提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的新舉措

謝亮 張進(jìn)治 鐵小勻 安艷偉

摘要：提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量是擺在高校教師面前的一個(gè)刻不容緩的問題，本文根據(jù)實(shí)際的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，主要從授課方式、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、考核方式四個(gè)方面介紹了本校關(guān)于提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的新舉措。得意于這些新舉措，本校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)際教學(xué)效果顯著提高。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)質(zhì)量；新舉措

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）36-0237-02

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是培養(yǎng)理工類大學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的必修課，對基本科學(xué)能力的培養(yǎng)有非常重要的作用，學(xué)好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是十分必要的。但結(jié)合本校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的情況來看，當(dāng)代大學(xué)生對該課程有較片面的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的抄襲現(xiàn)象非常普遍。為了改變這種狀況，根據(jù)本學(xué)校專業(yè)特點(diǎn)以及學(xué)生的實(shí)際水平，我們采取了一系列的改革舉措，效果顯著。本文就本校在實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一些做法做一個(gè)簡要的介紹，與教育同行共勉，希望對大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高有所幫助。

一、授課方式的創(chuàng)新

傳統(tǒng)的授課方式普遍采用講授法，教師演示，學(xué)生模仿。該授課方式嚴(yán)重限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新思維，導(dǎo)致學(xué)生不思考只做機(jī)械的重復(fù)；實(shí)驗(yàn)過后，不知如何處理數(shù)據(jù)，如何寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對物理實(shí)驗(yàn)思想與方法的理解更是難上加難。為了改變這種狀況，教師應(yīng)充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生可以積極主動(dòng)的思考與學(xué)習(xí)，為此我們對授課方式進(jìn)行了創(chuàng)新。

1.講述實(shí)驗(yàn)的歷史淵源。物理實(shí)驗(yàn)的歷史背景與歷史故事可以充分激發(fā)學(xué)生們的聽課興趣。例如，以“邁克爾遜干涉儀”實(shí)驗(yàn)為例。眾所周知，邁克爾遜干涉儀在測量技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，可測量微小的長度、光波波長等。但實(shí)際上邁克爾遜在設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)時(shí)并不是為測量長度，而是為了尋找神秘的“以太”物質(zhì)。19世紀(jì)，科學(xué)家逐漸意識(shí)到光是一種波，而生活中的波，如聲波、水波等大多需要媒介才能傳播。在這種思想的影響下，人們認(rèn)為光波是在“以太”中傳播的。1887年，美國物理學(xué)家邁克爾遜和莫雷一起設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，企圖測量出兩垂直方向上光速的差值。因?yàn)槿绻耙蕴闭娴拇嬖?，那么由于地球自轉(zhuǎn)的影響，光在兩個(gè)相互垂直方向上的速度應(yīng)該是不一樣的。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示光在不同方向上及不同慣性系的傳播速度沒有差別，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果也就否定了“以太”的存在。但是，由于該實(shí)驗(yàn)裝置可以測量出微小的長度，而且非常精確，于是被人們廣泛地應(yīng)用起來。如果僅依照教材上的內(nèi)容來講，學(xué)生感覺枯燥沒興趣。但在講課的同時(shí)，把設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的歷史故事告訴學(xué)生，使學(xué)生體會(huì)物理學(xué)家解決問題的思想和方法，可以明顯的提高教學(xué)質(zhì)量。

2.突出實(shí)驗(yàn)的物理精髓。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)典類實(shí)驗(yàn)是學(xué)生最該深入理解的一類實(shí)驗(yàn)。譬如“光電效應(yīng)法測量普朗克常數(shù)”實(shí)驗(yàn)。當(dāng)一束頻率為ν且大于截止頻率的光束照射陰極時(shí)，光電子就會(huì)逸出，初動(dòng)能為mv，即有愛因斯坦方程hν=W+mv。為了驗(yàn)證該方程，實(shí)驗(yàn)者必須從實(shí)驗(yàn)上測得初動(dòng)能（與電子的速度v微觀物理量有關(guān)）。微觀物理量的測量是很困難的，美國物理學(xué)家密立根利用功能關(guān)系將初動(dòng)能轉(zhuǎn)換成截止電壓U這一宏觀物理量。方程就變?yōu)閑U=h（ν-ν）。只要驗(yàn)證出截止電壓U與入射光頻率ν滿足線性關(guān)系，就可以間接地驗(yàn)證愛因斯坦方程。這一轉(zhuǎn)化的思想，實(shí)際上為測量一些微觀物理量提供了很好的思路，是值得學(xué)生借鑒與學(xué)習(xí)的。因此，在講解該實(shí)驗(yàn)時(shí)必須要突出這一顯著的物理思想。學(xué)習(xí)物理過程中的一些公式，學(xué)生可能很快就會(huì)忘記，但是物理中的某些方法和思路，是學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)并掌握，以備將來之用的。

3.強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用特性。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中有許多實(shí)驗(yàn)與我們的生活密切相關(guān)，具有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。比如“磁阻效應(yīng)”實(shí)驗(yàn)。講解該實(shí)驗(yàn)時(shí)，以現(xiàn)代的硬盤存儲(chǔ)原理作為引子來激發(fā)學(xué)生的興趣。學(xué)生與電腦天天接觸，對此問題都特別感興趣，聽課效果明顯變好。傳感器作為現(xiàn)代自動(dòng)化測量與控制的標(biāo)志，與我們的生活又是密切相關(guān)的，對生活中一些傳感器的介紹勢必引起學(xué)生們的興趣。學(xué)生接觸最多的就是手機(jī)。接聽電話時(shí)，手機(jī)放在耳邊屏幕會(huì)變黑，是距離傳感器的作用；在不同明暗環(huán)境下，手機(jī)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，是光線傳感器的作用；手機(jī)的屏幕可以自由的倒轉(zhuǎn)，是重力傳感器的作用。以這些具體的傳感器實(shí)例能夠引導(dǎo)學(xué)生思考問題，發(fā)現(xiàn)身邊生活中的問題，并靈活應(yīng)用已有的知識(shí)和方法解決問題。該方法從實(shí)際的教學(xué)來看，效果顯著。

二、教學(xué)內(nèi)容的維新

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，一批新類型的學(xué)科隨之而來。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課應(yīng)該與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的成果相結(jié)合，如此才能保持該學(xué)科的活力與生命力，才能培養(yǎng)出適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需要的應(yīng)用型人才[1]。物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容必須緊跟時(shí)代的潮流，表現(xiàn)出科技時(shí)代的特點(diǎn)。

1.開設(shè)自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。為了激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，并培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、創(chuàng)新與科研意識(shí)，除了完成基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)以外，我們還開設(shè)了自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。這些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不要求在短時(shí)間內(nèi)完成，學(xué)期結(jié)束時(shí)提交成果與報(bào)告即可。電子元器件的普遍使用是當(dāng)代科技發(fā)展的大勢所趨，加之我校的學(xué)生大多數(shù)為應(yīng)用型工科專業(yè)，對這方面學(xué)習(xí)顯得尤為重要。所以，我們開設(shè)了許多基于新興電子元器件的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，供學(xué)生設(shè)計(jì)完成。比如，利用光敏傳感器設(shè)計(jì)一款可隨周圍環(huán)境亮度變化的燈泡；利用Pt電阻或者NTC熱敏電阻，設(shè)計(jì)一款人體溫度計(jì)；利用光纖傳感器，設(shè)計(jì)裝置實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的測量；等等。另外，學(xué)生也可以根據(jù)自己的興趣，自行設(shè)計(jì)某種小實(shí)驗(yàn)裝置，寫明實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)思路及功能等。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、自我解決問題的能力等，對于學(xué)生思考問題、解決問題的能力培養(yǎng)具有重要的作用。

2.大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽成果的利用。北京市每年都會(huì)舉行大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽，我校每年參加并且成績優(yōu)異。這些成果中，有對基本物理量的測量裝置，有對經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與創(chuàng)新，也有自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置。為提高學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)的興趣，激勵(lì)學(xué)生的求知欲望，我們將物理實(shí)驗(yàn)競賽的作品嫁接到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，這一措施使得學(xué)生對該物理實(shí)驗(yàn)的興趣大大提高。比如，人體溫度計(jì)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，我們會(huì)為其提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的溫度計(jì)，而該溫度計(jì)是由學(xué)生參加競賽時(shí)的一部分測量模塊改裝而成；在開設(shè)的光敏開關(guān)實(shí)驗(yàn)中，為測量光照的變化，我們?yōu)槠涮峁┝丝蓽y量光照的裝置，該裝置也是學(xué)生參加競賽時(shí)一個(gè)測量模塊；測量剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)中，我們以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量儀作為我們主要的實(shí)驗(yàn)儀器，而且還給學(xué)生們提供了一臺(tái)自制的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測試裝置，該裝置是學(xué)生參加物理實(shí)驗(yàn)競賽自行設(shè)計(jì)的。這些實(shí)驗(yàn)裝置的引入對學(xué)生提高學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的興趣有很大的幫助，使得學(xué)生很積極地對待實(shí)驗(yàn)課，教學(xué)效果明顯。

三、教學(xué)手段的更新

目前在校大學(xué)生大多在豐富的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中長大的，提高其積極性的一個(gè)重要舉措就是采用現(xiàn)代教學(xué)方式。為迎合學(xué)生興趣，在每個(gè)實(shí)驗(yàn)室里都配有多媒體教學(xué)設(shè)施，教師可根據(jù)自己的需要靈活選擇教學(xué)方式。尤其是在講解一些抽象的實(shí)驗(yàn)原理時(shí)，多采用多媒體教學(xué)的方式，將難以用語言描述的物理過程用PPT課件的方式形象地表示出來。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析是培養(yǎng)學(xué)生分析能力的重要一環(huán)。陳舊的數(shù)據(jù)處理方式是將數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描出并作圖，費(fèi)時(shí)費(fèi)力誤差大。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，將計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中效果顯著[2，3]。其中，Origin軟件在數(shù)據(jù)處理方面有著不可比擬的優(yōu)勢，操作簡單容易掌握。而且Origin軟件是目前科學(xué)研究前沿常用軟件，可以為學(xué)生將來的繼續(xù)深造打下基礎(chǔ)。為使學(xué)生意識(shí)到作圖軟件的優(yōu)點(diǎn)，教師會(huì)進(jìn)行一些簡單的實(shí)例講解，如Origin的基本作圖方法、線性擬合過程、曲線上某點(diǎn)的斜率計(jì)算等。學(xué)生對此軟件非常感興趣，學(xué)習(xí)積極性大大提高，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著。

四、考核方式的出新

物理實(shí)驗(yàn)課屬于過程教學(xué)課，其實(shí)驗(yàn)過程往往比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更重要。為了體現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)過程性的考察，總成績分為平時(shí)考核成績和期末考核成績。平時(shí)考核成績所占比例為50%，具體標(biāo)準(zhǔn)為：預(yù)習(xí)10%，操作40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告50%?？紤]到考核成績的公正性，要求學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)課前簽名，提交檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告，并提問對相關(guān)實(shí)驗(yàn)是否了解，給出預(yù)習(xí)成績。這樣可以督促學(xué)生自覺地預(yù)習(xí)，教學(xué)效果顯著提高。實(shí)驗(yàn)操作的成績，教師需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際操作以及實(shí)驗(yàn)完成的情況進(jìn)行打分。實(shí)驗(yàn)報(bào)告部分的成績主要根據(jù)學(xué)生的課后數(shù)據(jù)處理情況、作業(yè)完成情況等進(jìn)行打分。期末考核主要是通過操作考試和卷面考試兩種方式進(jìn)行考核，各占50%。

另外，為調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，設(shè)立加分項(xiàng)。如對某些實(shí)驗(yàn)過程提出問題、對實(shí)驗(yàn)有改進(jìn)建議、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)完成出色、參加大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)競賽獲獎(jiǎng)等，教師會(huì)根據(jù)情況酌情加分。這些環(huán)節(jié)使得對學(xué)生的考察更全面，更突出學(xué)生創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使我校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得到顯著提高。

五、結(jié)語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)理工科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能與方法，同時(shí)可以培養(yǎng)他們的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力等，是其他課程無法比擬的。提高物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量是一個(gè)長期的過程，教師應(yīng)該不斷提高自己的教學(xué)水平，改進(jìn)自己的教學(xué)方式，使學(xué)生能真正喜歡該課程，進(jìn)而使得該課程的作用發(fā)揮到極致。

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