基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的探索

田 雁

(興義民族師范學(xué)院貴州 興義562400)

摘 要：從教學(xué)方法、教學(xué)手段、考核方式等幾個(gè)方面探討了基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的改革，為加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度提供了一些有效的途徑和方法．

關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

收稿日期：(2015-04-23)

基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)，是許多專業(yè)的學(xué)生必修的課程．

1目前該課的現(xiàn)狀

在現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，我們面臨的學(xué)生在進(jìn)校之前對(duì)實(shí)驗(yàn)是比較陌生的，學(xué)生的理論、動(dòng)手能力都欠缺，比如不會(huì)接滑動(dòng)變阻器的3個(gè)接線柱；萬用電表不會(huì)使用；電流表、電壓表不會(huì)使用等等．在多年的傳統(tǒng)教育中，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多側(cè)重于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，教師在實(shí)驗(yàn)之前往往對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的、原理、儀器、內(nèi)容、步驟、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理的要求進(jìn)行詳細(xì)的講解，學(xué)生只需要根據(jù)教師的要求，按照操作步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)期以往，實(shí)驗(yàn)程序化，學(xué)生變成了聽實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)的機(jī)械學(xué)習(xí)的機(jī)器，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中始終處于被動(dòng)的、缺少研究的學(xué)習(xí)狀態(tài)，這種千篇一律的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和方式在一定程度上限制了學(xué)生的主動(dòng)性和積極性，難以激發(fā)他們獨(dú)立思考的興趣和激情．沒有從失敗中自己尋找成功之路的經(jīng)歷．沒有足夠的訓(xùn)練，學(xué)生的創(chuàng)新能力當(dāng)然缺乏．針對(duì)以上現(xiàn)狀，我們對(duì)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)進(jìn)行了積極的探索．

2.課程教學(xué)的探索

2.1教學(xué)方法的探討

2.1.1整體規(guī)劃教學(xué)

力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)這4門實(shí)驗(yàn)課雖然是在不同的時(shí)期進(jìn)行的，與不同的理論相聯(lián)系，學(xué)生學(xué)習(xí)的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都經(jīng)歷了3個(gè)階段：預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告．分析這4門實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，它們讓學(xué)生認(rèn)知程度是從易到難，操作過程是由粗到細(xì)．由于我校屬于二本院校，進(jìn)校學(xué)生理論基礎(chǔ)參差不齊，且絕大多數(shù)都很薄弱，生源又來自多個(gè)地區(qū)，加之大部分學(xué)生剛進(jìn)校時(shí)認(rèn)為大學(xué)是他們放松、盡情玩的時(shí)期，學(xué)習(xí)主動(dòng)性較差，學(xué)習(xí)的狀態(tài)不佳．對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)是一個(gè)較長(zhǎng)期的工程，故認(rèn)為4門實(shí)驗(yàn)課應(yīng)作為一個(gè)整體來規(guī)劃．

對(duì)于剛進(jìn)校的大一上學(xué)期的學(xué)生，在中學(xué)階段動(dòng)手親自做實(shí)驗(yàn)的很少，基本沒有什么實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ蟛糠謱W(xué)生即便是一些簡(jiǎn)單的儀器也不知道如何用．針對(duì)此狀況，在本學(xué)期主要教學(xué)工作是加強(qiáng)基本功的訓(xùn)練．除了教會(huì)學(xué)生如何數(shù)據(jù)處理，會(huì)寫一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告外，還需在實(shí)驗(yàn)中注重培養(yǎng)學(xué)生的品質(zhì)，融入人文教育．比如，學(xué)習(xí)“長(zhǎng)度測(cè)量”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在了解儀器的構(gòu)造和測(cè)量的原理的同時(shí)，還需知道如何正確取放儀器，如何正確使用它，操作過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)以及這樣做的目的，讓學(xué)生在學(xué)會(huì)做會(huì)實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，內(nèi)心有所領(lǐng)會(huì)，在增進(jìn)學(xué)生智慧的同時(shí)，觸動(dòng)其心靈，逐步養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，使他們的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)不斷提高．對(duì)于初學(xué)者，教師應(yīng)賦予更多耐心(特別是對(duì)于沒有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)的學(xué)生)．在第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)的每一細(xì)節(jié)都需講到，要求他們都要做到．大一下學(xué)期，實(shí)驗(yàn)教師要開始適當(dāng)放手，可采取少講、多指導(dǎo)的方式．對(duì)于大二的實(shí)驗(yàn)課，教師可采取開放式給予學(xué)生更多動(dòng)手、動(dòng)腦的空間，讓學(xué)生盡情的鍛煉．教育的目的是人的發(fā)展，教師應(yīng)把關(guān)注的重點(diǎn)放在學(xué)生整體的長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展上，而不是簡(jiǎn)單地讓學(xué)生學(xué)會(huì)某一種儀器的使用，會(huì)做某一實(shí)驗(yàn)或某一類知識(shí)．

2.1.2注重在基本功上花功夫

一般在大一上學(xué)期做力學(xué)實(shí)驗(yàn)，這學(xué)期由于新生進(jìn)校時(shí)間相對(duì)于大二等年級(jí)高的學(xué)生而言晚些，加之有國(guó)慶、軍訓(xùn)事宜的安排，課時(shí)較少，給學(xué)生開設(shè)實(shí)驗(yàn)個(gè)數(shù)不易太多．學(xué)生除了掌握開設(shè)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容外，還需在教學(xué)中進(jìn)行以下3個(gè)方面的培養(yǎng).

(1)實(shí)驗(yàn)者應(yīng)具備的品德．做任何一門實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室首先找到實(shí)驗(yàn)臺(tái)，可以做的工作是觀察儀器，然后檢查儀器，經(jīng)教師允許后方可動(dòng)儀器．在實(shí)驗(yàn)中取放儀器動(dòng)作輕緩，觀察者身體左右兩側(cè)不放物品．

(2)樹立實(shí)驗(yàn)遵循一定程序的思想．每一門實(shí)驗(yàn)課都有一定的操作程序，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該把自己當(dāng)成一個(gè)研究者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．對(duì)于力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)大部分較為簡(jiǎn)單，教師要在學(xué)生第一次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)就樹立實(shí)驗(yàn)都要遵循一定的程序意識(shí)．到進(jìn)行電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)由于學(xué)生具備了一定的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，接線的速度就不會(huì)太慢，操作中出現(xiàn)失誤也不會(huì)太多，實(shí)驗(yàn)自然在有限的課時(shí)內(nèi)基本能順利完成．進(jìn)入光學(xué)實(shí)驗(yàn)，教師不會(huì)因?yàn)閷W(xué)生的行為不合實(shí)驗(yàn)的要求再花時(shí)間去培養(yǎng)、去強(qiáng)調(diào)．學(xué)生也因?yàn)橛辛硕嘤鄷r(shí)間，有了一定的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)才可能去把學(xué)過的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展和創(chuàng)新．

(3)書寫一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告．眾所周知，一份完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果表示與結(jié)論、討論8個(gè)部分．重點(diǎn)在數(shù)據(jù)處理和討論部分．?dāng)?shù)據(jù)處理在大一力學(xué)實(shí)驗(yàn)中要讓學(xué)生人人過關(guān)．要讓學(xué)生知道測(cè)量的目的無外乎兩個(gè)：第一，測(cè)出被測(cè)量量真值的最佳估計(jì)值(即平均值)；第二，最佳估計(jì)值的可靠程度．

若采用GUM方法，直接測(cè)量處理數(shù)據(jù)過程如下：

1)求出直接測(cè)量量的平均值；

間接測(cè)量處理步驟過程如下：

1)計(jì)算出每個(gè)直接測(cè)量量的平均值；

2)計(jì)算出每個(gè)直接測(cè)量量的Uc(xi)，其求法同直接測(cè)量處理；

數(shù)據(jù)處理過程要具有科學(xué)性和規(guī)范性，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生會(huì)領(lǐng)會(huì)這一思想即可．對(duì)于討論部分是學(xué)生綜合能力的體現(xiàn)，在力學(xué)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)部分要求較淺，進(jìn)入大二后要求就會(huì)深入些．

2.2教學(xué)內(nèi)容的探討

教學(xué)內(nèi)容在安排上可把培養(yǎng)學(xué)生能力分階段進(jìn)行．各個(gè)學(xué)校在配置實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，提高儀器使用的效率，一般儀器的套數(shù)總是有限的．

2.2.1教學(xué)內(nèi)容分層

對(duì)于實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)之前必須讓實(shí)驗(yàn)者會(huì)用所需的用具，(期間可開設(shè)專門介紹儀器的講座)過關(guān)后方可做實(shí)驗(yàn)．教師根據(jù)理論知識(shí)的重點(diǎn)把實(shí)驗(yàn)分成必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)兩部分．必做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分層，即基礎(chǔ)型；綜合、提高型；創(chuàng)新、設(shè)計(jì)型．為了更好地利用儀器，可把實(shí)驗(yàn)分輪次進(jìn)行．基礎(chǔ)型和綜合、提高型實(shí)驗(yàn)在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)完成．選做實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可在課外開放實(shí)驗(yàn)室時(shí)進(jìn)行．以電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)[使用教材為楊述武主編的普通物理實(shí)驗(yàn)(電磁學(xué)部分)]為例．見表1.

表1　電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排

續(xù)表

學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)有所向往，才能有效地學(xué)習(xí)，學(xué)生才能逐步具有實(shí)際的能力．

2.2.2發(fā)揮榜樣的作用

實(shí)驗(yàn)相對(duì)某些事情而言是枯燥無味的，為了保護(hù)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，在教學(xué)中要進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)，在完成教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，課外可以開設(shè)一些與實(shí)驗(yàn)相應(yīng)理論聯(lián)系的物理學(xué)家進(jìn)行介紹，讓學(xué)生們學(xué)習(xí)大師們驚人的毅力，對(duì)知識(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，學(xué)習(xí)他們?cè)谂龅嚼щy時(shí)所持有的那份積極向上的心態(tài)和克服困難的氣魄．

2.2.3多開設(shè)講座

在每一個(gè)學(xué)期，教師應(yīng)介紹一些物理學(xué)的進(jìn)展．比如，力學(xué)方面的界面熱傳導(dǎo)；光學(xué)方面的光纖光柵；電學(xué)方面的傳感器的理論、設(shè)計(jì)及應(yīng)用的最新進(jìn)展；半金屬磁性材料；物理學(xué)在現(xiàn)代建筑的應(yīng)用；物理學(xué)在醫(yī)學(xué)診斷與治療中的應(yīng)用等等．通過這些活動(dòng)可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，拓展學(xué)生的知識(shí)面．

3教學(xué)手段的探討

3.1預(yù)習(xí)現(xiàn)象

可以把一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象利用現(xiàn)代手段，比如采用CCD采集把一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象預(yù)先給學(xué)生進(jìn)行介紹，增強(qiáng)直觀性．

3.2實(shí)驗(yàn)室開放

3.2.1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開放

每學(xué)期末在網(wǎng)上公布下學(xué)期所開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)安排，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)考核要求．學(xué)生可以利用假期對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了解．

3.2.2實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開放

開放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間是學(xué)生所有課外的時(shí)間．學(xué)生通過申請(qǐng)進(jìn)入開放的實(shí)驗(yàn)室．面對(duì)基礎(chǔ)差的學(xué)生，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行開展：

(1)課堂上沒有做完或做好的實(shí)驗(yàn)；

(2)完成選做的實(shí)驗(yàn)；

(3)針對(duì)各類競(jìng)賽進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室尋找思路、幫助自己確定參賽的選題．

(4)參與課題或科研項(xiàng)目以及準(zhǔn)備申報(bào)課題和項(xiàng)目的同學(xué)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探索．

(5)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室為畢業(yè)論文選題做準(zhǔn)備．

(6)重溫已做過的實(shí)驗(yàn)，尋求新的思路，嘗試把驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)．

3.2.3實(shí)驗(yàn)室管理的開放

要把開放實(shí)驗(yàn)室的工作長(zhǎng)期進(jìn)行下去，實(shí)驗(yàn)室的管理一定要做到科學(xué)和規(guī)范．單靠實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人一人，力量有限，很多方面顧及不周，這時(shí)可聘請(qǐng)高年級(jí)優(yōu)秀的學(xué)生擔(dān)任實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)員，主要對(duì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)開設(shè)的項(xiàng)目進(jìn)行指導(dǎo)，讓學(xué)生花在必做實(shí)驗(yàn)上的時(shí)間縮短，為開展的創(chuàng)新、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)留出更多的時(shí)間．開展的過程見圖1．

圖1　開展過程

方框圖說明：

(1)學(xué)生告知指導(dǎo)教師(導(dǎo)師)，導(dǎo)師聯(lián)系實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人．

(2)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人通知聘請(qǐng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)員．

(3)聘請(qǐng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)員聯(lián)系實(shí)驗(yàn)者進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室．

(4)導(dǎo)師對(duì)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生進(jìn)行全面的監(jiān)督(如儀器的安全、儀器的放置、實(shí)驗(yàn)室的衛(wèi)生、填表登記情況等)．

(5)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人不定期檢查實(shí)驗(yàn)室情況，若出現(xiàn)問題直接聯(lián)系導(dǎo)師．

學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容和時(shí)間有了更自由的選擇，實(shí)驗(yàn)室儀器得以充分利用，大大提高了使用率．

4考核方式的探討

學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)可由3部分構(gòu)成，學(xué)生實(shí)驗(yàn)考核總成績(jī)=平時(shí)成績(jī)(40分)+期末成績(jī)(40分)+創(chuàng)新、設(shè)計(jì)(20分)，具體分配見表2．

表2　學(xué)生成績(jī)考核分配

4.1學(xué)生的平時(shí)成績(jī)

學(xué)生的平時(shí)成績(jī)分為3部分：考勤、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)．考勤占5分；實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)占10分；實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)占25分．實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績(jī)研究實(shí)驗(yàn)次數(shù)和預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)書寫的實(shí)驗(yàn)步驟兩部分組成．預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生書寫實(shí)驗(yàn)的步驟．實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)由必做和選擇實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩部分組成．若實(shí)驗(yàn)報(bào)告中有創(chuàng)新的給以適當(dāng)加分．另外，對(duì)積極選做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生在總分上根據(jù)選做的多少、質(zhì)量給予適當(dāng)加分．

4.2期末考核成績(jī)

學(xué)生的期末考核成績(jī)由理論成績(jī)和操作成績(jī)組成．理論成績(jī)占期末考核的20分，理論考試的內(nèi)容為學(xué)生做過的所有實(shí)驗(yàn)聯(lián)系的理論知識(shí)．第一次上課時(shí)就告訴學(xué)生．由于涉及的知識(shí)面廣，學(xué)生就會(huì)在平時(shí)加強(qiáng)對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的積累．操作成績(jī)占期末考核的20分.在傳統(tǒng)的操作考試中，學(xué)生采用抽簽分組進(jìn)行，由于時(shí)間的約束，學(xué)生單人考試的很少，即便如此，監(jiān)考教師往往也要同時(shí)監(jiān)考幾組，在監(jiān)考中常常出現(xiàn)顧此失彼，特別在電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)(因要檢查線路)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)(要確定調(diào)節(jié)出的現(xiàn)象)中更明顯，這樣難以真正確定每一個(gè)學(xué)生的真實(shí)能力．現(xiàn)采用如下辦法進(jìn)行效果將大大改變：延遲考核時(shí)間．首先，課程結(jié)束后，有一定時(shí)間讓學(xué)生溫習(xí)所做過的實(shí)驗(yàn)．其次，考核分組，單人操作．學(xué)生和教師共同確定空余時(shí)間進(jìn)行考前預(yù)約．最后，對(duì)考核實(shí)驗(yàn)進(jìn)行抽簽，多組考試同時(shí)進(jìn)行(電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)、光學(xué)實(shí)驗(yàn)可減少組數(shù))．這樣教師就可以仔細(xì)觀察每個(gè)學(xué)生的操作過程，客觀、公正定出他們的操作成績(jī)．

4.3創(chuàng)新設(shè)計(jì)成績(jī)

這部分成績(jī)由口頭匯報(bào)和小論文(或?qū)嶒?yàn)報(bào)告)形式體現(xiàn)，各占10分．

把學(xué)生的實(shí)驗(yàn)考核評(píng)定細(xì)化后不但可以端正學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，調(diào)動(dòng)學(xué)生平時(shí)做實(shí)驗(yàn)的積極性，還能真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)效果，提高考試的可信度并能較好地體現(xiàn)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力．

5結(jié)束語

為了培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新能力、應(yīng)用型人才，作為教師的我們?cè)诮虒W(xué)中要以學(xué)生為主，加強(qiáng)為他們服務(wù)的意識(shí)．注重基礎(chǔ)訓(xùn)練，注重良好實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的培養(yǎng)，注重培養(yǎng)學(xué)生在探索、實(shí)踐的過程中實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，以多種方式鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各種研究．我們相信通過對(duì)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，不但可以讓學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)思想的了解、實(shí)際的操作等一系列的訓(xùn)練具備一定的實(shí)驗(yàn)技能，具有利用實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果分析探究出物理規(guī)律的能力，而且還能為他們以后進(jìn)行科研、學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)．相信提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的深度和廣度，對(duì)提高教學(xué)的質(zhì)量和效果有良好的促進(jìn)作用．

參 考 文 獻(xiàn)

1楊述武，等.普通物理實(shí)驗(yàn)·力學(xué)、熱學(xué)部分(第四版).北京：高等教育出版社，2007

2楊述武，等.普通物理實(shí)驗(yàn)·電磁學(xué)部分(第四版).北京：高等教育出版社，2007

3楊述武，等.普通物理實(shí)驗(yàn)·光學(xué)部分(第四版).北京：高等教育出版社，2007

4朱鶴年.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)講義(第一版).北京：清華大學(xué)出版社，2013

5沈元華，等.基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)(第一版).北京：高等教育出版社，2005

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