自制物理演示實驗儀器與學生綜合能力培養的探索

解校輝+劉鑒鋒+王暢+陳佰樹

摘要：通過介紹利用實驗室廢舊儀器自制大學物理演示實驗儀器的目的和意義、制作演示儀器的過程，闡釋自制物理演示儀器對于培養學生分析問題能力、解決問題能力、創新能力、團結互助的團隊精神以及學習的興趣和積極性起到重要促進作用。

關鍵詞：自制；演示實驗儀器；能力培養

實踐教學在課程教學中處于非常重要的地位，是提高學生素質和培養學生各種能力的重要手段。利用實驗室廢舊儀器的零件自制物理演示實驗儀器的實踐教學，提倡環保節約理念，不但能夠使廢舊的實驗儀器得到充分的利用，也可以使學生學到一些有關物理實驗的原理，掌握物理演示儀器的設計原理，提高和訓練學生的基本操作技能，使學生具有較強的動手能力。通過自制演示實驗儀器也可以啟發他們的創新意識，進而培養學生的創新能力。

1 自制物理演示儀器的目的和意義

教育部頒發的《非物理類理工科大學物理實驗課程教學基本要求》中明確提出了對演示實驗的要求。我國很多高校都設有演示實驗室。國內演示實驗教學規模較小，演示實驗項目少而精。購買是獲得演示實驗儀器的主要手段，自己制作的實驗儀器非常少。主要原因一是生產廠家由于各類成本導致演示實驗儀器較昂貴；二是沒有專門負責管理演示實驗室的人員，理論課教師承擔大量的授課任務，因而沒有更多的時間去自行設計演示實驗。

2013年8月，教育部發布了《2012年全國教育事業發展統計公報》。公報顯示：我國普通高校教學科研儀器設備總值2 935.37億元（含非產權獨立使用），比2011年增加380.68億元，增長14.89%。然而據教育部的統計數字，我國高等學校儀器中有30%處于閑置報廢狀態。閑置報廢的儀器數量是巨大的。就我校物理實驗室而言，由于物理實驗儀器使用的頻繁和儀器的更新換代，物理實驗室也存在一些無法維修或被淘汰的儀器，如全部報廢會形成極大的浪費。對報廢儀器進行分析整合，取得有用的零件，在制作演示儀器時，適當利用這些有用的零件，可以使報廢儀器發揮最大經濟和社會效益。

因此，我們將這些廢舊儀器的零部件利用起來，自制大學物理演示實驗儀器，變廢為寶，節約大量的教學成本，減少浪費。并且通過自制儀器能夠調動起學生的學習興趣和求知欲望，有利于培養學生的科學素養、創新能力和動手能力。

2 自制物理演示儀器的過程

1.調研我校實驗室現有的演示實驗儀器狀況，通過查閱文獻資料確定所演示儀器的物理原理及所制作演示實驗儀器的名稱；2.整理實驗室的廢舊淘汰儀器，對廢舊儀器進行分類處理，以便找到適合的儀器部件、零件；3.向學校有關部門提出使用廢舊儀器零部件的申請；4.在調研的基礎上和在導師的指導下，學生自主完成演示實驗儀器的設計；5.演示實驗儀器的制作須按總體設計圖進行組裝，要把儀器整體分解為幾個組件進行裝配，裝配時要安排好組裝順序，把零件裝成組件，再把組件和其他單件零件一起裝配成整體儀器；6.儀器組裝后，要對儀器進行調試，需要認真地調試和檢驗各部分之間是否協調，演示效果是否達到設計要求，有時需要重新尋找和加工某個零件，組裝后再一次演示，經過不斷修改和嘗試，直到實驗效果滿足設計指標和技術要求為止。

3 自制物理演示儀器對學生綜合能力培養的積極作用

3.1培養和提高學生分析問題和解決問題的能力

學生自由選擇制作課題、自行設計、盡量從實驗室廢舊儀器上尋找材料、自己組裝調試并匯報展示。接到設計任務后，需要學生查找文獻，弄清實驗和儀器設計原理，最后提出自己的設計方案。儀器制作的整個過程，一定會出現許多預料不到的問題，這就考驗了學生的分析和解決問題的能力。這時，盡量要求學生自己思考，與同組學生一起討論，給出解決問題的方案。這種經歷培養了學生思考問題、分析問題和解決問題的能力。

3.2激發學生創新精神，培養學生創新能力

制作演示實驗儀器，一方面學生要理解相關的物理原理。從演示儀器的設計、制作、調試到實驗現象的觀察，都需要學生靈活運用自己所掌握的相關理論知識，使學生的獨立性和自主性得到加強。另外，學生需要利用舊知識，同時還要學習新知識，大大提高了學生的自學能力。新知識和舊知識的有機結合，對問題的認識有了飛躍，必然會碰撞出創新的火花，為開拓創新打下堅實的基礎。

3.3培養學生團結互助的團隊精神

在制作演示儀器過程中，有些項目單靠一個人很難完成，必須組建團隊。由于考慮到各專業具有自己的優勢，所以團隊成員盡量選擇不同的專業，合理分工，盡可能發揮專業優勢，取長補短，分工協作，共同完成儀器的制作。在研究過程中，經常出現意見分歧和不統一的情況，關鍵是出現分歧之后，學生在堅持自己意見的基礎上，如何解決矛盾，統一觀點。要想解決矛盾，學生必須學會與別人交流，表達自己的想法，傾聽別人的見解。在這個過程中學生能夠體會到小組合作的重要性。合作不但可以成倍地提高工作的效率，更能培養組員相互之間的默契，增進彼此之間的友情。有利于增強協作意識，培養集體主義精神和團隊合作精神。

3.4調動學生學習的興趣和積極性

利用實驗室里多余的廢舊材料，自行設計制作演示儀器，既加深了學生對物理知識的理解與應用，同時也使學生具備了開發物理教學資源的意識與行動。學生親自設計和制作具有物理特色的作品，當看到自己親手制作的儀器作品時，學生能夠享受到成功的喜悅，自然會體會到物理知識在生產實踐中的作用，從而激發他們學好物理的信心和探索未知的興趣。最后，學生們能夠重新全面認識自己的能力，樹立了克服和戰勝困難的信心，這將大大調動學生的學習興趣和積極性。

總之，利用實驗室廢舊儀器自制的演示實驗儀器較好地展示了物理原理的特性，不僅充分合理的利用廢舊儀器，節約了教學成本，還為大學物理課程和演示實驗室提供了豐富的演示資源。學生通過自主完成演示實驗儀器的設計、制作，提高了查閱文獻、設計開發等各方面的綜合能力，充分發揮了自身的潛能，增強了實踐創新意識。

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