杜曉燕,門高夫

(河北工程大學(xué),河北邯鄲 056038)

設(shè)計性實驗教學(xué)的實施與設(shè)想

杜曉燕,門高夫

(河北工程大學(xué),河北邯鄲 056038)

開展設(shè)計性實驗是大學(xué)物理實驗教學(xué)改革中的一個重要方面。就設(shè)計性實驗的教學(xué)內(nèi)容、開課程序、實施效果和出現(xiàn)的問題四個方面進(jìn)行了探討,提出了對設(shè)計性實驗的幾點設(shè)想。

實驗教學(xué);設(shè)計性實驗;教學(xué)改革

設(shè)計性實驗是指給定實驗?zāi)康摹⒁蠛蛯嶒灄l件,由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案,并加以實現(xiàn)的實驗。在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中有針對性地開展設(shè)計性實驗,有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力,激發(fā)學(xué)生的思維活動,提高學(xué)生探索新問題的興趣、認(rèn)識事物的綜合能力以及研究問題的能力;是實現(xiàn)素質(zhì)教育的良好途徑,是深化實驗教學(xué)改革提高實驗教學(xué)質(zhì)量,改革實驗教學(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)物理實驗中心承擔(dān)著全校理、工、農(nóng)、醫(yī)50多個專業(yè)的物理實驗教學(xué)任務(wù)。為了更好地開展大學(xué)物理實驗這門課程,促進(jìn)實驗教學(xué)改革,我中心于2007年開設(shè)了有關(guān)設(shè)計性實驗的內(nèi)容。經(jīng)過幾年的實踐,該項工作取得了一定的成果。下面就談一談實驗中心設(shè)計性實驗教學(xué)的實施情況以及對設(shè)計性實驗的幾點設(shè)想。

1 設(shè)計性實驗教學(xué)的實施情況

1.1 設(shè)計性實驗的主要內(nèi)容

1.1.1 基本設(shè)計性實驗

①原理設(shè)計性實驗:重力加速度的測定

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

②實際操作性實驗:電位差計校準(zhǔn)電表

本實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案和解決實際問題的能力,實驗內(nèi)容為兩項,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驗內(nèi)容。

③制作性設(shè)計實驗:電子溫度計的設(shè)計與制作

要求學(xué)生分別設(shè)計用金屬電阻、溫差電偶測量溫度的實驗。具體要說明測量原理,推導(dǎo)計算公式;合理選擇儀器,擬定實驗步驟和數(shù)據(jù)表格(以上內(nèi)容預(yù)習(xí)時完成);組裝電子溫度計;對以上兩種溫度計測量結(jié)果進(jìn)行分析比較。

1.1.2 擴(kuò)展設(shè)計性實驗:

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，生活美滿。父親教他詩文，母親教他繪畫和佛經(jīng)，年幼的王維還繼承了祖父的音樂基因，據(jù)說他第一次拿起樂器就可以彈奏，和莫扎特一樣，都是極有音樂天賦的“神童”。

①分光計測量液體折射率:要求學(xué)生用極限折射法設(shè)計實驗方案。在這個實驗中,同學(xué)們可以體會到只要非常熟悉實驗儀器,便可“自由嫁接”實驗器材和方法,自己動手改進(jìn)實驗。

②光源的時間相干性研究:在前面的基礎(chǔ)實驗中同學(xué)們已經(jīng)學(xué)過了邁克耳遜干涉儀的調(diào)整,并使用邁克耳遜干涉儀測量了光波波長,我們將前面的實驗擴(kuò)展為用邁克耳遜干涉儀測不同光源的相干長度,這樣學(xué)生可以在熟悉的儀器上得心應(yīng)手的展開相關(guān)研究。

1.1.3 自主擴(kuò)展設(shè)計性實驗:

萬用電表的制作與定標(biāo):要求自己設(shè)計電路測試微安表內(nèi)阻;組裝一個簡易歐姆表;自己確定歐姆表的表盤刻度尺,并能用較準(zhǔn)確的電阻箱進(jìn)行校準(zhǔn)。此實驗主要是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和思維能力,學(xué)生在操作過程中要進(jìn)行一系列的思考才能保證實驗成功。

1.2 開課的具體程序

①選題:教師根據(jù)實驗室情況和學(xué)生具體情況擬定了6個不同層次的題目供學(xué)生選擇,學(xué)生可在設(shè)計性實驗開設(shè)前兩周從6個題目中任選兩個。

②資料的查閱和方案的設(shè)計: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)生一些與實驗有關(guān)的關(guān)鍵性資料,供學(xué)生預(yù)習(xí)準(zhǔn)備。由于學(xué)生缺少實踐經(jīng)驗,他們設(shè)計的實驗方案一般都有“初擬”和“修正”的過程,所以學(xué)生完成一個設(shè)計性實驗,需6學(xué)時,分兩次完成。第一次實驗時先由教師講授,然后學(xué)生拿自己設(shè)計的實驗方案在教師的組織下進(jìn)行大組討論。在討論過程中,教師有意識地引導(dǎo)學(xué)生,將學(xué)生在初步設(shè)計中已經(jīng)考慮到的和尚未考慮到但在實驗中可能出現(xiàn)的各類現(xiàn)象、各類問題加以討論,要求學(xué)生針對實驗的各環(huán)節(jié)闡述自己的設(shè)計思想,其他同學(xué)可以提問或相互補(bǔ)充。在第一次實驗和第二次實驗之間,學(xué)生可以利用課余時間充分醞釀。第二次實驗時,學(xué)生即可全面展開實驗。

④撰寫實驗報告:經(jīng)過幾周的實驗,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)計性實驗的實驗報告寫成一篇小論文,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、實驗系統(tǒng)、實驗數(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,包括實驗設(shè)計、實驗質(zhì)量、數(shù)據(jù)處理等方面評分,滿分為10分。

1.3 設(shè)計性實驗教學(xué)效果

自從2007年我們中心開設(shè)設(shè)計性實驗以來,受到了學(xué)生們的一致好評。有的學(xué)生反映:以前他們上實驗課沒有積極性,老師怎么說就怎么做,自己不用動腦筋,覺得沒有參與感,激發(fā)不出創(chuàng)造力?，F(xiàn)在他們認(rèn)為這種設(shè)計性實驗課增加了他們的學(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,自從上了設(shè)計性實驗課,他們班的學(xué)習(xí)氣氛變的濃起來了,實驗室、圖書館、自習(xí)室到處留下同學(xué)們主動尋找資料和討論問題的身影,給同學(xué)們的個性發(fā)展提供了很大的空間,而且也使同學(xué)們形成了一個團(tuán)結(jié)協(xié)作的團(tuán)體。

1.4 設(shè)計性實驗教學(xué)中出現(xiàn)的問題

①設(shè)計性實驗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)度及實驗室條件限制,所以對新技術(shù)、新器件的應(yīng)用較少,與工程實際距離比較大。

②由于實驗題目和實驗設(shè)備的有限性,往往是多人搞同一個題目,學(xué)生的設(shè)計難免雷同與抄襲,不利于發(fā)揮學(xué)生的獨創(chuàng)性。

③設(shè)計性物理實驗的教學(xué)給實驗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面、豐富的理論知識、良好的實踐經(jīng)驗和創(chuàng)新精神。例如:挖掘有價值的選題、把握好各種實驗方案,能及時的解決學(xué)生在實驗中所遇到的各種問題、論文撰寫指導(dǎo)水平等。這無疑更需要教師加強(qiáng)學(xué)習(xí),提高自身的理論知識水平和實驗操作技能。

2 設(shè)計性實驗的幾點設(shè)想

2.1 設(shè)計性實驗分層次

為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和發(fā)揮學(xué)生的獨立創(chuàng)造性,可以將設(shè)計性實驗按照由易到難、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)對物理實驗的要求以及學(xué)生自身個性發(fā)展分為多個層次。每個層次不限定實驗題目,只根據(jù)實驗教師、實驗教室、實驗儀器的種類及數(shù)量為學(xué)生提供可選擇的條件,學(xué)生可以在這個范圍內(nèi)根據(jù)自己的興趣和實際情況選擇適合自己的實驗題目。

2.2 網(wǎng)上選課

為了配合設(shè)計性實驗分層次教學(xué),我們應(yīng)該建立大學(xué)物理實驗網(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間通過網(wǎng)絡(luò)選課系統(tǒng)志愿進(jìn)行各個層次儀器及項目的選擇。

2.3 設(shè)計性實驗與教師科研項目相結(jié)合

現(xiàn)在的設(shè)計性實驗內(nèi)容比較陳舊和死板,大部分內(nèi)容選材于教科書,而且還要受實驗條件和經(jīng)費的限制。要在設(shè)計性實驗中融入現(xiàn)代科技發(fā)展的內(nèi)容,更增加學(xué)生對實驗的興趣,拉近與工程實際的距離,就要將設(shè)計性實驗與教師的科研項目相結(jié)合,從而使設(shè)計性實驗教學(xué)得到不斷的改進(jìn)和提高。

2.4 建立創(chuàng)新實驗室

為了讓學(xué)生有自由進(jìn)行實驗活動的條件,可建立幾個創(chuàng)新實驗室。在創(chuàng)新實驗室里,放置各種類型的即將報廢的儀器,如信號發(fā)生器、示波器、萬用表、顯微鏡、分光計、計算機(jī)等。學(xué)生可在實驗室里進(jìn)行自己喜愛的實驗活動。創(chuàng)新實驗室鼓勵同學(xué)進(jìn)行儀器的拆卸和組裝,拆壞無過,對能進(jìn)行儀器復(fù)原和創(chuàng)新的同學(xué)給予一定獎勵,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)。通過這些實驗可以鼓勵他們的創(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

經(jīng)過幾年來設(shè)計性實驗的實施,證明設(shè)計性實驗可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力,鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識與創(chuàng)新能力,希望在今后的實踐中不斷完善,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)好的高級復(fù)合型人才作出貢獻(xiàn)。

[1]馬世紅.設(shè)計性、研究性物理實驗的實踐情況[J].物理實驗,2004,24(11).

[2]陳忻華.綜合性、設(shè)計性實驗的開設(shè)[J].中國科技信息,2005(10).

[3]鄭立,關(guān)于大學(xué)物理實驗若干問題的設(shè)想[J].黃山學(xué)院學(xué)報,2007,9(5).

[4]梁寶社,等.大學(xué)物理實驗[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