物理設計性實驗教學的探索與研究

劉芬芬 張 勇

摘 要:該文介紹了物理設計性實驗的特點,論述了開展實驗的背景和必要性。通過教學實踐,討論了實驗課程的目的及實施方法?？偨Y了教學過程中存在的幾個問題及解決方案。

關鍵詞:物理設計性實驗 實驗教學 創新意識 創新能力 科研能力

大學物理實驗是一門實踐科學,物理實驗的思想、方法、技術和裝置常常是自然科學研究和工程技術發展的增長點。物理實驗在科學發展過程中有著舉足輕重的地位,其完善的基本概念、基本理論、基本方法、基本手段和精密的測試技術,已經成為其他自然科學研究的基礎。大學物理實驗課是高等工科院校獨立開設的必修實踐課程,物理設計性實驗是大學物理實驗課程中的重要內容之一,介于基本教學實驗與科學研究之間,是大學物理實驗的繼續和深入,是學生獨立提出實驗題目并進行設計制作過程的實驗課程。以培養學生創新思維、創新能力、嚴謹的實驗作風、科學的思維方法和綜合分析解決問題的能力為目的。

一、物理設計性實驗課的特點

本課程是在開設大學物理實驗課程之后,開設的選修課,通過前期大學物理實驗課程的學習和訓練,學生已經掌握了實驗理論、基本實驗、綜合性實驗、仿真實驗的內容,具備了較扎實的實驗基礎、知識及能力。實驗課題,一般由實驗室提出,涉及力、熱、電磁學、光學等學科,具有綜合應用性、設計性和實踐性。物理設計性實驗內容主要涉及改造型和制作型實驗,內容是學生自己選擇和設計的,貼近生活實際,涉及實驗設備、生活用具的改造和設計制作以及實驗裝備的配套測試儀器設計等領域。學生根據實驗中心的實驗條件,結合各自的專業特點,提出感興趣、有價值、可行性強的設計項目,在規定的時間內完成研究、設計、實驗、總結等過程。

二、物理設計性實驗課的教學實踐

1.物理設計性實驗課的實施方法

物理設計性實驗的教學模式主要是實行導師制,以學生為主體,教師為主導。1個實驗項目1個導師,學生在實驗室條件允許下,自選實驗,獨立地完成實驗,2～3人一組,實行分工合作的方式進行實驗,每位學生分工明確。本課程有利于培養學生獨立工作能力和團隊合作精神,全面調動學生學習的積極性和主動性。學生獨立自主地完成設計、制作和組裝,并合理測試儀器性能參數,分析實驗結果,找到問題原因并逐步完善;實驗結果以論文形式完成。

2.物理設計性實驗課的流程

物理設計性實驗有以下幾個基本程序:課題選擇、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、論文撰寫、論文答辯。物理設計性實驗流程,如圖1所示。

課題的選擇是整個課程的關鍵,課題選擇是否合適直接影響到實驗是否能夠達到預期的實驗教學目標和要求。選題的原則應在課程標準的基礎上,適當高于所學知識,結合科研要求,體現物理設計性實驗的創造性和研究性。

選題后,教師要指導學生廣泛查閱相關的資料,如實驗方面的圖書、報刊資料以及網絡教學資料等,掌握前沿知識。學生根據實驗的目的和要求,在選定設計題目后,進行實驗知識準備,收集資料,根據物理學原理及相關實驗基礎知識,建立合理的實驗模型。通過分析比較,選擇出一種實驗上可行,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理,是否可以達到所要求的精度等。在論證過程中發現問題,要修改實驗方案。方案通過課題組集體論證、審批后,學生前往實驗中心進行具體實驗操作,如果在實驗操作過程中發現新問題,要重新修改實驗方案,如調整實驗條件、改換儀器或改變測量方法等。再重新進行實驗操作測量,記錄實驗數據,進行數據處理。

實驗結束后,對實驗結果進行分析討論,寫出實驗論文,提高學生的科技論文撰寫能力。論文撰寫完成后進行論文答辯,讓學生講解自己的設計思想,實驗過程中遇到的問題和解決方法,以及實驗成果。整個課程的思想主體是初步培養學生的創新意識、創新能力、工程實踐能力及初步的科研能力和科學論文撰寫能力,為學生將來的學習、工作打下堅實的基礎。

三、物理設計性實驗課的問題及解決方法

我校開設物理設計性實驗課已近3年,經過3年的實踐與探索,本校取得顯著的成果,發表了一定數量高水平的論文,得到了全院師生的好評。但是還存在一些問題,其中最明顯的問題有以下3個方面:

1.開設時間太短

設計性實驗課程為20學時,一般安排5～6周的時間,在一個多月的時間內,學生要進行選題、收集資料、設計方案、實驗操作、論文撰寫、論文答辯,學生普遍感到時間倉促,導致不能對實驗進行深入研究和改進提高。我們正在探索延長物理設計性實驗的時間至一個學期,使學生有充分的時間進行設計和思考,從而達到提高教學質量的目的。

2.導師引導不及時

物理物理設計性實驗開始之初,強調發揮學生的創造性,充分尊重學生的興趣和特長,鼓勵學生個性張揚,全面調動學生學習的積極性和主動性,對培養學生形成自我約束、自我激勵、敢于競爭、勇于創新的優良學風起到了積極作用。但是,忽略了老師的引導作用,從而導致部分能力不強的學生感覺吃力,甚至實驗失敗,所以教師應該因材施教,對能力稍差的學生多鼓勵和指導,幫助他們選題甚至設計實驗方案,實驗過程中多輔導,對能力較好的學生鼓勵他們多方面地思考問題,選出最佳設計方案,提高實驗質量。

3.學生成績的評定不規范

實驗成績的考核是否合理,直接關系到學生的積極性,繼而關系到整個實驗的成敗。所以實驗成績考核應根據實驗知識準備,實驗方案論證,實驗操作,論文撰寫,論文答辯等環節綜合評價,成績按優、良、合格、和不合格幾個等級進行評定,激發學生的學習熱情,充分調動學生的積極主動性。

四、結束語

本課程強調學生獨立自主地完成實驗設計、實驗操作、結果分析,培養學生的獨立思考的能力,工程實踐能力,對實驗結果的科學分析能力。培養學生開拓創新能力。培養學生嚴謹認真的工作作風和勇于探索的創新精神。物理設計性實驗教學是開展素質教育、創新教育的重要實踐環節,對于學生的創新意識、創新能力和科學素質的培養具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]常潞玲.淺談實驗教學與能力培養[J].教育與管理,2004(3):94-95

[2]李旭玫.變革實驗教學方式,培養大學生綜合創新能力[J].高教探索,2004(1):82-83

[3]劉鳴,畢玉玲,趙美蓉,等.實行開放實驗教學模式,培養學生創新探索精神[J].實驗技術與管理,2005,22(4):91-94

[4]陽太林.以學生創新能力的培養為中心,改革高校實驗教學[J].實驗技術與管理,2005,22(10):34-38

[5]陳忻華.綜合性、設計性實驗的開設[J].中國科技信息,2005(10):123

[6]姚列明,陳彥,霍中生.現代物理實驗教學基地建設的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2004,21(1):12-15

[7]陳艾華,李嵐,傅戈雁,等.實驗教學與創新教育并行培養模式的探索[J].實驗室研究與探索,2004,23(3):4-6