只是按部就班操作，在主動思考實驗操作意義，體會實驗設(shè)計精妙之處，難以有個人深刻的理解和體會。同時也無法產(chǎn)生自己主動探索的興趣，無法發(fā)現(xiàn)更多教材沒有囊括的有趣現(xiàn)象。[2][3]因此在這一方面，值得加以改革，以獲得更好的教學(xué)效果。

二、改進(jìn)的思想、方法和具體實施

人最主要的一個特點便是具有主觀能動性。學(xué)生作為知識的接受個體，并不是完全被動的對象，在教學(xué)方法合適的情況下，完全可以激發(fā)出學(xué)生的自主性意識。[4]在這樣的思想指導(dǎo)下，針對大學(xué)物理實驗課程的特點，可以在實驗各環(huán)節(jié)進(jìn)行一些改進(jìn)。采用的方法稱為“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”，“省略”即省略去某些固定詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)實驗操作步驟，“引導(dǎo)”則是在其他部分給予學(xué)生充分思考的機(jī)會，設(shè)置啟發(fā)性的問題以及情境，引導(dǎo)實際步驟的進(jìn)行。下面通過《氣墊導(dǎo)軌上的碰撞》（后簡稱《碰撞》）這樣一個典型的大學(xué)物理實驗，對具體改進(jìn)的方法和實施加以闡述。

（一）實驗?zāi)康牟糠謱χ鲃犹剿鹘?jīng)行強(qiáng)調(diào)

在實驗?zāi)康牟糠?，需要?qiáng)調(diào)主動探索的必要性。如在《碰撞》實驗中，補(bǔ)充一條“探索總結(jié)不同組合情況下的兩物體碰撞的規(guī)律，并與理論結(jié)果驗證比較”。通過設(shè)置這樣的實驗?zāi)康?，引?dǎo)學(xué)生探索不同的速度、質(zhì)量組合，對滑塊碰撞結(jié)果的影響。

（二）實驗原理部分增加啟發(fā)引導(dǎo)性的設(shè)置

在實驗原理部分，要對思考的方向給出足夠的提示引導(dǎo)。如在《碰撞》實驗中，經(jīng)過改進(jìn)，只給出根據(jù)動量守恒和能量守恒，兩滑塊彈性碰撞前后速度應(yīng)該滿足的方程。并且引導(dǎo)學(xué)生自行進(jìn)行理論的計算，算出理論預(yù)測的結(jié)果。如表述“請根據(jù)動量和能量守恒這兩個方程，算出碰撞后速度的表達(dá)式”。

（三）實驗步驟部分省略去固定條件，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計進(jìn)行探索

在保留最基本的必要操作外，省略詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗項目，嘗試多種情況。如在《碰撞》實驗中，典型的實驗圖示如下圖所示：

現(xiàn)有的實驗教材中，除熟悉滑塊滑動、電子天平以及光電門的使用外，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)步驟按照碰撞情形分為：設(shè)置v20=0，考慮m1>m2、m1=m2、m1

（四）實驗結(jié)果討論部分，針對每一組學(xué)生不同的探索結(jié)果，進(jìn)行總結(jié)性討論

在記錄實驗數(shù)據(jù)并處理之后，針對每一組學(xué)生所得的不同結(jié)果，總結(jié)出共性結(jié)論進(jìn)行討論。對個別小組做出的額外發(fā)現(xiàn)，加以解釋和鼓勵。對學(xué)生自主性發(fā)揮得到的成果，給予積極的反饋。

三、選擇不同班級作為對照組，實踐改進(jìn)方法，進(jìn)行效果對比

依據(jù)以上所指定的方法，挑選了本校建筑工程專業(yè)的兩個不同班級進(jìn)行了對比，分為A、B兩組。所進(jìn)行的實驗為《氣墊導(dǎo)軌上的碰撞》。

A組：共40人，20個實驗組。采用現(xiàn)有的實驗教材，按照改進(jìn)之前的標(biāo)準(zhǔn)步驟統(tǒng)一進(jìn)行教學(xué)，分別測量了“m1=250g、m2=200g”，“m1=200g、m2=250g”，“m1=200g、m2=200g”三種質(zhì)量組合的碰撞情形，同時速度設(shè)定統(tǒng)一為v20=0。

B組：共42人，21個實驗組。按照改進(jìn)之后的“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”步驟進(jìn)行教學(xué)。

在其他實驗條件保持一致的情況下，這兩組的實驗表現(xiàn)差異主要呈現(xiàn)在以下幾點：

（1）從整個實驗完成所用時間來看，A組最后時間截止在96分鐘，B組最后時間截止在132分鐘。

（2）由于未設(shè)定具體的滑塊質(zhì)量數(shù)據(jù)，與A組統(tǒng)一的質(zhì)量組合有別，B組學(xué)生在質(zhì)量選擇上呈現(xiàn)出了大量不同的組合。如對于v20=0，m1>m2的完全彈性碰撞情形，所有21組中有19組進(jìn)行了測量，分別采用了“m1=250g、m2=200g”，“m1=450g、m2=250g”，“m1=500g、m2=300g”等幾十種不同組合。在實驗結(jié)果討論階段，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了以上情形所共有的實驗現(xiàn)象：“碰撞后兩滑塊均按照碰撞前滑塊1的速度方向運(yùn)動”，并且將此現(xiàn)象與他們理論計算結(jié)果進(jìn)行了比較，得到吻合。

（3）由于同時省去了對速度v20=0的限定，B組學(xué)生也嘗試了大量對于速度的選擇。21組學(xué)生中有14組測試了v20>0，v20=0，v20<0的完整三種情形，有5組測試了兩種速度選擇情形，有1組只測試了v20<0的情形，有1組只測試了v20=0的情形。通過觀察不同情況下的實驗現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，發(fā)現(xiàn)“滑塊2初始速度的方向和大小，兩滑塊質(zhì)量的大小關(guān)系會共同影響碰撞之后的滑塊運(yùn)動方向”。通過與理論計算結(jié)果比較，也得到了驗證。

（4）在對結(jié)果誤差分析方面，A組學(xué)生中，有2個小組發(fā)現(xiàn)了實驗結(jié)果與理論預(yù)測有較大差別的地方，但無法通過自身有限數(shù)據(jù)給出具體誤差的來源。而在B組學(xué)生中，由于嘗試了多種組合，共有9個小組提出自己實驗中有個別結(jié)果與理論預(yù)測不完全符合之處。通過引導(dǎo)學(xué)生對結(jié)果的具體分析，同時結(jié)合理論，發(fā)現(xiàn)“此類現(xiàn)象主要發(fā)生在質(zhì)量組合、速度選擇為某些特殊值的情況下”。此后學(xué)生總結(jié)出：“在此種特殊情況下，由導(dǎo)軌不完全水平、碰撞導(dǎo)致側(cè)向振動、摩擦力等誤差來源對實驗結(jié)果的影響可以達(dá)到非常明顯的程度”，并提出為了盡量減少這種誤差影響，在以后的實驗中的可以改進(jìn)的地方。

通過以上對比，可以明顯看出使用改進(jìn)教學(xué)方案后的B組，相對于A組而言，實驗內(nèi)容得到了豐富，對實驗現(xiàn)象的分析理解更加深刻，對理論知識的理解更加全面。學(xué)生自主參與性得到了有效激發(fā)，整體教學(xué)效果得到了改善。

四、總結(jié)

綜上所述，通過對傳統(tǒng)實驗授課方法的改進(jìn)，采用“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”這一方法，可以在物理實驗教學(xué)中很好地激發(fā)學(xué)生的自主參與性，能夠幫助他們更好地理解實驗的原理和設(shè)計思路，更全面地分析實驗的結(jié)果，更深刻地領(lǐng)悟相關(guān)的理論知識。其中教師對教材內(nèi)容的修改加工、對實驗過程的改進(jìn)設(shè)計以及對學(xué)生的幫助引導(dǎo)至關(guān)重要。沿用這個思路，可以進(jìn)一步在以后優(yōu)化實驗教學(xué)，以逐步提升整體的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

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