大學物理實驗誤差理論課教學探索與改革研究

熊智慧

(成都師范學院，成都 611745)

在理工科院校中，大學物理實驗課是大學生的必修專業(yè)課程，是為了培養(yǎng)大學生的實驗基本技能和獨立思考能力的課程[1]。通過對大學物理實驗教學課程的學習，學生能夠在其他實踐科目中更好地利用科學探索的方法去實踐，從而提高學生的動手實踐能力。在大學物理實驗課中，對以“不確定度”為內容的誤差理論進行學習，是大學實驗課順利進行的基礎。然而，許多大學對誤差理論的教學并不到位，由于師資、教學方式、設備等原因，學生的誤差理論學習效果不佳?；诖?，有必要對大學物理實驗誤差理論課教學進行思考和探究，找出提高大學生誤差理論學習的方法，切實打好物理實驗課程學習的基礎。

1 高校誤差理論課教學現狀和不足

在對大學生展開大學物理實驗教學之前，都會開設誤差理論基礎學習的課程，但是在理論課程安排上還是存在著一些不足，影響著學生對誤差理論基本概念的理解。學生對誤差理論的基本概念理解不深刻，在實驗過程中就會對數據處理的不確定度計算方法難以理解，導致實驗效果不好。高校教師對誤差理論教學主要采取灌輸式方法，將誤差理論的基本概念和計算方法講授給學生，而學生在實驗項目操作過程中遇到問題，卻沒有良好的思維去探究和處理。教師應改變誤差理論教學和實踐教學方式，以學生為主體，分四個階段展開教學。

2 應用四階段誤差理論教學法的注意事項

第一，對單個數據進行多次測量。對數據的觀測次數越多，數據的平均值與被觀測量的真值就越相近，得出的測量結果也會更準確[2]。但是觀測的次數越多，付出的時間成本和經濟成本就越高，許多高校還不足以支持學生進行不限次數的觀測，學生在經過多次測量后，也會對測量工作產生厭倦和懈怠的心理。在這種情況下，教師應保證學生的觀測次數不少于6次，以便得出相對準確的觀測值。

第二，在數據測量的同時，應意識到同一個數據的多次測量是具有相互獨立性的，這是評定不確定度中需要特別注意的。相互獨立性是指每一個數據的測量都相互獨立，互不影響[3]。

第三，規(guī)范使用儀器。在進行測量時，要了解測量儀器的正確使用方法，規(guī)范使用測量儀器，這是提高測量數據精確度的有效方法。

3 四階段誤差理論教學法的具體內容

第一階段：引入誤差理論時選擇創(chuàng)造貼近生活的情境。不確定度理論是一個專業(yè)術語，要是學生過分糾結于難懂的高數知識和高數公式推導，將導致學生長期處于聽不懂、難理解的狀態(tài)。對于高數知識基礎薄弱的大學生，要將不確定度的理論知識融入日常生活中，讓學生在實際生活中體會不確定度的意義。將不確定度展現在實際生活中，學生就能形象地了解不確定度是由于測量誤差的存在而導致被測量量不能確定的程度，明白不確定度的評定范圍是被測量量真值的范圍。創(chuàng)設的情境可以是讓學生用身邊的測量工具，如三角板進行測量，測量身邊的物體，如書本的厚度。這樣的情境設置簡單易操作，能讓學生形象地感受到不確定度的含義，學生的測量積極性也會有所提高。

通過課堂上簡單的測量，能夠發(fā)現學生的測量問題。例如：有的學生只是將本次測量看作是簡單的數據收集，對測量誤差本身的含義沒有理解，導致測量了多次都是在同一位置，造成最終數據的不確定度為零的假象；有的學生沒有把握測量的次數，測量了兩三次就開始計算不確定度，導致計算結果不準確。教師應向學生講解測量的注意事項和不確定度的含義，讓學生真正學懂知識，這樣在實驗操作中才更有邏輯性。設置情境讓學生練習，可以及時發(fā)現學生的問題，理論教學和實驗教學才能達到應有的效果。

第二階段：規(guī)范操作要求，全程指導。大學物理基于高中物理，但又和高中物理不同，很多學生并不了解實驗報告的規(guī)范書寫，所以教師應詳細指導學生進行規(guī)范的實驗報告書寫。書寫實驗報告時，可以給出實驗報告的書寫模版，指導學生填寫測量和計算的數據，降低學生書寫實驗報告的難度，規(guī)范學生的書寫格式。

要注意對學生實驗操作的全程指導，及時糾正學生的錯誤操作。在檢查學生實驗報告時，要對學生測量的數據和計算數據誤差進行詳細分析，對學生出現的小錯誤及時批注，督促學生對細節(jié)進行修改。

在這個過程中，雖然教師要全程指導，但并不是教師要全權控制學生的操作，實驗的各項指標測量和計算都要由學生去完成[4]。在這樣經過多次反復的詳細訓練和指導后，學生的實驗操作能力和對數據的處理能力都會得到很大程度的提高。

第三階段：檢查糾錯，適時指導。在學生經過幾次反復訓練后，學生的實驗操作能力和數據處理能力都有了一定程度的提升，但是在教師的詳細指導下，學生容易產生依賴，失去獨立思考的能力和自覺學習的動力。在學生進行實驗操作前，應先讓學生預習，推導不確定度公式，確定好實驗數據的記錄和分析模版，教師再對學生的實驗預習模版進行檢查和指導，要求學生修改預習模版的錯誤。直到學生的預習模版中沒有問題，再進入實驗室操作。

操作過程中，教師只需要適時提醒學生注意操作規(guī)范，適時指點學生的錯誤。錯誤的原理和詳細情況要求學生自主思考。試驗后要求學生書寫實驗報告，對實驗數據和誤差進行詳細分析并指出錯誤，讓學生自己思考錯誤的原因并進行修改，促進學生理論知識和實踐操作相結合，使學生的實驗操作能力和數據處理能力得到飛躍式的提升[5]。

第四階段：宏觀指導，參與研討。經過前三個階段的學習，學生已經全面掌握物理中的誤差理論，實驗操作技能也得到了提升。此時，教師可以讓學生全程自行設計和操作，對學生的疑問進行適當提點。當學生結束整個實驗后，讓學生討論實驗報告，總結實驗結果，對學生的實驗結果進行檢驗。

4 結語

在大學物理的誤差理論教學中，教師以灌輸式講授進行教育，學生被動接受，導致學生的學習積極性不高，影響了學生對誤差理論的學習效率，動搖了大學物理的實驗基礎，教學方式亟需改進。利用“四階段”方法對學生進行物理誤差理論及物理實驗操作教學，能有效提升學生的學習積極性，提高學生的理論知識水平和實驗操作能力。在今后的大學物理誤差教學中，可以應用“四階段”教學方式，切實提高大學生的物理實驗操作水平。