大學物理實驗課程教學策略和模式創(chuàng)新案例
——拉脫法測量液體表面張力系數(shù)

李慧麗 趙 炯

（華北理工大學輕工學院 河北 唐山 064000）

大學物理實驗課程是理工科院校專業(yè)重要基礎課程之一，是培養(yǎng)學生實踐能力、創(chuàng)新能力和用實驗方法觀察研究物理現(xiàn)象規(guī)律能力的開端。就現(xiàn)實而言，學生在中學階段動手實驗甚至接觸儀器的情況很是少，加之實驗內(nèi)容通常與大學物理相聯(lián)系，理論知識較復雜。這就造成了學生不知教師所云，出現(xiàn)想糊弄應付、“坐大車”的現(xiàn)象[1]。為了提高課堂效率，我們打破傳統(tǒng)帶班模式，采用自主選課的形式，走出了一條特色道路。

大學物理實驗課程教學實現(xiàn)了學生網(wǎng)上自主選課，自主選擇實驗項目和實驗時間的開放式教學模式[2]。這種教學模式真正體現(xiàn)了以學生為主體，激發(fā)了學生學習的主動性，培養(yǎng)了學生對物理實驗的興趣和獨立思考、主動學習的精神，加強了學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維能力鍛煉，提升了學生動手操作能力。以拉脫法測量液體表面張力系數(shù)實驗課程為例，實驗課程教學策略和模式創(chuàng)新體現(xiàn)在以下四個方面。

1.確定三個教學目標

1.1 知識目標

通過理論課程的學習和實驗操作，學生能夠熟悉液體表面張力產(chǎn)生原因；了解影響液體表面張力系數(shù)的因素；掌握拉脫法測液體表面張力的物理過程和物理現(xiàn)象，并用物理學基本概念和定律進行分析和研究，加深對物理規(guī)律的理解。

1.2 能力目標

1.2.1 分析問題能力：教師以水的表面張力為課程主線，引導學生思考并尋找答案，從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習，提升分析問題、解決問題的能力。

1.2.2 科研創(chuàng)新能力：教師介紹最新相關科研成果，使學生了解最新發(fā)展動態(tài)，培養(yǎng)其科研思維和創(chuàng)新思維。通過線下理論-實踐課程，分析水的表面張力產(chǎn)生機制，掌握砝碼定標的方法，通過理論推導得到實驗結果。培養(yǎng)了學生主動學習、探索知識的能力；實踐與課程創(chuàng)新能力。

1.3 素質(zhì)目標

1.3.1 提升學生的認知、實踐能力：理論與實踐相結合，通過課前預習、課中教師講解、學生實踐、課后教師批改報告等形式，融入“團結、協(xié)作、質(zhì)疑、友善、誠信、公正”等核心價值觀[3]。

1.3.2 極大引發(fā)學生基礎課程學習的關注度，使學生對物理實驗課程產(chǎn)生濃厚的學習興趣。表現(xiàn)在學生親自動手實踐，在理論知識學習的基礎上，加深對所學知識的理解，提高了自身對課程學習的專注度，使主動探索問題的能力得到提高。

1.3.3 將物理學與人文完美融合，實現(xiàn)“寓教于享、寓教于樂”[4]。通過《琵琶行》中“嘈嘈切切錯雜彈，大珠小珠落玉盤”引出由于液體表面張力存在產(chǎn)生的自然現(xiàn)象，以文學為主導融入多種藝術形式等多樣化的教學策略，將物理學與人文融合一起，使枯燥的物理實驗課程實現(xiàn)了人文化，預期達到寓教于享、寓教于樂的情感目標。同時課程思政也融入教學，使學生認識到表面張力既可以成為人類游泳的阻力，也可以成為昆蟲的生存秘籍，使學生辯證的看待困難，變壓力為動力。

上述三個教學目標的實現(xiàn)要把握好學生課前的學情。其中有利學情包括：（1）課前學生已經(jīng)掌握了物體受力分析方法和分子運動學理論內(nèi)容，對用拉脫法測量液體表面張力系數(shù)課程學習有一定的理論基礎。（2）課前學生完成了預習實驗報告，對本次課程有了一定的了解。（3）課前學生已經(jīng)掌握了逐差法處理數(shù)據(jù)的方法，對于實驗數(shù)據(jù)的處理有很大的幫助。不利學情包括：（1）學生早期未接觸液體表面張力知識，存在知識缺陷，導致理解有困難，增加學生物理實驗的難度。（2）砝碼定標的方法求轉換系數(shù)，極大增加了學生處理實驗數(shù)據(jù)的難度系數(shù)，對教師授課提出巨大挑戰(zhàn)。（3）學生在拉脫法測量液體表面張力過程中尋找向上拉環(huán)最大拉力位置很難控制，增大了實驗誤差，對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生質(zhì)疑。教師通過課前學情的把握，能夠了解學生的知識基礎，便于安排實驗課程內(nèi)容。

2.教師教學三部曲

2.1 課前教師準備工作

課前教師完成網(wǎng)上選課平臺的搭建及設置和實驗儀器的檢修、調(diào)試及擺放工作，并且告知學生物理實驗課程的上課流程及安排。教師具體工作包括：（1）錄制微課視頻。（2）完善虛擬仿真實驗平臺中本實驗相關內(nèi)容。（3）準備課中教學活動及拓展內(nèi)容。（4）完成課堂所需實驗裝置及教具的調(diào)試。而學生首先要自主學習，觀看教師錄制的微課視頻，對本次課程的核心知識點有初步認識和了解；其次，學生認真完成液體表面張力系數(shù)測量的預習報告；最后，學生在網(wǎng)絡平臺上進行模擬仿真實驗操作。

課前教學策略的目的主要包含四個方面：（1）物理實驗中心虛擬實驗平臺能夠展現(xiàn)真實實驗狀態(tài)，為學生儀器操作奠定一定的基礎。通過液體表面張力系數(shù)測量的虛擬仿真實驗操作，學生能夠?qū)x器操作有一定了解。（2）學生經(jīng)過對實驗的初步自學，簡單總結實驗目的、原理和操作，并完成預習報告，能夠?qū)嶒炚n程理論有一個深刻的認識，并且?guī)е鴨栴}去學習。這就改變了以往填鴨式的授課方式，激發(fā)了學生學習的積極性[5]。（3）視頻播放的目的是為了提煉液體表面張力實驗重點，為學生初步展現(xiàn)實驗內(nèi)容。（4）撰寫預習報告，有助于提升學生自主學習、總結提煉的能力。

2.2 教師課上講解實驗內(nèi)容

教師以液體表面張力的發(fā)現(xiàn)、解釋、提出理論和驗證的縱向邏輯思維為思路，穿插與表面張力有關的自然現(xiàn)象，最終引出本實驗目的——測量計算出自來水表面張力系數(shù)。

實驗授課過程包含以下三個環(huán)節(jié)：

（1）引課-介紹表面張力相關的自然現(xiàn)象。以現(xiàn)象-本質(zhì)為線，穿插以科學實驗方法進行授課。物理實驗課程是學生“看得見、摸得著”一門課程，能夠形象地展示自然現(xiàn)象，加深學生對表面張力概念和產(chǎn)生的記憶和理解。實驗課程實施具體策略：首先，教師提到自然界關于表面張力的現(xiàn)象；其次，對現(xiàn)象進行解釋；最后舉出表面張力在實際生產(chǎn)生活中的應用有哪些？這樣的課程設計主要是以介紹不同自然現(xiàn)象的方式引入液體表面張力，激發(fā)學生學習興趣。同時，教師能夠把課堂內(nèi)容和思政融合到一起。通過觀察引入不同現(xiàn)象，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力以及求真務實的態(tài)度。

（2）教師講解實驗原理。教師以大學物理力學知識為依托，分析實驗中向上拉動的鋁環(huán)最大拉力，建立等式。由于拉動鋁環(huán)的拉力實驗無法測量，需要尋求另外一個物理量去代替拉力。為了滿足實驗測量要求，表面張力實驗提供了測量的物理量為電壓。這就要求學生在實驗中找到力與電壓的轉換系數(shù)才能夠計算出自來水液體表面張力系數(shù)。實驗講解過程要強調(diào)實驗的重點是用標準砝碼對測量儀進行定標；難點是拉脫法測定自來水的表面張力系數(shù)時的受力分析。這種授課策略以液體表面張力為主線，在理論課程講解同時穿插實驗演示，引導學生認識液體表面張力產(chǎn)生機制，掌握砝碼定標的方法，進而能夠利用逐差法處理實驗數(shù)據(jù)，得到實驗結果。

（3）課上學生實驗操作。學生單人單組獨立完成實驗，進而達到提升動手操作和實驗能力；教師能夠單個輔導學生，針對具體問題及時處理，保證學生實驗的順利完成；學生進行實驗時，教師觀察學生操作狀況，匯集學生產(chǎn)生的問題，針對不同問題統(tǒng)一或單獨指導。

2.3 課后教師批改報告

課后教師根據(jù)課前預習占10%、課堂表現(xiàn)占45%、數(shù)據(jù)處理占45%對每個學生進行打分。實驗報告能夠反應學生課上理論學習和實驗操作情況。教師針對報告中的問題給與批示。學生根據(jù)實驗報告中的錯誤能夠進行分析和總結，加深對表面張力實驗的理解。一方面，學生經(jīng)歷實驗設計、修正、完成及報告撰寫，提升了自身的科學嚴謹性和完整性，培養(yǎng)了科學實驗能力及思維。另一方面，教師課后能在網(wǎng)上提供相關實驗的課外材料，拓寬了學生知識的廣度。同時，教師能夠在網(wǎng)上及時獲得學生反饋意見，進而不斷改進提升自身的教學質(zhì)量。

3.教師教學策略

3.1 教學理論和實驗儀器相結合。通過實驗儀器的操作加深學生感官認識，形象生動地理解液體表面張力概念，更加深入掌握實驗原理。

3.2 板書的運用：通過板書將鋁環(huán)受力分析和逐差法呈現(xiàn)于黑板，使學生能夠充分地理解表面張力產(chǎn)生的根本原因。

3.3 媒體應用：利用教學視頻展示水蜘蛛在水面輕盈地行走和夏天荷葉上的水珠。引出實驗課程研究的問題—液體表面張力。學生有感性認識上升到理性認識，透過自然現(xiàn)象看到液體表面張力的本質(zhì)。

3.4 實驗器材的應用：能生動再現(xiàn)液體表面張力實驗過程，便于學生理解液體表面張力。

3.5 實驗獨立操作：學生能夠探索液體表面張力實驗存在的未知問題，加深對表面張力概念的理解，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。

3.6 設置問題：在授課過程中穿插提問、設問等形式，引導學生建立獨立思考的能力，激發(fā)學生探索未知世界的興趣。

3.7 課堂交流：學生通過實驗操作獲得實驗數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題相互之間進行討論，培養(yǎng)學生善于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。

4.教學特色

拉脫法測液體表面張力系數(shù)實驗課程采用了互動式教學模式，充分調(diào)動學生的積極性、主動性。主要體現(xiàn)在：（1）預習互動：學生課前從網(wǎng)上預習，包括每個實驗設計到的實驗設備、原理、仿真調(diào)節(jié)等，寫出預習報告，實驗前教師當面檢查預習程度。（2）實驗互動：單人單組運行，教師通過巡視、觀察，了解每個學生的實驗進程，適時指導，體現(xiàn)學生為主體、教師為主導的互動教學。（3）課后互動：實驗報告批改后，在下一次實驗前返還學生，教師適時將實驗報告中的問題當面說清或在報告中批注，學生有問題到辦公室或網(wǎng)上提問。

總之，對拉脫法測量液體表面張力系數(shù)實驗教學策略和模式的創(chuàng)新能夠最大限度激發(fā)學生學習的主動性；能夠培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力以及求真務實的態(tài)度；能夠提升學生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生愛國情懷。