張雙成 晏翠瓊 魏生賢 顧凌吉 李 杰 周應(yīng)強(qiáng)

（曲靖師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，云南 曲靖 655011）

0 引言

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是教師給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件后,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并在老師指導(dǎo)下加以實(shí)現(xiàn)的探索性實(shí)驗(yàn),同時(shí)也是介于基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)和實(shí)際科學(xué)實(shí)驗(yàn)之間的、具有對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行初步訓(xùn)練的教學(xué)實(shí)驗(yàn),著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力以及組織管理能力，目的是提高學(xué)生的綜合能力[1-5]。作為新建本科院校開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)還處于摸索階段，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題缺乏預(yù)測(cè)和掌握,出現(xiàn)突發(fā)情況感覺(jué)無(wú)從下手。為了達(dá)到開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的真正目的，本文以設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)、要求為基礎(chǔ)，結(jié)合曲靖師范學(xué)院（2000年新建本科院校）物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中開(kāi)設(shè)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)“磁電式電表的擴(kuò)程與校準(zhǔn)”總結(jié)幾點(diǎn)教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為今后更好開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)夯實(shí)基礎(chǔ)。

1 對(duì)象和方法

1.1 教學(xué)對(duì)象

教學(xué)研究對(duì)象選擇曲靖師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院2010級(jí)物理學(xué)專業(yè)本科二年級(jí)學(xué)生，1個(gè)班共69人。

1.2 教學(xué)方法

曲靖師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院針對(duì)2010級(jí)物理學(xué)專業(yè)開(kāi)設(shè)《電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)》課程總計(jì)33學(xué)時(shí)共10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中完成1個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。具體安排是學(xué)生先完成9個(gè)必做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)，內(nèi)容是學(xué)習(xí)基本電路的接法、特點(diǎn)，了解基本電學(xué)儀表儀器的性能、結(jié)構(gòu)和使用，驗(yàn)證穩(wěn)恒電磁場(chǎng)特點(diǎn)及其所遵守的規(guī)律；要求學(xué)生學(xué)會(huì)排除基本電路故障的方法，掌握測(cè)量電學(xué)量的基本方法，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電磁場(chǎng)所遵守的規(guī)律，學(xué)會(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基本方法。學(xué)生完成9個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后再完成1個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

開(kāi)學(xué)初第一次課指導(dǎo)教師將本課程主要內(nèi)容和要求、開(kāi)課進(jìn)度做了具體安排。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)——磁電式電表的擴(kuò)程與校準(zhǔn)，要求學(xué)生在完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之前認(rèn)真查閱資料，做到了解電表的性能、結(jié)構(gòu)、工作原理；掌握改裝電流表、電壓表和歐姆計(jì)原理；掌握確定電表等級(jí)的方法。每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前先寫出實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中由于實(shí)驗(yàn)室條件限制，不能滿足一個(gè)學(xué)生完成一塊電表改裝并校準(zhǔn)，所以將全班分為14個(gè)小組，平均4～5人一組，每組指定一個(gè)組長(zhǎng)。具體辦法是在實(shí)驗(yàn)前兩周指導(dǎo)教師先根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案將完成相同或相近任務(wù)的同學(xué)劃為一組，同時(shí)兼顧學(xué)生成績(jī)優(yōu)中差搭配。然后由各組長(zhǎng)組織討論本小組各組員的實(shí)驗(yàn)方案，最終由組員共同提議確定或整合一個(gè)方案來(lái)完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。教師在小組討論過(guò)程中或參與或旁聽(tīng)。實(shí)驗(yàn)方案成熟1個(gè)，允許實(shí)踐改裝1塊電表，最終學(xué)生的具體任務(wù)是將一塊G表改裝為較大量程的電流表、電壓表或萬(wàn)用表；改裝后的電表可以是單量程、雙量程或多量程的，量程大小自由選擇，但每組不一樣；電路設(shè)計(jì)方便、安全、高精度為原則；電表改裝好以后要求校準(zhǔn)并確定等級(jí)，在校準(zhǔn)過(guò)程中，如果改裝好的電表準(zhǔn)確度太低，需要反復(fù)調(diào)整、更換電路中電阻元件或改變?cè)瓉?lái)電路設(shè)計(jì)，直到達(dá)標(biāo)為準(zhǔn)。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)后，總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果撰寫小論文。論文要求每人1份，同一小組除方案、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)一致，其余各自獨(dú)立完成。

在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作之前，教師必須清楚在學(xué)生進(jìn)行改裝和校準(zhǔn)電表實(shí)驗(yàn)過(guò)程中電表類別、量程、電路圖的設(shè)計(jì)，電阻元件參數(shù)的選取和電路焊接的技巧、方法，表頭內(nèi)阻的測(cè)量方法和注意事項(xiàng)等。在學(xué)生實(shí)驗(yàn)階段，完全實(shí)現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生自己準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、操作實(shí)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，當(dāng)學(xué)生遇到突發(fā)問(wèn)題和無(wú)從解決的問(wèn)題時(shí)，教師只做引導(dǎo)者，不幫學(xué)生直接解決問(wèn)題。

1.3 學(xué)生成績(jī)考核方法

教師對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)價(jià)辦法是采取考核學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中幾個(gè)環(huán)節(jié)的情況，其中包括：實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)30分、實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)30分、論文成績(jī)30分、參與活動(dòng)的主動(dòng)性10分。具體操作：實(shí)驗(yàn)前兩周，教師收齊學(xué)生擬定的實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)學(xué)生查找資料和運(yùn)用的情況、實(shí)驗(yàn)方案的可行性、實(shí)驗(yàn)參數(shù)的合理性、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法掌握情況給出實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)成績(jī)；實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)，主要考查學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中操作的規(guī)范性、熟練程度、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路和能力；論文成績(jī)主要看論文結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理情況、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的角度、深度廣度，論文的條理性，語(yǔ)言表述的準(zhǔn)確性；學(xué)生參與活動(dòng)的主動(dòng)性成績(jī)是綜合前面三個(gè)環(huán)節(jié)同時(shí)結(jié)合在小組討論中學(xué)生的參與度來(lái)給出評(píng)價(jià)。

2 教學(xué)效果與分析

圖1-圖5是作者在教學(xué)過(guò)程中嚴(yán)格按照上述考核辦法對(duì)學(xué)生成績(jī)?cè)u(píng)定的結(jié)果。圖1統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)生總成績(jī)，數(shù)據(jù)表明：學(xué)生能夠圓滿完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)并取得良好效果，其中有26%的同學(xué)取得優(yōu)秀（90-100分），55%的同學(xué)達(dá)到良好 （80-90分），19%的同學(xué)達(dá)合格以上成績(jī)（60-80 分）。

圖1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)學(xué)生總成績(jī)

圖2-圖4統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各環(huán)節(jié)成績(jī)。圖2顯示準(zhǔn)備階段，學(xué)生根據(jù)老師所給實(shí)驗(yàn)任務(wù)，獨(dú)立自主查找資料，研究資料，開(kāi)展小組討論等活動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。結(jié)果近70%的同學(xué)能夠設(shè)計(jì)出有一定設(shè)計(jì)思想、可行合理的實(shí)驗(yàn)方案；26%的同學(xué)基本能夠完成簡(jiǎn)單、合理可行的設(shè)計(jì)方案；6%的同學(xué)需要幫助完成設(shè)計(jì)達(dá)到要求。此環(huán)節(jié)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中從傳統(tǒng)的被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的去獲取知識(shí)，經(jīng)歷查找資料、歸納總結(jié)提升資料尋找解決問(wèn)題方法的過(guò)程，這是鍛煉學(xué)生邏輯思維的過(guò)程。開(kāi)展小組討論修訂實(shí)驗(yàn)方案又是讓學(xué)生學(xué)會(huì)合作、培養(yǎng)學(xué)生組織管理能力的過(guò)程。

圖3表明：實(shí)驗(yàn)操作階段，學(xué)生根據(jù)自己所設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試、調(diào)試和校準(zhǔn)。結(jié)果60%的同學(xué)能夠規(guī)范、熟練的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題；36%的同學(xué)能夠按照自己的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要老師一定的指導(dǎo)；4%的同學(xué)需要老師反復(fù)指導(dǎo)完成。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，最后完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)。實(shí)驗(yàn)操作均由學(xué)生自己完成，能充分鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。出現(xiàn)問(wèn)題均由學(xué)生自己解決，教師只簡(jiǎn)單提示和引導(dǎo)不做解決問(wèn)題的工作，這樣能提高學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

圖2 準(zhǔn)備階段成績(jī)

圖4 論文成績(jī)

圖4統(tǒng)計(jì)學(xué)生論文成績(jī)，其中17%的同學(xué)論文結(jié)構(gòu)完整、思路清晰、語(yǔ)言表達(dá)通順，說(shuō)理清楚但深度廣度還需繼續(xù)加強(qiáng)；54%的同學(xué)能夠?qū)⒄撐目蚣艽钇饋?lái)，并對(duì)論文每一部分的撰寫方法有一定的認(rèn)識(shí)，但要達(dá)到結(jié)構(gòu)完整、層次分明、說(shuō)理清楚等還需下功夫；還有29%的同學(xué)基本沒(méi)有脫離實(shí)驗(yàn)報(bào)告。總之，論文撰寫環(huán)節(jié)是整個(gè)教學(xué)過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)然作為大學(xué)二年級(jí)第一學(xué)期的學(xué)生沒(méi)有任何論文撰寫常識(shí)的情況下，單憑一次實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師對(duì)論文寫作要求的簡(jiǎn)單介紹和學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)、研究文獻(xiàn)就有近70%的同學(xué)能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)寫成結(jié)構(gòu)基本完整，有一定條例的文章，甚至有少部分同學(xué)基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)文章的雛形，這其實(shí)是教學(xué)過(guò)程中一個(gè)很大的成果。這一環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)結(jié)束要求每個(gè)同學(xué)總結(jié)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出自己的看法，這是進(jìn)一步鍛煉提升學(xué)生歸納、總結(jié)和分析問(wèn)題的邏輯思維能力。

圖5 學(xué)習(xí)主動(dòng)成績(jī)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的主動(dòng)性貫穿整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從查找資料、設(shè)計(jì)方案、小組討論和實(shí)驗(yàn)操作中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題及其論文寫作等過(guò)程中的參與程度和成效來(lái)考核學(xué)生的主動(dòng)性。圖5顯示71%的同學(xué)主動(dòng)性很高，26%的同學(xué)能主動(dòng)參與，2%的同學(xué)專業(yè)成績(jī)不理想，但還是按要求參與各項(xiàng)任務(wù)?？傮w上看，開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生的主動(dòng)性很高。

3 教學(xué)思考

電表是電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中最基本最常用的儀表。電表的改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可開(kāi)成驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)或綜合性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求伸縮范圍很大，能滿足不同層次學(xué)生的需求。本中心將“電表的改裝與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)”開(kāi)成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，其內(nèi)容結(jié)合學(xué)生實(shí)際、設(shè)計(jì)性較強(qiáng)、具有啟發(fā)性、學(xué)生能夠完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的任務(wù)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要因素。

學(xué)習(xí)過(guò)程是學(xué)生獲取知識(shí)、鍛煉能力的過(guò)程，學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生在每一個(gè)環(huán)節(jié)上獲得的努力成效，直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)采取考核環(huán)節(jié)成效的辦法，能客觀公正給出學(xué)生成績(jī)、肯定學(xué)生的智慧和努力。教師客觀公正評(píng)價(jià)學(xué)生，是對(duì)學(xué)生的尊重、肯定和鼓勵(lì)，同時(shí)對(duì)學(xué)生起到一定促進(jìn)作用。學(xué)生在最大程度上獲得尊重、肯定和鼓勵(lì)，同時(shí)加以適當(dāng)督促是完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的關(guān)鍵因素。

指導(dǎo)教師對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，給學(xué)生明確的任務(wù)、充分自主的學(xué)習(xí)時(shí)間和空間，同時(shí)提供及時(shí)有效的方法指導(dǎo)，是學(xué)生能夠順利完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有力保障。

在完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)整個(gè)過(guò)程中教師就是一個(gè)引導(dǎo)者，學(xué)生就是一個(gè)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造、生產(chǎn)的實(shí)踐者，實(shí)驗(yàn)過(guò)程就是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合能力的過(guò)程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中積極開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)當(dāng)今社會(huì)所需具有較強(qiáng)綜合能力的建設(shè)者的有效途徑，如何有效開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)一線的教師責(zé)無(wú)旁貸的重任。

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