物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

彭勇 付姚

摘要：根據(jù)"新工科"建設(shè)的需要，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何構(gòu)建設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式，分析了設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的程序，并提出了具體的措施和實(shí)施步驟，從而達(dá)到培養(yǎng)科學(xué)精神和探索精神以及提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力的教學(xué)目的。

關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);科學(xué)精神;探索精神;實(shí)踐動(dòng)手能力

一、引言

設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)不同于以掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法和基本技能為基礎(chǔ)的常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，又不同于在工程實(shí)踐中以解決生產(chǎn)科研中的具體問(wèn)題帷幕的實(shí)際性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一種較高層次的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，它要求學(xué)生自己查找和閱讀各種參考資料，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蠛蛯?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行選擇實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)、研究實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)的種種問(wèn)題，最后完成實(shí)驗(yàn)，它涉及的物理基礎(chǔ)理論知識(shí)范圍較寬，儀器調(diào)節(jié)更加精細(xì)，偏重于實(shí)驗(yàn)知識(shí)、方法和技能的靈活運(yùn)用和開(kāi)拓學(xué)生智力，更有助于較全面地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。雖然這種實(shí)驗(yàn)往往要經(jīng)歷某些失敗，甚至多次的失敗，但經(jīng)過(guò)這樣的實(shí)驗(yàn)鍛煉都可以大大提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

二、設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程

大學(xué)生在完成一定基礎(chǔ)性物理實(shí)驗(yàn)后，可以開(kāi)設(shè)一些具有科學(xué)性和趣味性的實(shí)驗(yàn)，充分調(diào)動(dòng)大學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新精神。讓他們切身感受到所學(xué)物理知識(shí)的實(shí)際用途，在完成這些實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣與探索知識(shí)的信心。設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)首先要查找與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。例如：所需要的相關(guān)公式、原理、規(guī)律和目前此類(lèi)實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)方法等相關(guān)知識(shí)。其次，確定與實(shí)驗(yàn)相關(guān)的參考書(shū)籍與材料，看看能否找到可以借鑒的理論依據(jù)及各種方法。搜索資料的過(guò)程既是收集資料的過(guò)程，又是調(diào)查研究的過(guò)程，其中所涉及的內(nèi)容對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否科學(xué)、合理和具有可操作性具有極大的參考價(jià)值。在搜索資料的基礎(chǔ)上，分析實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可能的操作方法，參考與其相類(lèi)似的實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)方法，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)初步確定實(shí)驗(yàn)的方法。分析實(shí)驗(yàn)器材的合理性，看是否需要另配或增加器材設(shè)備，最好是充分合理地運(yùn)用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材完成實(shí)驗(yàn)。在分析實(shí)驗(yàn)及資料搜索的基礎(chǔ)上，初步擬訂實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案包括：實(shí)驗(yàn)研究的目的和要求、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析的方法等具體方案。在擬訂的方案論證后，最終確定實(shí)驗(yàn)方案。方案要具有科學(xué)性、可操作性、簡(jiǎn)化性。在確定了實(shí)驗(yàn)方案以后，要對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)備與調(diào)試，做好正式實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作。其工作內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)整體布局、儀器選擇和調(diào)試、觀察與記錄方式、材料配備等。

三、設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)具體措施

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作為人才培養(yǎng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，應(yīng)著重于學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)與技能的培養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析與解決問(wèn)題的能力。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題應(yīng)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的綜合性、新穎性和實(shí)踐性，把握難易程度與工作量，緊扣專(zhuān)業(yè)當(dāng)前發(fā)展方向， 向市場(chǎng)需求靠攏， 提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣， 充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。一個(gè)好的選題應(yīng)恰當(dāng)?shù)伢w現(xiàn)知識(shí)覆蓋面、題目的設(shè)計(jì)與創(chuàng)新性、實(shí)驗(yàn)量、技能訓(xùn)練等方面的要求。對(duì)于新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備積極開(kāi)拓新的設(shè)計(jì)性題目，及時(shí)淘汰簡(jiǎn)單陳舊的題目。我校物理實(shí)驗(yàn)示范中心現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)儀器種類(lèi)多，能夠利用的空間大，只是部分設(shè)備的臺(tái)套數(shù)少，功能不是很完善，但是完全能夠提供給學(xué)生作為實(shí)驗(yàn)性實(shí)踐和拓展思路空間的平臺(tái)，只是需要投入更多的實(shí)驗(yàn)管理和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的人力。購(gòu)置部分必要的新的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以讓設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量再上新臺(tái)階，同時(shí)也解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的問(wèn)題。事實(shí)上一個(gè)好的設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)，前期的準(zhǔn)備工作是十分重要的。在指導(dǎo)教師給學(xué)生提供適當(dāng)?shù)膮⒖假Y料的同時(shí)盡可能要求學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行資料查詢(xún)，查詢(xún)各種參考書(shū)籍和專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站，有助于學(xué)生了解相關(guān)科研方向的最新資料與發(fā)展趨勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生基本科研能力。如果一個(gè)學(xué)生在前期的準(zhǔn)備工作中能夠查閱到大量相關(guān)的文獻(xiàn)，在實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案時(shí)就不會(huì)局限于一個(gè)小范圍的參考，這樣有利于拓展學(xué)生的發(fā)散性思維。因此作為指導(dǎo)教師也不能只參考學(xué)生是否完成實(shí)驗(yàn)方案，而應(yīng)將學(xué)生的所有工作加以綜合考慮。幾名同學(xué)集中在同一個(gè)題目上共同探討，每個(gè)學(xué)生都熟悉該題目整體的設(shè)計(jì)構(gòu)想， 將各自的設(shè)計(jì)方案加以綜合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，精誠(chéng)協(xié)作，既有效的激發(fā)了大家的創(chuàng)作熱情，又培養(yǎng)了大學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，充分發(fā)揮了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性。

四、設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)這種獨(dú)立解決問(wèn)題的全面訓(xùn)練，既提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情、激發(fā)了創(chuàng)造性思維，又鞏固了所學(xué)的知識(shí)和技術(shù)，培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力，深受學(xué)生們的歡迎。通過(guò)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，取得了如下成效：

1、提高了學(xué)生自我動(dòng)手能力

學(xué)生們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后的體會(huì)中寫(xiě)到：“設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提高了查閱資料及獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力，具有極強(qiáng)的實(shí)踐性，極大地提高了進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，是培養(yǎng)學(xué)生自我動(dòng)手能力的有效方法”

2、為學(xué)生的畢業(yè)論文打下良好的基礎(chǔ)

查找資料，提出實(shí)驗(yàn)方案，嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練以及對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察記錄和分析總結(jié)，有利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)格的科學(xué)思維和科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ岣呖茖W(xué)研究能力。綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)了學(xué)生認(rèn)真仔細(xì)的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的工作作風(fēng)，增強(qiáng)了他們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

五、結(jié)論

設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虺浞旨ぐl(fā)學(xué)生的自主探究性學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)是順應(yīng)高校教學(xué)改革的發(fā)展，也是時(shí)代的要求，論文提出了設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的過(guò)程、具體措施及教學(xué)效果，為如何開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提出了建議，但如何更好的開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)還需要進(jìn)一步的探索與實(shí)踐。

參考文獻(xiàn)

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[基金項(xiàng)目] 大連海事大學(xué)教改項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)：開(kāi)展融合物理問(wèn)題討論教學(xué)與科研促教學(xué)研究暨學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)方法改革（項(xiàng)目編號(hào)：2020Y100）