物理學實驗儀器的合理更新與學生學習能力的培養研究

楊宏偉

（南京農業大學 物理系，江蘇 南京 210095）

物理學實驗儀器的合理更新與學生學習能力的培養研究

楊宏偉

（南京農業大學 物理系，江蘇 南京 210095）

本文分析了國家對實驗教學投入相對充足時，在實驗儀器更新過程中，對新舊儀器的合理取舍，儀器擺放的合理布置和考試方式的恰當安排。文中指出，在保持儀器先進性的同時，還要考慮基本物理學原理的學習；對實驗儀器的合理擺放和講解，以有利學生學習為目的；建立合適的學習和考試的方式方法，可以使學生學到更多的知識，取得較好的成績。

物理學；實驗；儀器；考試

隨著科學技術的進步和國家財力的增強，作為基礎課的物理學實驗也出現了許多新的教學形式。恢復高考制度以來，特別是近十幾年，網絡教學、遠程教學、演示教學、仿真教學、綜合性教學、設計性教學和計算機輔助教學等教學模式不斷涌現[1-3]，時刻在改變著物理學實驗的傳統教學模式。這些變革是對傳統教學的一種沖擊，同時也是一種挑戰，如何更好地適應高等教育的發展形勢，不斷改革，就成了必須要有所突破的“瓶頸”，于是就出現了對物理實驗的一系列改革實踐和探討[4-6]，許多新的教學模式和方法不斷被提出。

在上級相關部門的支持下，2008年初，我們物理系爭取到了一筆實驗室建設經費，根據要求，這批經費主要用于對常規的和基礎性的物理實驗儀器設備的更新改造中，要使其惠及大部分學習普通物理學理論和實驗的本科生。這時候，就面臨著一些問題，是徹底拋棄一些舊儀器讓其更新換代，換上最先進的現代化儀器設備？還是有所保留？如何保留？經過認真學習、研究和調研，并結合實驗室的實際情況，我們提出了自己的思路：既要重視儀器的先進性，又要考慮學生學習物理學原理的系統性和實用性。做到以實用和培養學生能力為主，盡可能將資金花在刀刃上，避免浪費，同時，又要有一定的先進性。

一、現代與傳統相結合，既重先進，又不忽視基本原理的掌握

現在生產的實驗儀器，大都很現代化，學生做實驗，一般只需要連接很少的幾根線，按下開關，幾分鐘，甚至幾秒鐘就能完成一個實驗，基本上不需要學生了解其工作原理；但這樣的實驗看起來很先進、很實用，實際上，它不適合對學生能力尤其是儀器運行的物理學原理的學習和培養，而僅適合于作其他科學的研究。

針對這種情況，我們購置新設備后，沒有放棄傳統儀器，而是相互印證教學，達到了較好的效果。

例如：在物理學實驗中，有一個“電位差計”的實驗，目的是讓學生學會使用電位差計測電位差，認識其工作原理，將來學生可以結合實際工作，設計出滿足專業需要的儀器設備。如果僅僅會使用，是不符合我們物理學實驗的教學目地的，這時，我們就新老儀器一起應用于教學。

如圖1所示，是近年來儀器生產廠家生產的一種電位差計，只要將“待測電位差”的兩個線頭連好，接通電源，選擇合適量程，即可從“結果顯示屏”上讀出待測的電位差值的大小，其測量過程最多幾分鐘，很快且很現代化，但展示在學生面前的是個“黑箱”，學生只會測量，但不了解其測試原理，達不到我們的教學目的。

圖1 UJ33D-2型數字電位差計測量電位差

同樣是測量電位差，如下頁圖2所示，是早年我們實驗室的老師，根據需要設計的一套測試裝置，看起來設備簡陋，很落后，但是，其工作原理很明確，就是根據惠斯通電橋平衡原理，通過電橋平衡求得的。

通過老師的講解，學生可以從圖2中認識交直流變換電源、電阻箱、開關、標準電源、檢流計等常用器材和部件，通過用導線將這些部件連接起來，并檢查錯誤，使其能正常運行，可以使學生了解一個完整的電路及其工作原理，這對學生由理論學習上升到實際操作，做到理論與實踐相結合是很有好處的。

通過講解和學習，雖然儀器粗糙，但物理學原理很直觀明了，學生很容易看懂和學會，這對培養學生掌握基本原理，提高實驗和創新技能十分有益。

圖2 自組織裝置測量電位差

因此，在學生做實驗時，讓學生同時做圖1和圖2兩個實驗，并讓學生進行比較，這對提高學生學習興趣，提升學生對原理的掌握和認識，很有幫助。

二、充分利用實驗場所，努力培養學生動手能力

有了較充裕的資金后，是一種設備買十幾套或幾十套，讓學生同時做，還是多買幾種少買幾套讓學生分別做，也是需要考慮的實際問題。

經過我們的認真調研和分析，結合實際情況，我們決定，一種儀器買6套，每個實驗室放三種儀器，這樣，與一個實驗室放一種儀器共18套相比，具有明顯的優勢，我們分析：首先，這樣做有效地避免了重復，節約了資金。使學生在同等條件下，可以多見多做二種不同的實驗。其次，節約了實驗空間，降低了建筑和空間開支，假設一個實驗室只能容下18套實驗儀器，原來只能放一種儀器，學生認識和學習的是“一”，那么，現在這個實驗室放三種6套實驗儀器，學生可以學習三種不同儀器的使用方法和原理，得到的是“三”。第三，方便了學生自學。目前，我們的教學方法是，老師第一次上課時，將該實驗室內三個實驗的儀器全部介紹完，學生以后憑記憶和自學來做實驗，如不明白，還可問老師和同學，同樣是一個實驗室18套儀器，如果是同種儀器的一個實驗，則老師講解后，學生就做，學生可以不假思索很快完成，而現在是三種不同的實驗，每種實驗儀器6套，學生聽講完后，學生只做其中的一個實驗，下次再來做另外一個。這樣，等下次來時，學生可能忘了，這時，需要憑他的記憶，再加上自學和同學或老師的指點來完成實驗，我們認為，更有利于對學生實驗動手能力和對知識獲取的培養。

三、結束語

經過幾年的實踐，我們探索了在空間和資金有限的條件下，如何搞好基礎課教學，如何將現代化先進儀器與傳統設備相結合，合理利用場地和設備，如何將培養學生能力與學生分數相結合的教學思路。隨著國家經濟形勢的逐漸好轉，相信以后國家對高等教育的投入會逐年加大，相關問題值得我們繼續研究。

[1]王墨林，羅樂.大學物理實驗網絡教學系統的設計[J].實驗室研究與探索，2012，31（12）：140-144.

[2]王月明，劉官元，董大明.網絡背景下大學物理實驗教學模式探討[J].大學物理實驗，2010，23（3）：15-18.

[3]崔文芳.物理實驗教學助推學生創新能力提升[J].現代閱讀，2012，（10）：147-147.

[4]楊宏偉.物理學（第三版）[M].北京：中國農業出版社，2012.

[5]楊宏偉.強化實踐環節，促進研究性教學與素質教育相結合[J].實驗技術與管理，2007，24（1）：14-16.

[6]楊宏偉.物理教學中提高學生主動學習的措施[J].實驗室研究與探索，2010，29（3）：124-126.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0269-02