大學物理實驗學生預習的四個層次

摘 要:目前高校大學物理實驗課普遍采用的教學模式是滯后理論課一學期，學生先預習后實驗。本文結合作者多年教學實踐總結出了大學物理實驗學生預習的四個層次，做到這四個層次的學生實驗時都是滯后理論課一學期，學生先預習后實驗。較順利，至少杜絕了實驗完全進行不下去或進行到一半不知所措的現(xiàn)象。

關鍵詞:物理學大學物理實驗學生預習

中圖分類號:G4文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0181-01

1 前言

大學物理學是理工科學生的基礎必修課，教學內容包括理論教學和實驗教學。大學物理實驗在學生能力培養(yǎng)上有著不可替代的作用，因此實驗單獨設課已經(jīng)被各高校普遍采用，其教學模式是滯后理論課一學期，學生先預習后實驗。這顯然是不符合學習規(guī)律的。最理想的教學模式應該是學生理論學完后立刻實驗，周小紅等教師在西南交通大學理學院兩個專業(yè)班級進行了這種理想教學模式的實踐，取得了很好的實驗教學效果[1]。

但是，這種理想教學模式在大規(guī)模化上是不可能實現(xiàn)的。原因就是學生人數(shù)太多，實驗設備很少，同時在短時間內給這么多的學生安排同一內容的實驗課根本不可能。例如我們學校，全校要上大學物理實驗課的學生四千多人，而每個實驗項目的器材只有十三套，根本不可能在短時間內給這么多的學生排同一內容的實驗課。所以各高校仍采用實驗課滯后理論課的教學模式。

2 預習的四個層次

在理論課和實驗課脫節(jié)的現(xiàn)實條件下，學生的實驗課前預習就顯得非常重要了。如果不預習，實驗根本無法進行。然而，預習什么，預習到什么程度才能在實驗課上比較順利的進行實驗？對這個問題，很多教師并沒有給學生明確的指導，只是籠統(tǒng)的講“好好預習”，“多拿出點時間預習”等命令性的話語。

結合我多年的教學實踐，總結出了要按前后順序做好以下四個層次的預習。

第一層次是復習理論知識。要重新翻閱教材和相關參考書全面復習物理概念和定理。此外，還有一個重要的細節(jié)，就是要預習實驗中所測量的物理量的理論數(shù)值和單位。從根本上講，大學物理實驗都是驗證性實驗，所測物理量的數(shù)值是早已明確的，預習時應該查閱手冊搞清楚這些物理量的數(shù)值和單位，尤其是單位。只有預習到這個程度，做實驗時才能對出現(xiàn)的實驗值做出大體正確或錯誤的判斷，從而指導自己正確進行實驗。例如預習《液體表面張力系數(shù)測定》時不僅復習了液體表面張力和表面張力系數(shù)等物理概念，更要查手冊知道水在室溫下表面張力和表面張力系數(shù)的大小，再有就是牛頓單位到底有多大，牛頓和毫牛的換算關系。我?guī)н@個實驗時發(fā)現(xiàn)很多學生不假思索的就把所測的室溫下水的表面張力寫成幾十牛頓，甚至上百牛頓，這就說明學生沒有預習到這樣的細節(jié)，不能用理論指導實驗，理論預習又有何用呢？

第二層次是預習實驗原理和實驗公式。很多物理理論或公式是沒法直接測量的，要測量它們，就要經(jīng)過一系列的推導最終落實到實踐中可以測量的物理量上。這種推導過程一般是實驗教材上實驗原理所要講解的內容。只有預習這樣的推導過程，才能明白理論是怎樣落到實驗中，從而接受實驗檢驗的。這里也有一個很重要的細節(jié)，就是推導過程中所假定的限制條件。有了這些限制條件，理論才最終落到了可操作的實驗上，形成了實驗公式。因此這些限制條件在實驗時是要首先滿足的，是要具體實現(xiàn)的。很多學生沒有注意這些限制條件，對實驗中出現(xiàn)的現(xiàn)象，無論正確的或錯誤的，不能做出理論上的解釋。例如《不良導體導熱系數(shù)測定》這個實驗所依據(jù)的是傅里葉一維傳熱方程，一維就是一個很重要的限制條件，這個限制條件是必須在實驗中最大限度實現(xiàn)的。它在實驗中是如何實現(xiàn)的呢?就是把加熱盤，樣品盤和散熱盤在滿足機械性能的前提下，形狀上做的盡量薄，而不是做成塊狀的立方體。“為什么把加熱盤，樣品盤和散熱盤做成扁的圓盤狀？”我就這個問題問過很多學生，他們都不能正確回答。這就說明學生預習時不知道限制條件在實驗中的重要意義。

第三層次是預習儀器設備。復習了理論知識和預習了實驗原理后，某個實驗里要在實驗室進行直接測量的物理量就一清二楚了。那么這一層次要解決的主要問題就是:使用什么儀器測量這些直接測量量？哪些儀器是這個實驗特有的？哪些是簡單的以前學過的？等問題。簡單的以前學過的儀器設備老師在課堂上一般不會再講，如果自己還沒有掌握，預習時一定要徹底解決。某個實驗特有的測量儀器，預習時要從測量原理，機械結構，面板分布等幾個方面預習。儀器都有一個或幾個主要測量原理，預習時只要了解這些測量原理從而知道儀器是如何工作的就可以;然后預習機械結構:這些結構如何調節(jié)，調節(jié)到什么程度會出什么實驗現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是用眼睛觀察還是用儀器測量，如果是用儀器測量，儀器的面板分布如何，功能區(qū)如何劃分的，儀器的讀數(shù)單位是什么等這些操作性很強的細節(jié)。實驗時老師一般都會重點講解這些特有的儀器，你已經(jīng)預習了，又聽了老師的講解，實驗時在新儀器操作上就能少犯錯誤，順利進行實驗。預習儀器和在實驗室操作儀器是一個互相加強的良性循環(huán)過程，在這個過程中就會漸漸培養(yǎng)出動腦規(guī)劃、動手實踐的能力來，實驗絕不僅僅是動手，而是動腦在前，動手在后，腦指揮手的過程。

第四層次是提前設計好原始數(shù)據(jù)記錄表格。原始記錄就是直接測量量，對待它的正確做法就是提前設計好原始記錄表格。設計表格時，注意表格里所用的單位要與測量該物理量的儀器的單位保持一致，例如有些儀器自帶的數(shù)字電壓表量程是毫伏，設計的表格就用毫伏做單位。這樣一來在實驗時就不用考慮單位換算問題，只需照原樣記錄，也就可以一邊進行實驗，一邊觀察現(xiàn)象，一邊記錄儀器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。此外，當原始數(shù)據(jù)很多時也不會記亂了，因為每個數(shù)據(jù)在表格里的位置已經(jīng)提前設計好了。很多學生沒有這樣做，而是實驗時臨時記在一張紙上，完成后再整理，這種做法當原始數(shù)據(jù)很多時，就記得很混亂，整理時自己都搞不清楚了。表格是最直接最有效的原始數(shù)據(jù)記錄方式。

3 結語

就我的教學觀察和調研，做到這四個層次的學生，實驗時都比較順利，至少杜絕了實驗完全進行不下去或進行到一半不知所措的現(xiàn)象。預習實際上是一個自學過程，一個自己規(guī)劃實驗的過程。自學和規(guī)劃能力是人生很重要的能力，也是要在大學階段著重培養(yǎng)的，最能培養(yǎng)這方面能力的課程就是實驗課。

參考文獻

[1]周小紅，吳平，王莉，等.大學物理課程理論與實驗教學新模式的探索與實踐[J].大學物理實驗，2008(3).

[2]張欣，牟中飛.加強大學物理實驗教學中的物理科學方法教育[J].科技創(chuàng)新導報，2009(25).

[3]柏亞基，邱成峰，尹霖，等.提高物理實驗教學效果的實踐和思考[J].科技創(chuàng)新導報，2010(1).

[4]郜小勇.淺談工科大學物理教學改革的思路[J].科技創(chuàng)新導報，2010(1).