物理實驗教學研究

彭勇 付姚

摘要：根據"新工科"建設的需要，在大學物理實驗教學中，如何構建設計性物理實驗教學的新模式，分析了設計性物理實驗的程序，并提出了具體的措施和實施步驟，從而達到培養科學精神和探索精神以及提高學生的實踐動手能力的教學目的。

關鍵詞：設計性實驗;科學精神;探索精神;實踐動手能力

一、引言

設計性物理實驗不同于以掌握科學實驗的基本知識、基本方法和基本技能為基礎的常規教學實驗，又不同于在工程實踐中以解決生產科研中的具體問題帷幕的實際性實驗。設計性實驗是一種較高層次的實驗訓練，它要求學生自己查找和閱讀各種參考資料，在此基礎上，根據一定的實驗目的要求和實驗條件，由學生自行選擇實驗儀器，設計實驗步驟、設計實驗方案、觀察和記錄實驗現象和數據、研究實驗過程發現的種種問題，最后完成實驗，它涉及的物理基礎理論知識范圍較寬，儀器調節更加精細，偏重于實驗知識、方法和技能的靈活運用和開拓學生智力，更有助于較全面地培養學生的學習能力、實驗動手能力和創新能力。雖然這種實驗往往要經歷某些失敗，甚至多次的失敗，但經過這樣的實驗鍛煉都可以大大提高學生的創新能力。

二、設計性物理實驗過程

大學生在完成一定基礎性物理實驗后，可以開設一些具有科學性和趣味性的實驗，充分調動大學生的學習積極性和創新精神。讓他們切身感受到所學物理知識的實際用途，在完成這些實驗的過程中體會到學習的樂趣與探索知識的信心。設計性物理實驗首先要查找與實驗相關的專業知識。例如：所需要的相關公式、原理、規律和目前此類實驗所采用的實驗方法等相關知識。其次，確定與實驗相關的參考書籍與材料，看看能否找到可以借鑒的理論依據及各種方法。搜索資料的過程既是收集資料的過程，又是調查研究的過程，其中所涉及的內容對實驗設計是否科學、合理和具有可操作性具有極大的參考價值。在搜索資料的基礎上，分析實驗目的及實驗數據可能的操作方法，參考與其相類似的實驗所采用的實驗方法，結合本實驗初步確定實驗的方法。分析實驗器材的合理性，看是否需要另配或增加器材設備，最好是充分合理地運用現有的實驗器材完成實驗。在分析實驗及資料搜索的基礎上，初步擬訂實驗方案。實驗方案包括：實驗研究的目的和要求、實驗原理、實驗器材、實驗步驟、數據處理及結果分析的方法等具體方案。在擬訂的方案論證后，最終確定實驗方案。方案要具有科學性、可操作性、簡化性。在確定了實驗方案以后，要對實驗設備進行準備與調試，做好正式實驗的準備工作。其工作內容包括：實驗整體布局、儀器選擇和調試、觀察與記錄方式、材料配備等。

三、設計性物理實驗具體措施

設計性實驗作為人才培養的一個重要環節，應著重于學生綜合運用知識與技能的培養，培養學生獨立分析與解決問題的能力。設計性實驗的選題應強調知識的綜合性、新穎性和實踐性，把握難易程度與工作量，緊扣專業當前發展方向， 向市場需求靠攏， 提高學生對實驗的興趣， 充分調動學生的主觀能動性。一個好的選題應恰當地體現知識覆蓋面、題目的設計與創新性、實驗量、技能訓練等方面的要求。對于新的實驗設備積極開拓新的設計性題目，及時淘汰簡單陳舊的題目。我校物理實驗示范中心現有實驗儀器種類多，能夠利用的空間大，只是部分設備的臺套數少，功能不是很完善，但是完全能夠提供給學生作為實驗性實踐和拓展思路空間的平臺，只是需要投入更多的實驗管理和實驗指導的人力。購置部分必要的新的實驗設備，可以讓設計性物理實驗的質量再上新臺階，同時也解決了實驗設備不足的問題。事實上一個好的設計性物理實驗，前期的準備工作是十分重要的。在指導教師給學生提供適當的參考資料的同時盡可能要求學生獨立進行資料查詢，查詢各種參考書籍和專業網站，有助于學生了解相關科研方向的最新資料與發展趨勢，培養學生基本科研能力。如果一個學生在前期的準備工作中能夠查閱到大量相關的文獻，在實施實驗方案時就不會局限于一個小范圍的參考，這樣有利于拓展學生的發散性思維。因此作為指導教師也不能只參考學生是否完成實驗方案，而應將學生的所有工作加以綜合考慮。幾名同學集中在同一個題目上共同探討，每個學生都熟悉該題目整體的設計構想， 將各自的設計方案加以綜合，揚長避短，精誠協作，既有效的激發了大家的創作熱情，又培養了大學生的團隊精神，充分發揮了設計性實驗的優越性。

四、設計性物理實驗教學效果

設計性實驗這種獨立解決問題的全面訓練，既提高了學生的實驗熱情、激發了創造性思維，又鞏固了所學的知識和技術，培養了學生的科研能力，深受學生們的歡迎。通過設計性實驗教學改革，取得了如下成效：

1、提高了學生自我動手能力

學生們在進行設計性實驗后的體會中寫到：“設計性實驗提高了查閱資料及獨立分析、解決問題的能力，具有極強的實踐性，極大地提高了進行化學實驗的興趣，是培養學生自我動手能力的有效方法”

2、為學生的畢業論文打下良好的基礎

查找資料，提出實驗方案，嚴格的實驗訓練以及對實驗現象的觀察記錄和分析總結，有利于培養學生嚴格的科學思維和科學實驗能力，提高科學研究能力。綜合性設計性實驗培養了學生認真仔細的科學態度，嚴謹踏實的工作作風，增強了他們分析問題、解決問題的能力。

五、結論

設計性物理實驗能夠充分激發學生的自主探究性學習興趣，培養學生創新精神和創新能力，開設設計性物理實驗是順應高校教學改革的發展，也是時代的要求，論文提出了設計性物理實驗的過程、具體措施及教學效果，為如何開展設計性實驗提出了建議，但如何更好的開展設計性實驗還需要進一步的探索與實踐。

參考文獻

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[基金項目] 大連海事大學教改項目，項目名稱：開展融合物理問題討論教學與科研促教學研究暨學習成績評價方法改革（項目編號：2020Y100）