杜曉燕,門(mén)高夫

(河北工程大學(xué),河北邯鄲 056038)

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施與設(shè)想

杜曉燕,門(mén)高夫

(河北工程大學(xué),河北邯鄲 056038)

開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的一個(gè)重要方面。就設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、開(kāi)課程序、實(shí)施效果和出現(xiàn)的問(wèn)題四個(gè)方面進(jìn)行了探討,提出了對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)設(shè)想。

實(shí)驗(yàn)教學(xué);設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中有針對(duì)性地開(kāi)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,激發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng),提高學(xué)生探索新問(wèn)題的興趣、認(rèn)識(shí)事物的綜合能力以及研究問(wèn)題的能力;是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的良好途徑,是深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量,改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,適應(yīng)人才培養(yǎng)需要的重要舉措。

河北工程大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)著全校理、工、農(nóng)、醫(yī)50多個(gè)專業(yè)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)。為了更好地開(kāi)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,我中心于2007年開(kāi)設(shè)了有關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐,該項(xiàng)工作取得了一定的成果。下面就談一談實(shí)驗(yàn)中心設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施情況以及對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)設(shè)想。

1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施情況

1.1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容

1.1.1 基本設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

①原理設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn):重力加速度的測(cè)定

要求學(xué)生從擺和落體兩方面來(lái)研究重力加速度的測(cè)定,提出若干測(cè)試方案,并加以比較,指出它們的優(yōu)缺點(diǎn)。要注意哪些量可測(cè)得精確?并設(shè)法減小或消除影響精確測(cè)量的各種因素。例如用擺測(cè)定重力加速度g時(shí),要研究周期(T)和擺長(zhǎng)(l)、擺角(θ)、擺球質(zhì)量(m)之間的關(guān)系,及如何修正其影響。測(cè)量周期時(shí)n,確定擺動(dòng)次數(shù),并說(shuō)明理由。用自由落體來(lái)測(cè)定g時(shí),如何測(cè)得或消除初速度,如用光電計(jì)時(shí)法,應(yīng)該怎樣選擇光電門(mén)的恰當(dāng)位置?如用頻閃照相法,又怎樣處理?

②實(shí)際操作性實(shí)驗(yàn):電位差計(jì)校準(zhǔn)電表

本實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和解決實(shí)際問(wèn)題的能力,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為兩項(xiàng),校準(zhǔn)量限為3V的電壓表和校準(zhǔn)量限為3mA的電流表,要求學(xué)生設(shè)計(jì)校準(zhǔn)電壓表的控制電路和校準(zhǔn)電流表的控制電路并按要求完成指定實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

③制作性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn):電子溫度計(jì)的設(shè)計(jì)與制作

要求學(xué)生分別設(shè)計(jì)用金屬電阻、溫差電偶測(cè)量溫度的實(shí)驗(yàn)。具體要說(shuō)明測(cè)量原理,推導(dǎo)計(jì)算公式;合理選擇儀器,擬定實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)表格(以上內(nèi)容預(yù)習(xí)時(shí)完成);組裝電子溫度計(jì);對(duì)以上兩種溫度計(jì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析比較。

1.1.2 擴(kuò)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn):

王維的一生經(jīng)歷了一次次的“失去”。他出生在貴族世家，家境殷實(shí)，生活美滿。父親教他詩(shī)文，母親教他繪畫(huà)和佛經(jīng)，年幼的王維還繼承了祖父的音樂(lè)基因，據(jù)說(shuō)他第一次拿起樂(lè)器就可以彈奏，和莫扎特一樣，都是極有音樂(lè)天賦的“神童”。

①分光計(jì)測(cè)量液體折射率:要求學(xué)生用極限折射法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,同學(xué)們可以體會(huì)到只要非常熟悉實(shí)驗(yàn)儀器,便可“自由嫁接”實(shí)驗(yàn)器材和方法,自己動(dòng)手改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

②光源的時(shí)間相干性研究:在前面的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們已經(jīng)學(xué)過(guò)了邁克耳遜干涉儀的調(diào)整,并使用邁克耳遜干涉儀測(cè)量了光波波長(zhǎng),我們將前面的實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展為用邁克耳遜干涉儀測(cè)不同光源的相干長(zhǎng)度,這樣學(xué)生可以在熟悉的儀器上得心應(yīng)手的展開(kāi)相關(guān)研究。

1.1.3 自主擴(kuò)展設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn):

萬(wàn)用電表的制作與定標(biāo):要求自己設(shè)計(jì)電路測(cè)試微安表內(nèi)阻;組裝一個(gè)簡(jiǎn)易歐姆表;自己確定歐姆表的表盤(pán)刻度尺,并能用較準(zhǔn)確的電阻箱進(jìn)行校準(zhǔn)。此實(shí)驗(yàn)主要是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和思維能力,學(xué)生在操作過(guò)程中要進(jìn)行一系列的思考才能保證實(shí)驗(yàn)成功。

1.2 開(kāi)課的具體程序

①選題:教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室情況和學(xué)生具體情況擬定了6個(gè)不同層次的題目供學(xué)生選擇,學(xué)生可在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)前兩周從6個(gè)題目中任選兩個(gè)。

②資料的查閱和方案的設(shè)計(jì):學(xué)生選題后,由教師指導(dǎo)學(xué)生查閱資料的方法,并發(fā)給學(xué)生一些與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的關(guān)鍵性資料,供學(xué)生預(yù)習(xí)準(zhǔn)備。由于學(xué)生缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),他們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案一般都有“初擬”和“修正”的過(guò)程,所以學(xué)生完成一個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),需6學(xué)時(shí),分兩次完成。第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)先由教師講授,然后學(xué)生拿自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案在教師的組織下進(jìn)行大組討論。在討論過(guò)程中,教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生,將學(xué)生在初步設(shè)計(jì)中已經(jīng)考慮到的和尚未考慮到但在實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的各類現(xiàn)象、各類問(wèn)題加以討論,要求學(xué)生針對(duì)實(shí)驗(yàn)的各環(huán)節(jié)闡述自己的設(shè)計(jì)思想,其他同學(xué)可以提問(wèn)或相互補(bǔ)充。在第一次實(shí)驗(yàn)和第二次實(shí)驗(yàn)之間,學(xué)生可以利用課余時(shí)間充分醞釀。第二次實(shí)驗(yàn)時(shí),學(xué)生即可全面展開(kāi)實(shí)驗(yàn)。

④撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告:經(jīng)過(guò)幾周的實(shí)驗(yàn),學(xué)生收獲都很大,為了鞏固這一成果,我們要求學(xué)生參照正規(guī)期刊上發(fā)表的論文,把設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)成一篇小論文,即論文的構(gòu)成首先應(yīng)包括題目、論文完成人及單位、摘要和關(guān)鍵詞,接著是正文部分,正文部分包括引言、理論分析、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理以及結(jié)論,最后是參考文獻(xiàn)。詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程,可以附在論文的后面。

⑤考核方式:根據(jù)學(xué)生的論文完成情況,包括實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)質(zhì)量、數(shù)據(jù)處理等方面評(píng)分,滿分為10分。

1.3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

自從2007年我們中心開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以來(lái),受到了學(xué)生們的一致好評(píng)。有的學(xué)生反映:以前他們上實(shí)驗(yàn)課沒(méi)有積極性,老師怎么說(shuō)就怎么做,自己不用動(dòng)腦筋,覺(jué)得沒(méi)有參與感,激發(fā)不出創(chuàng)造力?，F(xiàn)在他們認(rèn)為這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課增加了他們的學(xué)習(xí)積極性,增強(qiáng)了學(xué)習(xí)自信心,認(rèn)為自己的付出得到了承認(rèn),有種成就感。還有的學(xué)生說(shuō),自從上了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課,他們班的學(xué)習(xí)氣氛變的濃起來(lái)了,實(shí)驗(yàn)室、圖書(shū)館、自習(xí)室到處留下同學(xué)們主動(dòng)尋找資料和討論問(wèn)題的身影,給同學(xué)們的個(gè)性發(fā)展提供了很大的空間,而且也使同學(xué)們形成了一個(gè)團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)體。

1.4 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問(wèn)題

①設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的題目雖然是按層次列出的,但題目還是由教師指定,而且內(nèi)容也受教學(xué)進(jìn)度及實(shí)驗(yàn)室條件限制,所以對(duì)新技術(shù)、新器件的應(yīng)用較少,與工程實(shí)際距離比較大。

②由于實(shí)驗(yàn)題目和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的有限性,往往是多人搞同一個(gè)題目,學(xué)生的設(shè)計(jì)難免雷同與抄襲,不利于發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)創(chuàng)性。

③設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)給實(shí)驗(yàn)教師提出了更高的挑戰(zhàn)。指導(dǎo)教師必須具有寬廣的知識(shí)面、豐富的理論知識(shí)、良好的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和創(chuàng)新精神。例如:挖掘有價(jià)值的選題、把握好各種實(shí)驗(yàn)方案,能及時(shí)的解決學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中所遇到的各種問(wèn)題、論文撰寫(xiě)指導(dǎo)水平等。這無(wú)疑更需要教師加強(qiáng)學(xué)習(xí),提高自身的理論知識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)操作技能。

2 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)設(shè)想

2.1 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分層次

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和發(fā)揮學(xué)生的獨(dú)立創(chuàng)造性,可以將設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)按照由易到難、學(xué)生自愿的原則,根據(jù)儀器設(shè)備、師資、各類型、各專業(yè)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的要求以及學(xué)生自身個(gè)性發(fā)展分為多個(gè)層次。每個(gè)層次不限定實(shí)驗(yàn)題目,只根據(jù)實(shí)驗(yàn)教師、實(shí)驗(yàn)教室、實(shí)驗(yàn)儀器的種類及數(shù)量為學(xué)生提供可選擇的條件,學(xué)生可以在這個(gè)范圍內(nèi)根據(jù)自己的興趣和實(shí)際情況選擇適合自己的實(shí)驗(yàn)題目。

2.2 網(wǎng)上選課

為了配合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué),我們應(yīng)該建立大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng),進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選課和輔導(dǎo)等,這樣學(xué)生就可以在指定的時(shí)間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)選課系統(tǒng)志愿進(jìn)行各個(gè)層次儀器及項(xiàng)目的選擇。

2.3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與教師科研項(xiàng)目相結(jié)合

現(xiàn)在的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較陳舊和死板,大部分內(nèi)容選材于教科書(shū),而且還要受實(shí)驗(yàn)條件和經(jīng)費(fèi)的限制。要在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中融入現(xiàn)代科技發(fā)展的內(nèi)容,更增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣,拉近與工程實(shí)際的距離,就要將設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)與教師的科研項(xiàng)目相結(jié)合,從而使設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)得到不斷的改進(jìn)和提高。

2.4 建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

為了讓學(xué)生有自由進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的條件,可建立幾個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室里,放置各種類型的即將報(bào)廢的儀器,如信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬(wàn)用表、顯微鏡、分光計(jì)、計(jì)算機(jī)等。學(xué)生可在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行自己喜愛(ài)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)同學(xué)進(jìn)行儀器的拆卸和組裝,拆壞無(wú)過(guò),對(duì)能進(jìn)行儀器復(fù)原和創(chuàng)新的同學(xué)給予一定獎(jiǎng)勵(lì),學(xué)生可以不必?fù)?dān)心損壞儀器的賠償,可大膽的拆、裝、創(chuàng)。通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)可以鼓勵(lì)他們的創(chuàng)新精神,為今后進(jìn)一步深造打下良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾年來(lái)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施,證明設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與創(chuàng)新能力,希望在今后的實(shí)踐中不斷完善,不斷提高,繼續(xù)深化教學(xué)改革,為培養(yǎng)更多具有創(chuàng)造精神與創(chuàng)造能力綜合素質(zhì)好的高級(jí)復(fù)合型人才作出貢獻(xiàn)。

[1]馬世紅.設(shè)計(jì)性、研究性物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐情況[J].物理實(shí)驗(yàn),2004,24(11).

[2]陳忻華.綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)[J].中國(guó)科技信息,2005(10).

[3]鄭立,關(guān)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)若干問(wèn)題的設(shè)想[J].黃山學(xué)院學(xué)報(bào),2007,9(5).

[4]梁寶社,等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2009:286-304.

The Practice and Thought of Design Physics Experiments Teaching

DU Xiao-yan

(Hebei University of Engineering,Handan 056038)

Establishing Designed Experiment is an important respect in the college physics experiment teaching reform.A discussion has been made in this paper on the teaching content,starting procedure,implementation effect and problems for designed experiment.A few ideas have been proposed for design of the experiment.

experiment teaching;designing experiment;teaching reform

G642

A

1007-2934(2010)06-0111-03

2010-05-29