提高大學物理實驗教學質量的新舉措

謝亮 張進治 鐵小勻 安艷偉

摘要：提高大學物理實驗教學質量是擺在高校教師面前的一個刻不容緩的問題，本文根據實際的教學經驗，主要從授課方式、教學內容、教學手段、考核方式四個方面介紹了本校關于提高大學物理實驗教學質量的新舉措。得意于這些新舉措，本校大學物理實驗的實際教學效果顯著提高。

關鍵詞：大學物理實驗；教學質量；新舉措

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）36-0237-02

大學物理實驗課是培養理工類大學生科學實驗技能的必修課，對基本科學能力的培養有非常重要的作用，學好大學物理實驗課是十分必要的。但結合本校大學物理實驗課的情況來看，當代大學生對該課程有較片面的錯誤認識，實驗數據、實驗報告的抄襲現象非常普遍。為了改變這種狀況，根據本學校專業特點以及學生的實際水平，我們采取了一系列的改革舉措，效果顯著。本文就本校在實際物理實驗教學中的一些做法做一個簡要的介紹，與教育同行共勉，希望對大學物理實驗教學質量的提高有所幫助。

一、授課方式的創新

傳統的授課方式普遍采用講授法，教師演示，學生模仿。該授課方式嚴重限制了學生的學習興趣與創新思維，導致學生不思考只做機械的重復；實驗過后，不知如何處理數據，如何寫實驗報告，對物理實驗思想與方法的理解更是難上加難。為了改變這種狀況，教師應充分調動學生的積極性，讓學生可以積極主動的思考與學習，為此我們對授課方式進行了創新。

1.講述實驗的歷史淵源。物理實驗的歷史背景與歷史故事可以充分激發學生們的聽課興趣。例如，以“邁克爾遜干涉儀”實驗為例。眾所周知，邁克爾遜干涉儀在測量技術領域有著廣泛的應用，可測量微小的長度、光波波長等。但實際上邁克爾遜在設計該實驗時并不是為測量長度，而是為了尋找神秘的“以太”物質。19世紀，科學家逐漸意識到光是一種波，而生活中的波，如聲波、水波等大多需要媒介才能傳播。在這種思想的影響下，人們認為光波是在“以太”中傳播的。1887年，美國物理學家邁克爾遜和莫雷一起設計一個實驗，企圖測量出兩垂直方向上光速的差值。因為如果“以太”真的存在，那么由于地球自轉的影響，光在兩個相互垂直方向上的速度應該是不一樣的。但實驗結果顯示光在不同方向上及不同慣性系的傳播速度沒有差別，該實驗結果也就否定了“以太”的存在。但是，由于該實驗裝置可以測量出微小的長度，而且非常精確，于是被人們廣泛地應用起來。如果僅依照教材上的內容來講，學生感覺枯燥沒興趣。但在講課的同時，把設計實驗的歷史故事告訴學生，使學生體會物理學家解決問題的思想和方法，可以明顯的提高教學質量。

2.突出實驗的物理精髓。大學物理實驗中的經典類實驗是學生最該深入理解的一類實驗。譬如“光電效應法測量普朗克常數”實驗。當一束頻率為ν且大于截止頻率的光束照射陰極時，光電子就會逸出，初動能為mv，即有愛因斯坦方程hν=W+mv。為了驗證該方程，實驗者必須從實驗上測得初動能（與電子的速度v微觀物理量有關）。微觀物理量的測量是很困難的，美國物理學家密立根利用功能關系將初動能轉換成截止電壓U這一宏觀物理量。方程就變為eU=h（ν-ν）。只要驗證出截止電壓U與入射光頻率ν滿足線性關系，就可以間接地驗證愛因斯坦方程。這一轉化的思想，實際上為測量一些微觀物理量提供了很好的思路，是值得學生借鑒與學習的。因此，在講解該實驗時必須要突出這一顯著的物理思想。學習物理過程中的一些公式，學生可能很快就會忘記，但是物理中的某些方法和思路，是學生應該學習并掌握，以備將來之用的。

3.強調實驗的應用特性。大學物理實驗中有許多實驗與我們的生活密切相關，具有實際的應用價值。比如“磁阻效應”實驗。講解該實驗時，以現代的硬盤存儲原理作為引子來激發學生的興趣。學生與電腦天天接觸，對此問題都特別感興趣，聽課效果明顯變好。傳感器作為現代自動化測量與控制的標志，與我們的生活又是密切相關的，對生活中一些傳感器的介紹勢必引起學生們的興趣。學生接觸最多的就是手機。接聽電話時，手機放在耳邊屏幕會變黑，是距離傳感器的作用；在不同明暗環境下，手機會自動調節亮度，是光線傳感器的作用；手機的屏幕可以自由的倒轉，是重力傳感器的作用。以這些具體的傳感器實例能夠引導學生思考問題，發現身邊生活中的問題，并靈活應用已有的知識和方法解決問題。該方法從實際的教學來看，效果顯著。

二、教學內容的維新

現代科學技術迅猛發展，一批新類型的學科隨之而來。大學物理實驗課應該與現代科學技術的成果相結合，如此才能保持該學科的活力與生命力，才能培養出適應社會發展需要的應用型人才[1]。物理實驗課的教學內容必須緊跟時代的潮流，表現出科技時代的特點。

1.開設自主設計性實驗。為了激發學生自主學習的興趣，并培養學生獨立思考、創新與科研意識，除了完成基礎的實驗以外，我們還開設了自主設計性實驗。這些設計性實驗不要求在短時間內完成，學期結束時提交成果與報告即可。電子元器件的普遍使用是當代科技發展的大勢所趨，加之我校的學生大多數為應用型工科專業，對這方面學習顯得尤為重要。所以，我們開設了許多基于新興電子元器件的設計性實驗，供學生設計完成。比如，利用光敏傳感器設計一款可隨周圍環境亮度變化的燈泡；利用Pt電阻或者NTC熱敏電阻，設計一款人體溫度計；利用光纖傳感器，設計裝置實現對電動機轉速的測量；等等。另外，學生也可以根據自己的興趣，自行設計某種小實驗裝置，寫明實驗原理、設計思路及功能等。設計性實驗主要培養學生的自主學習能力、自我解決問題的能力等，對于學生思考問題、解決問題的能力培養具有重要的作用。

2.大學生物理實驗競賽成果的利用。北京市每年都會舉行大學生物理實驗競賽，我校每年參加并且成績優異。這些成果中，有對基本物理量的測量裝置，有對經典物理實驗的改進與創新，也有自行設計的實驗裝置。為提高學生對物理實驗的興趣，激勵學生的求知欲望，我們將物理實驗競賽的作品嫁接到大學物理實驗當中，這一措施使得學生對該物理實驗的興趣大大提高。比如，人體溫度計的設計實驗中，我們會為其提供一個標準的溫度計，而該溫度計是由學生參加競賽時的一部分測量模塊改裝而成；在開設的光敏開關實驗中，為測量光照的變化，我們為其提供了可測量光照的裝置，該裝置也是學生參加競賽時一個測量模塊；測量剛體轉動慣量的實驗中，我們以轉動慣量儀作為我們主要的實驗儀器，而且還給學生們提供了一臺自制的轉動慣量測試裝置，該裝置是學生參加物理實驗競賽自行設計的。這些實驗裝置的引入對學生提高學習物理實驗的興趣有很大的幫助，使得學生很積極地對待實驗課，教學效果明顯。

三、教學手段的更新

目前在校大學生大多在豐富的網絡環境中長大的，提高其積極性的一個重要舉措就是采用現代教學方式。為迎合學生興趣，在每個實驗室里都配有多媒體教學設施，教師可根據自己的需要靈活選擇教學方式。尤其是在講解一些抽象的實驗原理時，多采用多媒體教學的方式，將難以用語言描述的物理過程用PPT課件的方式形象地表示出來。

實驗數據處理與分析是培養學生分析能力的重要一環。陳舊的數據處理方式是將數據在坐標紙上描出并作圖，費時費力誤差大。學者研究發現，將計算機軟件應用到實驗數據處理中效果顯著[2，3]。其中，Origin軟件在數據處理方面有著不可比擬的優勢，操作簡單容易掌握。而且Origin軟件是目前科學研究前沿常用軟件，可以為學生將來的繼續深造打下基礎。為使學生意識到作圖軟件的優點，教師會進行一些簡單的實例講解，如Origin的基本作圖方法、線性擬合過程、曲線上某點的斜率計算等。學生對此軟件非常感興趣，學習積極性大大提高，實驗教學效果顯著。

四、考核方式的出新

物理實驗課屬于過程教學課，其實驗過程往往比實驗結果更重要。為了體現對實驗過程性的考察，總成績分為平時考核成績和期末考核成績。平時考核成績所占比例為50%，具體標準為：預習10%，操作40%，實驗報告50%。考慮到考核成績的公正性，要求學生每次實驗課前簽名，提交檢查學生的預習報告，并提問對相關實驗是否了解，給出預習成績。這樣可以督促學生自覺地預習，教學效果顯著提高。實驗操作的成績，教師需要根據學生的實際操作以及實驗完成的情況進行打分。實驗報告部分的成績主要根據學生的課后數據處理情況、作業完成情況等進行打分。期末考核主要是通過操作考試和卷面考試兩種方式進行考核，各占50%。

另外，為調動學生積極性，設立加分項。如對某些實驗過程提出問題、對實驗有改進建議、設計性實驗完成出色、參加大學生物理實驗競賽獲獎等，教師會根據情況酌情加分。這些環節使得對學生的考察更全面，更突出學生創新能力與實踐能力的培養，使我校大學物理實驗教學質量得到顯著提高。

五、結語

大學物理實驗可以培養理工科學生的實驗技能與方法，同時可以培養他們的動手能力、創新能力等，是其他課程無法比擬的。提高物理實驗課程的教學質量是一個長期的過程，教師應該不斷提高自己的教學水平，改進自己的教學方式，使學生能真正喜歡該課程，進而使得該課程的作用發揮到極致。

參考文獻：

[1]趙云飛，楊嘉.大學物理實驗綜合性創新改革初探[J].大學物理實驗，2010，（5）.

[2]劉雅彬，夏雪琴.基于Matlab分析數據和傳感器控制的金屬桿的線膨脹與溫度關系的實驗研究[J].大學物理實驗，2012，25（06）：83-85，106.

[3]馮學超，吳杰，蔣逢春，石開，沈巖.金屬導體電阻溫度系數實驗數據處理方法的比較[J].大學物理實驗，2014，27（3）.