大学物理实验改革的性

[摘 要]针对目前大学物理实验的现状,在注重基础实验的基础上,提出探索性实验的设想.

[关 键 词]物理实验探索性实验开放性实验创新

1.引言

物理是一门实验学科,古往今来,物理学的发展与物理实验密切联系.物理实验不仅应让学生收到严格、系统的实验技能训练,掌握科学的实验方法、实验技巧,还应训练学生敏锐的观察力,独立思考解决问题能力和创新精神[1,2].但是,目前物理实验教学模式单一,大部分实验教学中,学生只要按照实验步骤去做,就能顺利的测到实验数据,完成实验.这种方式在一定程度上限制了学生的积极主动地去认识物理规律,难以激发学生对物理实验的兴趣和独立探索物理规律的意识[3].针对这个问题,本人在物理实验中心做了相关教学实验改革试点,在学生进行基本的系统的实验操作的基础上,选拔优秀学生,做探索性实验,目的是提高学生自主的实验能力以及培养学生的创新意识,为独立学院的大学物理实验教学进行探索性尝试.

2.教学基本过程

2.1基础性实验

目前大学物理实验基本上都是测量性、验证性实验,称为基本实验,其目的是让学生掌握严格的、系统的实验技能,这样的训练是必不可少的.基本实验,如基本物理量的测量,基本仪器的使用,基本测量方法以及误差分析,试点学生按教学计划完成基本实验操作,安排多余学时做探索性实验.

基本实验一般可分为力学、热学、电磁学、光学、近代物理实验五部分,按照本校教学安排,一般工科学生做8个物理实验,总共24学时.学生提前根据个人兴趣和专业特点自选实验,要求每个部分选1-2个实验,总共7个实验,最后一个实验为探索性实验.

力学部分实验主要为：钢丝的杨氏模量,落球法测定液体的粘度,扭转法测定物体的转动惯量,波尔共振仪研究受迫振动,空气的声速等.

热学实验包括：导热系数的测量,冷却法测定金属的比热容,传感器测定空气的比热容比,电阻温度系数,温差电偶的定标与测温,PN结温度传感器特性等.

电磁学实验包括：电位差计,自组惠斯通电桥测电阻,电子比荷的测定,示波器的使用,铁磁材料的磁滞回线,霍尔效应及应用.

光学实验包括：牛顿环与劈尖干涉,菲涅尔双棱镜,薄透镜,偏振光的观测,迈克尔逊干涉仪,光栅研究,测定玻璃的折射率等.

近代物理实验包括：光电效应与普朗克常数,弗兰克-赫兹实验,发射光谱吸收光谱,硅光电池,周期信号的傅里叶分析.

在教学方法上,只讲解基本的实验要求,实验仪器使用方法,在限定的时间内,充分发挥学生的主观能动性,完成实验.这就要求学生在课前必须提前预习,勾画初步实验方案,课上认真思考,勤于动手,理论联系实际,遇到问题随时与学生老师探讨,对学生的基本实验技能、动手能力、逻辑思维能力都有很大提高.

2.2探索性实验

在做好基础实验的基础上,选拔最物理实验感兴趣的学生3-5人,做探索性实验.教师先安排几个探索性实验课题,由学生自己选作实验.根据报名情况结成小组,每组选择一个课题进行研究.实验中心根据情况开设开放性实验室,学生可以全天任意时间来网上查资料、做实验,课题规定三天内完成,以实验报告或者小论文的形式结题.为激励学生的实验兴趣,探索性实验的分值为10+2分（2为提高分数）,总分将做为一次成绩计入实验成绩.

探索性实验题目为：

(1)测量小球碰撞过程中的能量损失

实验要求：自行设计实验方案,测量能量损失,分析误差来源,计算能量损失的不确定度.

实验仪器：小球2个、支架两个、米尺、细绳等.

(2)制作磁悬浮小仪器

实验提示：掌握磁悬浮原理,设计实验思路,自行制作.

制作材料：根据需要先自行购写,凭报销.

特别注意：因电磁学实验,需用较高电压电流,一定注意自身安全!

(3)波长相对测量实验设计

实验要求：设计实验方案,由已知钠黄光的波长测定另一未知波长的方法.

实验仪器：牛顿环、劈尖、显微镜、迈克尔孙干涉仪、双棱镜

(4)薄膜厚度测量

实验要求：分别给出薄、厚、透光、不透光薄膜,最少选用3―4种设计方案,测定薄膜厚度.

实验仪器：显微镜、牛顿环、劈尖、迈克尔孙干涉仪、双棱镜、螺旋测微器等.

(5)学生兴趣制作仪器

研究内容：进行相关的理论研究,选择合适的实验器材,进行实物制作与调试.

实验要求：制作仪器应体现物理思想,有一定的应用价值.

以上五个课题为学生自选题目,根据选题结果结成小组后,由小组共同完成实验课题.学生可以通过网络、图书馆阅读国内外论文等渠道、筛选收集信息,这是一个完全自主的过程,学生根据需要自发学习,锻炼了学生自学能力,同时也激发了学生的兴趣.

开设开发性实验室,规定学生在一定的时间内完成实验课题,相关实验室全天开放,学生随时可以来做实验,通过小组研究讨论制定实验方案完成实验课题.在这个过程中,锻炼了学生自学能力,团结协作能力,逻辑思维能力以及创新精神,这种素质的培养对以后学习和工作生活都是受益终身的.

3.结论

我校作为工科类型的独立学院,一直注重应用性人才的培养.大学物理作为基础性学科,也应立足学生于自主学习能力、动手实践能力、创新能力的培养.因此,物理实验中心在实验教学改革上做了大胆尝试.一方面注重学生的基本实验素质的培养,在此基础上选拔优秀学生因材施教,做探索性实验.

实施探索性实验,教师要有全新的教学理念.教师要从知识的传授者转变为学习的促进者、组织者和指导者.教学行为必须发生转变,教师要学习用研究性学习的态度对待教与学,要加强自身的学习,从“更好地教”转到“为学生更好地学”,从单纯的知识传授转到关心学生的终身发展.

探索性实验还存在一些问题和矛盾,需要我们深思.如何更好利用现代教育技术,充分利用网络资源；如何科学实现网络选课、预习、答疑；如何更好解决师资配置问题；如何引导学生在有效的时间内高效地完成学习任务；如何公正、合理的评价学生实验报告的编写、实验数据结果、实验小论文,进一步促进学生学习物理、做物理实验的积极性,这些问题都亟待解决.教师在教学中起着关键的作用,教师应引导和促进学生在自主、合作与探究的学习过程中实现终身学习的教育目标.