大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)改革的探索性研究

李育潔

[摘要] 針對目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀，在注重基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出探索性實(shí)驗(yàn)的設(shè)想。

[關(guān)鍵詞] 物理實(shí)驗(yàn)探索性實(shí)驗(yàn)開放性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

1、引言

物理是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，古往今來，物理學(xué)的發(fā)展與物理實(shí)驗(yàn)密切聯(lián)系。物理實(shí)驗(yàn)不僅應(yīng)讓學(xué)生收到嚴(yán)格、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技巧，還應(yīng)訓(xùn)練學(xué)生敏銳的觀察力，獨(dú)立思考解決問題能力和創(chuàng)新精神[1,2]。但是，目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一，大部分實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)步驟去做，就能順利的測到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)。這種方式在一定程度上限制了學(xué)生的積極主動(dòng)地去認(rèn)識(shí)物理規(guī)律，難以激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣和獨(dú)立探索物理規(guī)律的意識(shí)[3]。針對這個(gè)問題，本人在物理實(shí)驗(yàn)中心做了相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改革試點(diǎn)，在學(xué)生進(jìn)行基本的系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)操作的基礎(chǔ)上，選拔優(yōu)秀學(xué)生，做探索性實(shí)驗(yàn)，目的是提高學(xué)生自主的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约芭囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，為獨(dú)立學(xué)院的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索性嘗試。

2、教學(xué)基本過程

2.1基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本上都是測量性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，稱為基本實(shí)驗(yàn)，其目的是讓學(xué)生掌握嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能，這樣的訓(xùn)練是必不可少的?；緦?shí)驗(yàn)，如基本物理量的測量，基本儀器的使用，基本測量方法以及誤差分析，試點(diǎn)學(xué)生按教學(xué)計(jì)劃完成基本實(shí)驗(yàn)操作，安排多余學(xué)時(shí)做探索性實(shí)驗(yàn)。

基本實(shí)驗(yàn)一般可分為力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理實(shí)驗(yàn)五部分，按照本校教學(xué)安排，一般工科學(xué)生做8個(gè)物理實(shí)驗(yàn)，總共24學(xué)時(shí)。學(xué)生提前根據(jù)個(gè)人興趣和專業(yè)特點(diǎn)自選實(shí)驗(yàn)，要求每個(gè)部分選1-2個(gè)實(shí)驗(yàn)，總共7個(gè)實(shí)驗(yàn)，最后一個(gè)實(shí)驗(yàn)為探索性實(shí)驗(yàn)。

力學(xué)部分實(shí)驗(yàn)主要為：鋼絲的楊氏模量，落球法測定液體的粘度，扭轉(zhuǎn)法測定物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，波爾共振儀研究受迫振動(dòng)，空氣的聲速等。

熱學(xué)實(shí)驗(yàn)包括：導(dǎo)熱系數(shù)的測量，冷卻法測定金屬的比熱容，傳感器測定空氣的比熱容比，電阻溫度系數(shù)，溫差電偶的定標(biāo)與測溫，PN結(jié)溫度傳感器特性等。

電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)包括：電位差計(jì)，自組惠斯通電橋測電阻，電子比荷的測定，示波器的使用，鐵磁材料的磁滯回線，霍爾效應(yīng)及應(yīng)用。

光學(xué)實(shí)驗(yàn)包括：牛頓環(huán)與劈尖干涉，菲涅爾雙棱鏡，薄透鏡，偏振光的觀測，邁克爾遜干涉儀，光柵研究，測定玻璃的折射率等。

近代物理實(shí)驗(yàn)包括：光電效應(yīng)與普朗克常數(shù)，弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)，發(fā)射光譜吸收光譜，硅光電池，周期信號(hào)的傅里葉分析。

在教學(xué)方法上，只講解基本的實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)儀器使用方法，在限定的時(shí)間內(nèi)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，完成實(shí)驗(yàn)。這就要求學(xué)生在課前必須提前預(yù)習(xí)，勾畫初步實(shí)驗(yàn)方案，課上認(rèn)真思考，勤于動(dòng)手，理論聯(lián)系實(shí)際，遇到問題隨時(shí)與學(xué)生老師探討，對學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)技能、動(dòng)手能力、邏輯思維能力都有很大提高。

2.2 探索性實(shí)驗(yàn)

在做好基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選拔最物理實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生3-5人，做探索性實(shí)驗(yàn)。教師先安排幾個(gè)探索性實(shí)驗(yàn)課題，由學(xué)生自己選作實(shí)驗(yàn)。根據(jù)報(bào)名情況結(jié)成小組，每組選擇一個(gè)課題進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)情況開設(shè)開放性實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以全天任意時(shí)間來網(wǎng)上查資料、做實(shí)驗(yàn)，課題規(guī)定三天內(nèi)完成，以實(shí)驗(yàn)報(bào)告或者小論文的形式結(jié)題。為激勵(lì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，探索性實(shí)驗(yàn)的分值為10+2分（2為提高分?jǐn)?shù)），總分將做為一次成績計(jì)入實(shí)驗(yàn)成績。

探索性實(shí)驗(yàn)題目為：

(1) 測量小球碰撞過程中的能量損失

實(shí)驗(yàn)要求：自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，測量能量損失，分析誤差來源，計(jì)算能量損失的不確定度。

實(shí)驗(yàn)儀器：小球2個(gè)、支架兩個(gè)、米尺、細(xì)繩等。

(2) 制作磁懸浮小儀器

實(shí)驗(yàn)提示：掌握磁懸浮原理，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，自行制作。

制作材料：根據(jù)需要先自行購買，憑發(fā)票報(bào)銷。

特別注意：因電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，需用較高電壓電流，一定注意自身安全！

(3) 波長相對測量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)要求：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，由已知鈉黃光的波長測定另一未知波長的方法。

實(shí)驗(yàn)儀器：牛頓環(huán)、劈尖、顯微鏡、邁克爾孫干涉儀、雙棱鏡

(4) 薄膜厚度測量

實(shí)驗(yàn)要求：分別給出薄、厚、透光、不透光薄膜，最少選用3—4種設(shè)計(jì)方案，測定薄膜厚度。

實(shí)驗(yàn)儀器：顯微鏡、牛頓環(huán)、劈尖、邁克爾孫干涉儀、雙棱鏡、螺旋測微器等。

(5) 學(xué)生興趣制作儀器

研究內(nèi)容：進(jìn)行相關(guān)的理論研究，選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材，進(jìn)行實(shí)物制作與調(diào)試。

實(shí)驗(yàn)要求：制作儀器應(yīng)體現(xiàn)物理思想，有一定的應(yīng)用價(jià)值。

以上五個(gè)課題為學(xué)生自選題目，根據(jù)選題結(jié)果結(jié)成小組后，由小組共同完成實(shí)驗(yàn)課題。學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)、圖書館閱讀國內(nèi)外論文等渠道、篩選收集信息，這是一個(gè)完全自主的過程，學(xué)生根據(jù)需要自發(fā)學(xué)習(xí)，鍛煉了學(xué)生自學(xué)能力，同時(shí)也激發(fā)了學(xué)生的興趣。

開設(shè)開發(fā)性實(shí)驗(yàn)室，規(guī)定學(xué)生在一定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)課題，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室全天開放，學(xué)生隨時(shí)可以來做實(shí)驗(yàn)，通過小組研究討論制定實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)課題。在這個(gè)過程中，鍛煉了學(xué)生自學(xué)能力，團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，邏輯思維能力以及創(chuàng)新精神，這種素質(zhì)的培養(yǎng)對以后學(xué)習(xí)和工作生活都是受益終身的。

3、結(jié)論

我校作為工科類型的獨(dú)立學(xué)院，一直注重應(yīng)用性人才的培養(yǎng)。大學(xué)物理作為基礎(chǔ)性學(xué)科，也應(yīng)立足學(xué)生于自主學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，物理實(shí)驗(yàn)中心在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革上做了大膽嘗試。一方面注重學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的培養(yǎng)，在此基礎(chǔ)上選拔優(yōu)秀學(xué)生因材施教，做探索性實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施探索性實(shí)驗(yàn)，教師要有全新的教學(xué)理念。教師要從知識(shí)的傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的促進(jìn)者、組織者和指導(dǎo)者。教學(xué)行為必須發(fā)生轉(zhuǎn)變，教師要學(xué)習(xí)用研究性學(xué)習(xí)的態(tài)度對待教與學(xué)，要加強(qiáng)自身的學(xué)習(xí)，從“更好地教”轉(zhuǎn)到“為學(xué)生更好地學(xué)”，從單純的知識(shí)傳授轉(zhuǎn)到關(guān)心學(xué)生的終身發(fā)展。

探索性實(shí)驗(yàn)還存在一些問題和矛盾，需要我們深思。如何更好利用現(xiàn)代教育技術(shù)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源；如何科學(xué)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)選課、預(yù)習(xí)、答疑；如何更好解決師資配置問題；如何引導(dǎo)學(xué)生在有效的時(shí)間內(nèi)高效地完成學(xué)習(xí)任務(wù)；如何公正、合理的評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告的編寫、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)小論文，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)物理、做物理實(shí)驗(yàn)的積極性，這些問題都亟待解決。教師在教學(xué)中起著關(guān)鍵的作用，教師應(yīng)引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生在自主、合作與探究的學(xué)習(xí)過程中實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)的教育目標(biāo)。