劉傳東

摘 要：在大學(xué)物理理教學(xué)中，設(shè)計性實驗是在創(chuàng)新理論下的一項教學(xué)改革重點。本文從內(nèi)涵和意義、實驗的實施程序、實驗的方法與原則等幾個方面對大學(xué)物理教學(xué)改革中的設(shè)計性實驗做了全面的闡述。從具體技術(shù)細(xì)節(jié)上，使設(shè)計性試驗更具有規(guī)范的操作性，使得其能在大學(xué)物理教學(xué)中更好的推廣和普及。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理 教育改革 設(shè)計性 創(chuàng)新型 物理實驗

一、要正確理解教育改革，大學(xué)物理設(shè)計性實驗的內(nèi)涵和開設(shè)意義

1.設(shè)計性實驗的定義

設(shè)計性實驗顧名思義就是讓學(xué)生按自己設(shè)計的實驗方案去做實驗：大學(xué)物理設(shè)計性實驗應(yīng)有不同的形式和要求：從形式上區(qū)分包括原理性設(shè)計實驗、操作性設(shè)計實驗和制作性設(shè)計實驗；從知識要求上分包括利用已掌握的知識和常用儀器所做的設(shè)計、開拓常用儀器的新用法所做的設(shè)計、在一定方向擴(kuò)展知識后利用新科技所做的設(shè)計等等。

2大學(xué)物理設(shè)計性實驗的特點

大學(xué)物理設(shè)計性實驗與一般的物理實驗不同，是在學(xué)生掌握了部分基礎(chǔ)性實驗、具備了一定的實驗基礎(chǔ)知識和實驗?zāi)芰χ筮M(jìn)行的一種教學(xué)實踐活動。設(shè)計性實驗通常是在教師指導(dǎo)下，通過自行閱讀實驗材料，熟悉常用儀器的原理、結(jié)構(gòu)及其使用方法來組織實驗；對實驗現(xiàn)象進(jìn)行觀察、判斷，處理實驗數(shù)據(jù)，給出誤差分析，是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗全過程的一種綜合訓(xùn)練。大學(xué)物理設(shè)計性實驗的關(guān)鍵是實驗設(shè)計和實驗方案的選擇。根據(jù)實驗者研究的具體要求及對實驗精度的要求，提出實驗設(shè)計思想，確定實驗方案，選擇測量儀器種，類、量程、精度以及各儀器之間的相互配合與影響，自行安排實驗步驟，得出符合要求的實驗結(jié)論。由于設(shè)計性實驗必須經(jīng)過一定基礎(chǔ)實驗的訓(xùn)練后進(jìn)行，因此應(yīng)該重視前期基礎(chǔ)實驗的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

3、開設(shè)設(shè)計性實驗的意義

一個好的設(shè)計性實驗，可以培養(yǎng)和檢驗學(xué)生應(yīng)用理論知識、掌握實驗原理、正確選擇與操作儀器、確定測量條件等方面的能力；能給學(xué)生一個較寬闊的思考空間和選擇余地，可以發(fā)揮他們各自的思維與想象力，使學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合能力受到啟發(fā)和鍛煉；可以培養(yǎng)學(xué)生堅韌不拔的意志品質(zhì)、實事求是的科學(xué)態(tài)度及相互幫助的協(xié)作精神。

二、要注意設(shè)計性實驗的實施程序所具有的特點

大學(xué)物理設(shè)計性實驗的程序是：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(shù)據(jù)處理、實驗報告撰寫。

實驗方案的提出是設(shè)計性實驗最重要最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。實驗者根據(jù)實驗的目的和要求，查閱有關(guān)資料，收集各種可能的實驗方案，根據(jù)物理學(xué)原理及相關(guān)實驗基礎(chǔ)知識，建立合理的物理實驗?zāi)Ｐ停_定被測量量與可測量量之間的關(guān)系，推出有關(guān)測量公式。然后通過分析比較，選擇出一種實驗上可行、實驗條件允許的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(jìn)行論證，考察所提出的方案是否可以實現(xiàn)，能否達(dá)到實驗要求，實驗測量裝置是否合適，所選的儀器搭配是否合理，是否可以達(dá)到所要求的精度，應(yīng)用誤差傳遞公式檢驗所選擇的實驗條件是否有利于減小誤差等等。在論證過程中”發(fā)現(xiàn)問題，要及時修改實驗方案。然后按照改進(jìn)的實驗方案，進(jìn)行實驗操作。如果在實驗操作過程中發(fā)現(xiàn)新問題，再重新修改實驗方案，采取適宜的解決措施，如可以通過調(diào)整實驗條件、更換實驗儀器或改變測量方法等。然后再重新進(jìn)行實驗操作，記錄實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。實驗結(jié)束后，要及時總結(jié)本次實驗的經(jīng)驗教訓(xùn)，寫出實驗報告。實驗報告除常規(guī)的要求以外，要注明參考文獻(xiàn)和資料等，特別重要的是要有對實驗結(jié)果的分析討論。

三、要堅持設(shè)計性實驗的實驗方案中的幾項選擇原則

設(shè)計性實驗的實驗方案選擇，是根據(jù)實驗方法、測量方法、測量儀器和測量條件進(jìn)行的。

1、實驗方法的選擇

根據(jù)教師所提出的實驗?zāi)康暮鸵?，查閱有關(guān)資料，搜集羅列出各種可能的實驗方法，分析比較各種方法的適用條件、局限性和可能達(dá)到的實驗精度。此外，還必須考慮各方案實施的可能性等，選出一種最佳實驗方法。最佳實驗方法并非指實驗結(jié)果精度最高、使用儀器最精密，而是指根據(jù)對測量結(jié)果的精度要求，選擇恰好符合要求且最經(jīng)濟(jì)的實驗方法。

2、測量方法的選擇

在實驗方法確定后，對各種測量方法進(jìn)行篩選，使各種測量結(jié)果誤差最小。為此需要對誤差來源及誤差傳遞進(jìn)行分析，還要對間接測量與直接測量之間的關(guān)系進(jìn)行研究。因此在選擇測量方法時，可以利用誤差傳遞公式來比較各方法中不確定度是否符合要求，計算出哪一種方法誤差最小，以此來確定測量方法。

3、測量儀器的選擇

在選擇測量儀器時，主要考慮儀器的分辨率、精確度、實用性、經(jīng)濟(jì)性等。選擇儀器時，不能認(rèn)為儀器的精確度越高越好。因為儀器精確度越高，工作狀態(tài)、調(diào)節(jié)等就越復(fù)雜，越易出問題，并且價格昂貴，因此只要能夠達(dá)到要求的測量精確度，所選擇的儀器就是最合適的。此外，在選擇儀器時，要進(jìn)行適當(dāng)搭配，使所有儀器基本配套，每個儀器產(chǎn)生的相對不確定度要基本相當(dāng)，差別不要太懸殊。

四、要扎實做好設(shè)計性實驗操作前的各項準(zhǔn)備工作

與常規(guī)實驗不同的是，設(shè)計性實驗前的準(zhǔn)備工作更為重要。實驗指導(dǎo)教師必須通曉每一個實驗，每一個實驗都有各自的技巧和規(guī)律，實驗指導(dǎo)教師必須通過訓(xùn)練和實踐摸索掌握這些規(guī)律。估算各物理量的誤差及其范圍，要知道某些物理量會影響到實驗結(jié)果的合理性。因此要把注意力集中在那些對最后結(jié)果的誤差起主要作用的物理量。此外，實驗指導(dǎo)教師要檢查整套儀器設(shè)備的各個部分工作是否正常，如儀器的機械部分是否穩(wěn)定，儀器的水平面是否水平，光學(xué)儀器的反射面和折射面的表面是否清潔、無灰塵，光學(xué)儀器系統(tǒng)應(yīng)該確保準(zhǔn)直，使鏡面與光線方向垂直等。

五、同時還要加強實驗室建設(shè)和改革試驗室管理模式

1.首先要轉(zhuǎn)變觀念。充分認(rèn)識到實驗室是從事實踐教學(xué)的基地，是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的主戰(zhàn)場，從而提高對實驗教學(xué)活動在人才培養(yǎng)中重要作用的認(rèn)識，樹立實驗教學(xué)與理論教學(xué)并重，協(xié)調(diào)發(fā)展的理念；明確實驗教學(xué)更主要的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、發(fā)現(xiàn)能力、分析能力、動手能力和創(chuàng)新能力。

2.轉(zhuǎn)變管理機制，提高資源利用率。建立一級管理機制，成立相應(yīng)的管理機構(gòu)，將實驗教學(xué)與實驗室建設(shè)統(tǒng)一集中管理，具體負(fù)責(zé)實驗教學(xué)的統(tǒng)一組織與實施；發(fā)揮“一級管理”的高效性，強調(diào)按功能建立實驗室，突破原來狹窄的學(xué)科、專業(yè)之間的壁壘，建立一級學(xué)科實驗教學(xué)大平臺；實驗室儀器設(shè)備實行統(tǒng)一規(guī)劃、投入和管理，變“歸我所有”為“為我所用”。

3.加強實驗室隊伍建設(shè)。各高校應(yīng)重視實驗室人才資源的綜合利用，鼓勵試驗人員進(jìn)修提高；吸引高學(xué)歷、高職稱人員加入實驗師資隊伍，優(yōu)化試驗隊伍整體水平，建立一支既有深厚的理論基礎(chǔ)，又有很強的實踐創(chuàng)新能力，能培養(yǎng)高素質(zhì)學(xué)生的高素質(zhì)實驗技術(shù)隊伍。

4.建設(shè)校內(nèi)實習(xí)基地?；亟虒W(xué)是深化課程實踐教學(xué)的重要手段，也是教學(xué)過程中的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前，許多學(xué)校、單位已不愿意接受學(xué)生實習(xí)，學(xué)生動手實踐的機會很少。加之校外實習(xí)的費用支出不斷增長，有限的實習(xí)經(jīng)費已不足以滿足要求。因此，建設(shè)相對穩(wěn)定的校內(nèi)實習(xí)基地勢在必行。

綜上，大學(xué)物理設(shè)計性實驗是在創(chuàng)新理論指導(dǎo)下的一種科技創(chuàng)新，而培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是高等教育實驗教學(xué)改革的一個重點。要做好設(shè)計性實驗，必須做到：（1）要有興趣和信心，通過實驗鍛煉來塑造自己的創(chuàng)新品格；（2）要盡可能多地收集相關(guān)資料信息，結(jié)合創(chuàng)新思維、方法、技巧，設(shè)計構(gòu)思出最佳的方案；（3）重視實驗報告或科技小論文的撰寫，使學(xué)生通過設(shè)計性實驗的全過程，獲得某種程度的成就感，從而對物理實驗產(chǎn)生濃厚的興趣，激發(fā)其創(chuàng)新潛能。

參考文獻(xiàn)

[1]張淑玲·淺析高校實驗室管理中存在的問題及對策[J]，實驗技術(shù)與管理，2006，（6）