淺談大學教改中創新型的物理試驗問題

劉傳東

摘 要：在大學物理理教學中，設計性實驗是在創新理論下的一項教學改革重點。本文從內涵和意義、實驗的實施程序、實驗的方法與原則等幾個方面對大學物理教學改革中的設計性實驗做了全面的闡述。從具體技術細節上，使設計性試驗更具有規范的操作性，使得其能在大學物理教學中更好的推廣和普及。

關鍵詞：大學物理 教育改革 設計性 創新型 物理實驗

一、要正確理解教育改革，大學物理設計性實驗的內涵和開設意義

1.設計性實驗的定義

設計性實驗顧名思義就是讓學生按自己設計的實驗方案去做實驗：大學物理設計性實驗應有不同的形式和要求：從形式上區分包括原理性設計實驗、操作性設計實驗和制作性設計實驗；從知識要求上分包括利用已掌握的知識和常用儀器所做的設計、開拓常用儀器的新用法所做的設計、在一定方向擴展知識后利用新科技所做的設計等等。

2大學物理設計性實驗的特點

大學物理設計性實驗與一般的物理實驗不同，是在學生掌握了部分基礎性實驗、具備了一定的實驗基礎知識和實驗能力之后進行的一種教學實踐活動。設計性實驗通常是在教師指導下，通過自行閱讀實驗材料，熟悉常用儀器的原理、結構及其使用方法來組織實驗；對實驗現象進行觀察、判斷，處理實驗數據，給出誤差分析，是學生進行科學實驗全過程的一種綜合訓練。大學物理設計性實驗的關鍵是實驗設計和實驗方案的選擇。根據實驗者研究的具體要求及對實驗精度的要求，提出實驗設計思想，確定實驗方案，選擇測量儀器種，類、量程、精度以及各儀器之間的相互配合與影響，自行安排實驗步驟，得出符合要求的實驗結論。由于設計性實驗必須經過一定基礎實驗的訓練后進行，因此應該重視前期基礎實驗的學習和訓練。

3、開設設計性實驗的意義

一個好的設計性實驗，可以培養和檢驗學生應用理論知識、掌握實驗原理、正確選擇與操作儀器、確定測量條件等方面的能力；能給學生一個較寬闊的思考空間和選擇余地，可以發揮他們各自的思維與想象力，使學生的創新意識和綜合能力受到啟發和鍛煉；可以培養學生堅韌不拔的意志品質、實事求是的科學態度及相互幫助的協作精神。

二、要注意設計性實驗的實施程序所具有的特點

大學物理設計性實驗的程序是：實驗方案的提出、實驗方案的論證、實驗方案的修改、實驗操作、數據處理、實驗報告撰寫。

實驗方案的提出是設計性實驗最重要最關鍵的環節。實驗者根據實驗的目的和要求，查閱有關資料，收集各種可能的實驗方案，根據物理學原理及相關實驗基礎知識，建立合理的物理實驗模型，確定被測量量與可測量量之間的關系，推出有關測量公式。然后通過分析比較，選擇出一種實驗上可行、實驗條件允許的能夠保證測量精度的最佳實驗方案。

提出初步實驗方案后，要對實驗方案進行論證，考察所提出的方案是否可以實現，能否達到實驗要求，實驗測量裝置是否合適，所選的儀器搭配是否合理，是否可以達到所要求的精度，應用誤差傳遞公式檢驗所選擇的實驗條件是否有利于減小誤差等等。在論證過程中”發現問題，要及時修改實驗方案。然后按照改進的實驗方案，進行實驗操作。如果在實驗操作過程中發現新問題，再重新修改實驗方案，采取適宜的解決措施，如可以通過調整實驗條件、更換實驗儀器或改變測量方法等。然后再重新進行實驗操作，記錄實驗數據，進行數據處理。實驗結束后，要及時總結本次實驗的經驗教訓，寫出實驗報告。實驗報告除常規的要求以外，要注明參考文獻和資料等，特別重要的是要有對實驗結果的分析討論。

三、要堅持設計性實驗的實驗方案中的幾項選擇原則

設計性實驗的實驗方案選擇，是根據實驗方法、測量方法、測量儀器和測量條件進行的。

1、實驗方法的選擇

根據教師所提出的實驗目的和要求，查閱有關資料，搜集羅列出各種可能的實驗方法，分析比較各種方法的適用條件、局限性和可能達到的實驗精度。此外，還必須考慮各方案實施的可能性等，選出一種最佳實驗方法。最佳實驗方法并非指實驗結果精度最高、使用儀器最精密，而是指根據對測量結果的精度要求，選擇恰好符合要求且最經濟的實驗方法。

2、測量方法的選擇

在實驗方法確定后，對各種測量方法進行篩選，使各種測量結果誤差最小。為此需要對誤差來源及誤差傳遞進行分析，還要對間接測量與直接測量之間的關系進行研究。因此在選擇測量方法時，可以利用誤差傳遞公式來比較各方法中不確定度是否符合要求，計算出哪一種方法誤差最小，以此來確定測量方法。

3、測量儀器的選擇

在選擇測量儀器時，主要考慮儀器的分辨率、精確度、實用性、經濟性等。選擇儀器時，不能認為儀器的精確度越高越好。因為儀器精確度越高，工作狀態、調節等就越復雜，越易出問題，并且價格昂貴，因此只要能夠達到要求的測量精確度，所選擇的儀器就是最合適的。此外，在選擇儀器時，要進行適當搭配，使所有儀器基本配套，每個儀器產生的相對不確定度要基本相當，差別不要太懸殊。

四、要扎實做好設計性實驗操作前的各項準備工作

與常規實驗不同的是，設計性實驗前的準備工作更為重要。實驗指導教師必須通曉每一個實驗，每一個實驗都有各自的技巧和規律，實驗指導教師必須通過訓練和實踐摸索掌握這些規律。估算各物理量的誤差及其范圍，要知道某些物理量會影響到實驗結果的合理性。因此要把注意力集中在那些對最后結果的誤差起主要作用的物理量。此外，實驗指導教師要檢查整套儀器設備的各個部分工作是否正常，如儀器的機械部分是否穩定，儀器的水平面是否水平，光學儀器的反射面和折射面的表面是否清潔、無灰塵，光學儀器系統應該確保準直，使鏡面與光線方向垂直等。

五、同時還要加強實驗室建設和改革試驗室管理模式

1.首先要轉變觀念。充分認識到實驗室是從事實踐教學的基地，是培養高素質人才的主戰場，從而提高對實驗教學活動在人才培養中重要作用的認識，樹立實驗教學與理論教學并重，協調發展的理念；明確實驗教學更主要的目標是培養學生的思維能力、發現能力、分析能力、動手能力和創新能力。

2.轉變管理機制，提高資源利用率。建立一級管理機制，成立相應的管理機構，將實驗教學與實驗室建設統一集中管理，具體負責實驗教學的統一組織與實施；發揮“一級管理”的高效性，強調按功能建立實驗室，突破原來狹窄的學科、專業之間的壁壘，建立一級學科實驗教學大平臺；實驗室儀器設備實行統一規劃、投入和管理，變“歸我所有”為“為我所用”。

3.加強實驗室隊伍建設。各高校應重視實驗室人才資源的綜合利用，鼓勵試驗人員進修提高；吸引高學歷、高職稱人員加入實驗師資隊伍，優化試驗隊伍整體水平，建立一支既有深厚的理論基礎，又有很強的實踐創新能力，能培養高素質學生的高素質實驗技術隊伍。

4.建設校內實習基地?；亟虒W是深化課程實踐教學的重要手段，也是教學過程中的重要環節。當前，許多學校、單位已不愿意接受學生實習，學生動手實踐的機會很少。加之校外實習的費用支出不斷增長，有限的實習經費已不足以滿足要求。因此，建設相對穩定的校內實習基地勢在必行。

綜上，大學物理設計性實驗是在創新理論指導下的一種科技創新，而培養創新精神和創新能力是高等教育實驗教學改革的一個重點。要做好設計性實驗，必須做到：（1）要有興趣和信心，通過實驗鍛煉來塑造自己的創新品格；（2）要盡可能多地收集相關資料信息，結合創新思維、方法、技巧，設計構思出最佳的方案；（3）重視實驗報告或科技小論文的撰寫，使學生通過設計性實驗的全過程，獲得某種程度的成就感，從而對物理實驗產生濃厚的興趣，激發其創新潛能。

參考文獻

[1]張淑玲·淺析高校實驗室管理中存在的問題及對策[J]，實驗技術與管理，2006，（6）