大學(xué)物理設(shè)計性實驗的探索與思考

1、<p>　　大學(xué)物理設(shè)計性實驗的探索與思考</p><p>　　摘 要 主要分析大學(xué)物理設(shè)計性實驗的特點和內(nèi)涵，討論高校開設(shè)大學(xué)物理設(shè)計性實驗的必然性，詳細(xì)闡述大學(xué)物理設(shè)計性實驗的實施過程。最后就設(shè)計性實驗開設(shè)過程中容易出現(xiàn)的問題及解決途徑提出自己的見解。 </p><p>　　關(guān)鍵詞 設(shè)計性物理實驗；大學(xué)物理；教學(xué)改革 </p><p>　　中圖分類號：

2、G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1671-489X（2013）09-0132-02 </p><p>　　Exploration and Consideration of Design Experiments of College Physics//Liu Cunhai， Zhang Yong， Sun Jiang， Zhang Jilei </p><p>　　Abstrac

3、t The character and connotation of the design experiments of college physics are principally analyzed， and the discussion to the inevitability of this course is carried out. Then， the implementation process of the design

4、 experiments of college physics is detailedly expounded. At last， the unique opinion on the problem and corresponding solutions which appear easily in course is put forward. </p><p>　　Key words physical desi

5、gn experiments； college physics； teaching reform </p><p>　　物理學(xué)是一門基礎(chǔ)學(xué)科，也是一門實驗學(xué)科，不管是歷史上還是現(xiàn)在，它的發(fā)展和創(chuàng)新都與物理實驗緊密相連[1]。大學(xué)物理實驗教學(xué)是學(xué)生從中學(xué)進(jìn)入大學(xué)后接受科學(xué)實驗方法和實驗技術(shù)訓(xùn)練的開端，通過對學(xué)生進(jìn)行物理實驗理論、實驗方法和實驗技能基本訓(xùn)練，使學(xué)生初步掌握科學(xué)實驗主要過程和基本方法，建立合理的物理模型

6、，培養(yǎng)他們從事科學(xué)實驗的基本素質(zhì)和開創(chuàng)性的科研能力[2]，能定性或定量研究某個物理過程變化規(guī)律，善于分析判斷實驗結(jié)果，為激發(fā)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)和提高學(xué)生獨立開展科學(xué)研究能力奠定基礎(chǔ)。 </p><p>　　大學(xué)物理設(shè)計性實驗是大學(xué)物理實驗的重要組成部分，它突破了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，是一種以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的教學(xué)模式。它對學(xué)生獨立解決問題的能力進(jìn)行了全面訓(xùn)練，既提高了學(xué)生的實驗熱情，又鞏固了

7、所學(xué)的知識和技術(shù)，培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力[3-4]。 </p><p>　　1 大學(xué)物理設(shè)計性實驗的內(nèi)涵 </p><p>　　大學(xué)物理設(shè)計性實驗是學(xué)生經(jīng)過常規(guī)和綜合物理實驗訓(xùn)練之后，為進(jìn)一步培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)而開設(shè)的具有創(chuàng)造性的實驗。它要求學(xué)生能根據(jù)給定的實驗任務(wù)，自行查閱相關(guān)資料、設(shè)計實驗方案、組織實驗系統(tǒng)和獨立進(jìn)行操作，最終對實驗結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析并撰寫實驗論文。它旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)

8、新意識和創(chuàng)新精神，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。從形式上區(qū)分大學(xué)物理設(shè)計性實驗包括原理性設(shè)計實驗、操作性設(shè)計實驗和制作性設(shè)計實驗；從知識要求上包括利用已掌握的知識和常用儀器、開拓常用儀器的新用法的設(shè)計、在一定方向擴(kuò)展知識后利用新科技的設(shè)計等[5]。 </p><p>　　2 開設(shè)大學(xué)物理設(shè)計性實驗的必要性 </p><p>　　近年來，隨著社會的飛速發(fā)展，社會對人才的要求越來越高。高校

9、作為人才培養(yǎng)的搖籃，如何培養(yǎng)出具有實踐能力和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，成了一個很大的現(xiàn)實問題。作為具有實驗特點的物理學(xué)，如何在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力，成為物理實驗教學(xué)近年來的研究課題。在傳統(tǒng)的物理實驗課程中，一切都由教師主導(dǎo)，這在一定程度上限制了學(xué)生的主動性和創(chuàng)造性，實驗本身也只是簡單的數(shù)據(jù)測量和理論驗證，必會導(dǎo)致培養(yǎng)出來的學(xué)生缺乏創(chuàng)造性。近幾年，為了克服傳統(tǒng)實驗帶來的諸多問題，在高等教育實驗中推行設(shè)計性實驗便成了一種選擇。應(yīng)該看到，

10、設(shè)計性物理實驗在把學(xué)習(xí)主動權(quán)交給學(xué)生的同時，還能促使學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的物理知識解決實際問題。 </p><p>　　3 大學(xué)物理設(shè)計性實驗的特點 </p><p>　　3.1 實驗的綜合性 </p><p>　　大學(xué)物理設(shè)計性實驗是在學(xué)生學(xué)習(xí)了基礎(chǔ)、基本和綜合實驗之后，基本掌握了實驗操作要領(lǐng)的前提下，具備了初級科學(xué)實驗的能力基礎(chǔ)上開設(shè)的，它是一種介于普通教學(xué)實驗與實

11、際科學(xué)探索實驗之間，對科學(xué)實驗全過程進(jìn)行初步訓(xùn)練的教學(xué)實驗。這類實驗涉及力、熱、光、電等學(xué)科，具有綜合性，要求學(xué)生充分應(yīng)用前期初級實驗所學(xué)的理論知識和實驗技能來完成實驗，它有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。 </p><p>　　3.2 實驗的自主性 </p><p>　　大學(xué)物理實驗中的基礎(chǔ)物理實驗和基本物理實驗是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下完成的，教師一般先講解與實驗有關(guān)的知識和

12、一些注意的事項，然后學(xué)生按照固定的實驗?zāi)康?、實驗?nèi)容和實驗步驟進(jìn)行實驗。而物理設(shè)計性實驗只設(shè)定需要學(xué)生完成的任務(wù)，不提供完成任務(wù)所需要的資料和實驗方法，這就要求學(xué)生根據(jù)自己的實驗選題，自行查閱和收集資料，并綜合分析資料設(shè)計實驗方案，最后按方案開展實驗。在整個實驗過程中，學(xué)生是主體，教師的任務(wù)是對學(xué)生在查閱資料、方案設(shè)計等各環(huán)節(jié)上給予方法上的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生如何提出問題、分析問題和解決問題。 </p><p>　　3

13、.3 實驗過程的探索性 </p><p>　　大學(xué)物理設(shè)計性實驗可以培養(yǎng)學(xué)生獨立進(jìn)行初步科學(xué)實驗的能力，實驗的選擇、實驗方案的制訂以及實驗的實施都具有多樣性，這就給學(xué)生提供了較自由的科研氛圍和選擇余地，學(xué)生可以充分發(fā)揮各自的主觀能動性，充分利用各自的思維與想象力，對實驗中出現(xiàn)的各類問題用科學(xué)的方法加以解決，鍛煉自己的創(chuàng)新意識和科研能力。 　　4 設(shè)計性實驗的實施 </p><p>　　由

14、于大學(xué)物理設(shè)計性實驗的項目多且時間有限，在設(shè)計性實驗教學(xué)中，傳統(tǒng)的講授方法顯然不再適用，因此在實際教學(xué)中要以引導(dǎo)為主。通過幾年的教學(xué)摸索，找到一種行之有效的教學(xué)模式，主要分如下幾個步驟進(jìn)行。 </p><p>　　1）實驗選題。教師提出選題原則和要求，并給出可供選擇的實驗題目。學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)或相關(guān)工具書，并根據(jù)自身的專業(yè)特點和興趣愛好選擇適合自己的實驗項目。這一階段主要培養(yǎng)學(xué)生自行選擇研究方向及檢索文獻(xiàn)資料

15、的能力。 </p><p>　　2）制訂實驗方案。學(xué)生根據(jù)題目的具體要求，在已查閱的相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合所學(xué)的知識確定具體實驗方案和所需器材，并論證方案的可行性。實驗方案的論證可分為理論論證和初級實驗論證兩個方面。理論論證主要論證方案在其他條件都具備的情況下，是否能從理論上順利完成實驗；初級實驗論證主要是通過嘗試性的前期初步實驗，檢驗檢查方案在實施過程中是否存在未曾考慮過的漏洞。 </p><

16、;p>　　3）實驗實操。學(xué)生按照前期制訂的實驗方案進(jìn)行實驗室實操，應(yīng)盡可能自行解決實驗中出現(xiàn)的問題。對實驗中學(xué)生確實難以解決的問題，指導(dǎo)教師加以適當(dāng)引導(dǎo)，反復(fù)實驗達(dá)到方案中的預(yù)期目標(biāo)。 </p><p>　　4）論文撰寫。由學(xué)生對實驗得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，分析數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和實驗規(guī)律，然后對實驗規(guī)律做出合理的解釋，找到實驗結(jié)果出現(xiàn)的內(nèi)部機(jī)理，最后撰寫實驗論文展示成果。 </p><p&

17、gt;　　5）實驗考核。教師對學(xué)生制訂的實驗方案、實驗實操的過程及論文撰寫質(zhì)量做出綜合評定。一般實驗方案的制訂占總成績的30%，實驗實操占40%，論文的撰寫占30%。 </p><p>　　5 大學(xué)物理設(shè)計性實驗存在的問題及解決途徑 </p><p>　　1）課題選擇不當(dāng)。部分學(xué)生在進(jìn)行課題選擇時存在課題“過小”或“過大”的問題[6]。課題“過小”或“過大”都不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，

18、也就達(dá)不到培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考和綜合設(shè)計能力的目的。課題過小不利于培養(yǎng)學(xué)生自身創(chuàng)造能力，使設(shè)計性實驗失去原有的意義；而課題過大會使學(xué)生在實驗中難以解決出現(xiàn)的問題，并喪失繼續(xù)進(jìn)行實驗的勇氣，不利于培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探索的能力。選題的一般原則是以學(xué)生已經(jīng)掌握的基本知識為基礎(chǔ)，結(jié)合所學(xué)專業(yè)的特點，充分體現(xiàn)設(shè)計性實驗的探索性和創(chuàng)造性。 </p><p>　　2）激勵機(jī)制不完善。從查閱文獻(xiàn)、選題到最后的實驗完成，學(xué)生需要付出大

19、量的時間，這就要求學(xué)生必須有足夠的時間，而教師從對實驗方案的審查到后期實驗的指導(dǎo)也要付出比普通實驗課多幾倍的勞動，但多付出的勞動往往沒有任何報酬。這必然會導(dǎo)致學(xué)生急于完成實驗，但完成質(zhì)量不高，教師疲于應(yīng)對教學(xué)問題的出現(xiàn)。因此，學(xué)校必須制定相應(yīng)的管理制度和激勵機(jī)制，調(diào)動教師和學(xué)生的積極性。 </p><p>　　3）實驗室開放難度大。設(shè)計性實驗的完成要求學(xué)生要有盡量多的時間在實驗室里學(xué)習(xí)，這就使實驗室的開放管理具有

20、了一定的難度。另外，每個學(xué)生的能力不同，完成各自實驗所需的時間長短也不盡相同，這就需要實驗室要長時間的開放，否則將會出現(xiàn)有些學(xué)生因進(jìn)度緩慢而不能完成實驗的現(xiàn)象。但目前，學(xué)生自由支配的時間相對較少，這就使得實驗室開放成為難題。同時，實驗室的開放必然會使設(shè)備的使用頻率增加，設(shè)備損壞率提高，從而增加維修費(fèi)用和教師的維修強(qiáng)度。為了解決這些問題，學(xué)校應(yīng)加大對設(shè)計性實驗的支持力度，保證學(xué)生的實驗時間，增加實驗室維修人員做好教學(xué)保障。實驗室也應(yīng)制定相

21、應(yīng)的實驗室開放制度，確保實驗室的正常開放。 </p><p><b>　　6 小結(jié) </b></p><p>　　大學(xué)物理設(shè)計性實驗是在創(chuàng)新理論指導(dǎo)下的一種科技創(chuàng)新型實驗，它的開設(shè)打破了傳統(tǒng)物理實驗的教學(xué)模式，克服了傳統(tǒng)實驗教學(xué)不能培養(yǎng)出高素質(zhì)創(chuàng)新人才的難題，這既是大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的需要，也是社會對人才需求的需要。大學(xué)物理設(shè)計性實驗的獨特教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式在激發(fā)學(xué)

22、生強(qiáng)烈的求知欲望上，在綜合應(yīng)用知識能力方面以及培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)方面，都起著重要的作用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]彭鳳梅.設(shè)計性物理實驗的教學(xué)實踐[J].高教論壇，2006（1）：87-89. </p><p>　　[2]居桂方.設(shè)計性物理實驗的設(shè)計方法和原則初探[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，

23、2007，7（6）：84-85. </p><p>　　[3]譚福奎.淺談設(shè)計性物理實驗的教學(xué)[J].黔西南民族師范高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2006（4）：64-66. </p><p>　　[4]吳肖，周述蒼，周譽(yù)昌.大學(xué)物理實驗教學(xué)中開展設(shè)計性實驗的探索[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008，8（l）：241-242. </p><p>　　[5]劉鵬.設(shè)計性物理實驗教學(xué)