非物理專業綜合性物理實驗教學的研究

摘要：本文非物理專業大學物理實驗教學的實際情況，闡述了在非物理專業大學物理實驗中怎么設計綜合性物理實驗這一舉措。對綜合設計性物理實驗的教學內容、性質、教學方法等作了簡單介紹，并結合新疆大學物理學院的非物理專業綜合設計性實驗課程的開設情況，對非物理專業綜合設計性物理實驗教學進行了積極的思考與探索。

關鍵詞：綜合設計性實驗;實驗教學;食鹽密度;不確定度

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）45-0234-02

物理學是以實驗為基礎的自然科學之一。物理學中取得的任何基礎研究或開創性研究成果都必須經過實驗的檢驗，物理實驗是激發學生科學興趣不可替代的重要途徑。沒有物理實驗就沒有現代物理學的進展，也沒有近代科學的發展。在物理學的各個發展過程中，實驗對物理定律的建立和物理假設的采納提供了動力。在大學物理教學過程中，物理實驗也占有重要的地位，一方面為使學生鞏固所學理論知識和加深對物理現象和規律的理解，另一方面又可培養動手解決實際問題技能及提高觀察和分析能力，成為培養科技創造性的重要訓練[1，2，3]。

為提高學生在非物理專業物理實驗中的動手能力和創新思維，在物理實驗中引入綜合性設計性實驗內容，是以培養學生的創新思維和綜合能力為目的。改變學生傳統的實驗教學模式，有效地彌補了傳統實驗這一不足，即注重于單純的驗證實驗結果或驗證教材中闡述的理論。綜合性設計性實驗能夠幫助和提高學生學會理論聯系實踐的綜合素質、綜合分析、獨立工作、自學與查閱資料能力及數據處理能力等。本文根據新疆大學在非物理專業大學物理實驗教學中開展的相關綜合性設計性實驗為例，對綜合性設計性的選擇、實驗方案、實驗步驟等作了簡單論述。

一、新疆大學非物理專業物理實驗教學的現狀

以往的實驗教學模式比較單一，步驟程序化，以驗證性和測量性為主，興趣性和創新思維性較低，限制了學生的科學思維能力、創新意識和綜合應用能力，獨立思考能力受到了不同程度的影響，難以激發學生獨立思考的興趣和激情，不利于多向思維和個性的發展，制約了學生各方面能力的提高，對學生今后的自主學習、創新研究以及工作和生活帶來被動的影響[2-3]。因此，為了改變教學中存在的這種實驗模式，近年來，我院對數學、電氣、建筑、地勘、化學與化工、資環、生物工程、信息技術等大非理科專業性的物理實驗課程進行了調整。引進了一批內容新穎、生動有趣、技術先進的教學儀器，一方面配合理論課教學，內容豐富，能有效地提高課堂教學質量，另一方面，其以演示實驗為載體，實現了學生充分參與實踐、探索式學習的教學模式，極大地激發了學生學習的積極性，為了給學生創造開發思維、獨立探索和創新的實驗條件，盡可能的減少測量性、驗證性實驗項目，而適當增加一些提高學生主動性和靈活性的、能跟上現代科學發展步伐的設計性、研究性、綜合性實驗內容[2]。大學物理實驗是面向全校物理和非物理專業本科一﹑二年級學生開設的基礎實驗課程，課程面向低年級學生，其教學目標是傳授大學物理實驗的基本實驗方法和基本實驗技能，培養學生良好的實驗習慣和科學的思維方法[8]。一般非物理專業學生用兩學期時間完成大學物理實驗課，第一學期開力學、熱學實驗，第二學期開電磁學和光學實驗。每個學期約開設十二個實驗題目。并且還安排一定比例（20%左右）的設計性實驗。近兩年內，給非物理專業學生開設24個實驗中，有20個實驗是常規實驗，6個事綜合性實驗（任選4個），形成了相對穩定實驗條件，學生對一些實驗比較滿意，能夠主動地去做，感到學到一些新東西。

二、綜合性設計性物理實驗的含義

綜合性設計實驗是指在學生具有一定基礎知識和基本操作技能的基礎上，運用綜合知識，在指定實驗儀器的情況下，由學生根據目的要求去獨立查閱資料、獨立制訂實驗方案，并加以實現的實驗。這是一種嶄新的教學模式，對學生的科學思維方法、創新意識和綜合應用能力的培養，以及提高學生的科學素養發揮了積極作用[4]。通過綜合性實驗，學生能夠學會和掌握物理測量方法和技術以及計算機在物理實驗中的應用，通過實驗訓練能夠初步了解從事教學科研基本方法，為今后的學習、研究奠定良好的基礎。

三、綜合設計性物理實驗的網絡平臺建設

綜合性設計性物理實驗教學條件的改善、信息化網絡平臺的多樣化有利于提高綜合性、設計性物理實驗的教學效果。目前物理知識過于陳舊，理論知識、物理實驗與實際生活聯系不能夠密切，理論和實驗的嚴重脫軌等現象導致了物理實驗課不被忽略，很多學校對物理實驗的重視不客觀，不同學校使用的實驗教材和實驗設備不同，沒有統一的教學計劃和相關配套教學軟件，學生沒有對實驗觀察、思考和歸納的足夠時間，而教師的教學手段更是機械古板，跟不上現代物理學發展的腳步。完全被動狀態下完成實驗，給學生留下的印象是一種機械操作而已。這種過時的教學模式落后于現代科學技術的基本要求。因此，對這種教學模式進行創新和改革已迫在眉睫。利用現代網絡教學可以在很大程度上彌補這些缺陷，并使實驗教學更具互動性、啟發性，為實驗教學帶來嶄新的思路。符合我國現代教育體系綜合要求的綜合性設計性物理實驗網絡平臺的建立，為學生物理知識的傳授與基本物理實驗技能的培養方面發揮積極的作用。這種平臺上學生有兩種方式選課，一種是網上選課，一種是專業選課。第一種選課方式中，負責實驗的實驗員把實驗目的、實驗儀器介紹、實驗現場視頻、動畫、圖片和圖表等教學資源傳導網絡教學平臺上，提供學生前期實驗預習、查詢、模擬實驗等。采用這種網絡教學平臺，可以提高學生的學習效率和學習興趣。第二種選課方式中，負責實驗的實驗員根據不同的專業，開設不同的綜合性設計性實驗課，這種符合學生專業特性的網絡實驗教學平臺，對學生自主學習，學生和教師的雙向交流提供了廣闊的信息交流空間。

四、綜合設計性物理實驗

上述一樣綜合性設計性物理實驗是提高學生自主能力和動手能力方面橋梁作用的一種實驗訓練。它要求學生某一個物理現象自己觀察分析后，通過經驗性的學習，建立適當的實驗計劃，且對實驗項目進行實驗、觀察和記錄實驗數據結果。如非物理專業大學物理實驗教學中的食鹽密度的測量是一種較為簡單設計性實驗，其測量方法如下：實驗要求：設計一種方法測出一定量食鹽的體積，從而測定食鹽的密度。實驗提示：通過基礎性實驗過程中已學過的基本知識，先了解不規則物體和易溶于水的顆粒狀物質密度測量法，然后用量筒測液體的體積，用電子天平測食鹽質量，最后根據密度定義公式求待測食鹽的密度。實驗步驟：

1.在燒杯中倒入適量純凈水，逐漸加入食鹽直到不再溶解，即得飽和食鹽水。

2.將步驟1中的飽和食鹽水倒入量筒中，讀數為V1。

3.用電子天平秤少量食鹽，記為m。

4.將步驟3秤取的食鹽倒入步驟2的量筒中，讀數為V2。

原始數據記錄：

V的平均值：

食鹽密度值：

ρ的不確定度：

因為，Δ儀=0.5（mL）

所以，

計算不確定度：

實驗結果表示：

通過本實驗，使學生能夠鞏固所學知識，在實驗計能力、動手能力上得到充分的鍛煉與提高。大學物理實驗課教學涉及面廣，環節多，其中的綜合設計性實驗內容是比較復雜的問題，如何在實驗教學過程中初步培養學生的科研設計能力，還有許多問題需要我們探討實踐。隨著教育體制改革的不斷深人，綜合設計性實驗在實驗教學中的比重逐年增加，打破了原來單純教師規定實驗項目、內容，學生按部就班來驗證實驗的傳統實驗模式，為學生提供了更多的機會和環境。

參考文獻：

[1]劉雪梅，高亞妮.綜合性設計性物理實驗教學平臺的研究[J].中國科教創新導刊，2010，32（11）.

[2]阿不都熱蘇力.綜合性物理實驗教學的研究[J].喀什師范學院學報，2010，31（6）.

[3]韓志達.網絡教學在大學物理實驗教學中的應用[J].中國電力教育，2009，（146）.

[4]艾爾肯·阿不列木.新疆高校民族類本科生基礎物理和大學物理教學現狀分析[J].新疆師范大學學報（自然科學版），2010，29（4）.