張 栗

[摘要] 結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的若干具體問題,從教學(xué)方法的改革、實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)、數(shù)據(jù)處理方法的創(chuàng)新等方面討論了如何提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣,并提出了一些建議。

[關(guān)鍵詞] 教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)據(jù)處理方法

Abstract: Concerning with a number of specific problems in the physics experimental teaching, how to improve the students' interest to the physics experiment by the teaching methods innovation, the experiment apparatus improvement, and data processing innovation is discussed , and some proposals are offered.

Key words: Teaching methods, Experiment instrument, data processing

1 引言

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的科學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意義不僅在于培養(yǎng)學(xué)生從事物理實(shí)驗(yàn)所必須具備的基本知識(shí)和基本技能,更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、獨(dú)立分析和解決問題的能力以及探索精神。然而,部分學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)存在不重視心理。甚至有的學(xué)生問“現(xiàn)在做的物理實(shí)驗(yàn),我將來工作用不上呀”? 這很大程度上與教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)裝置等缺乏吸引力有關(guān)。為了達(dá)到較好的教學(xué)效果,提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣,改革勢(shì)在必行。

2 教學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要講授的內(nèi)容很多,如實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、儀器、原理、步驟、數(shù)據(jù)記錄和處理、注意事項(xiàng)等。如在課堂上面面俱到,耗時(shí)過多。學(xué)生很難始終如一地集中精神,從眾多內(nèi)容中搞清重點(diǎn)。使教師和學(xué)生都很疲憊。

針對(duì)上面的情況,要對(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容加以精煉?？蓪①M(fèi)解的原理、陌生的儀器等讓學(xué)生望而生畏,一翻開書就喪失讀下去的信心的內(nèi)容,利用校園網(wǎng)以動(dòng)畫或視頻形式展示實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)過程,幫助學(xué)生預(yù)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)。在網(wǎng)上統(tǒng)計(jì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的點(diǎn)擊率來檢查學(xué)習(xí)情況。如果總體點(diǎn)擊率很低的話,可督促學(xué)生寫自學(xué)報(bào)告。網(wǎng)上也要反饋出學(xué)生的意見,根據(jù)意見對(duì)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)內(nèi)容做出調(diào)整 [1][2]。課前通過提問方式考查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況。

在課堂引入時(shí)簡(jiǎn)略介紹實(shí)驗(yàn)背景知識(shí)以調(diào)動(dòng)學(xué)生好奇與好勝的心理。有時(shí)教師在黑板上解析作圖,存在費(fèi)時(shí)、不準(zhǔn)確和不能變換參數(shù)等問題。對(duì)學(xué)生而言,也只能根據(jù)公式抽象地分析物理規(guī)律。應(yīng)采用軟件與板書結(jié)合的方法。引入軟件后,可通過數(shù)學(xué)模型的建立與參數(shù)改變,直接觀測(cè)到圖形的變化,加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與掌握。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中用Matlab軟件 [3] [4] [5] [6]、Visual C軟件 [7][8]、VB軟件 [9]、ANSYS軟件[10]和EWB軟件等輔助課堂教學(xué),使教學(xué)內(nèi)容更加形象直觀。同時(shí),要放手讓學(xué)生去做儀器調(diào)節(jié),故障的分析與排除等要以學(xué)生為主,教師著重講解實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)、容易出現(xiàn)的問題、儀器調(diào)節(jié)要領(lǐng)和電路連接原則等,并適時(shí)加以啟發(fā)和點(diǎn)撥[11]。

要優(yōu)化課程的設(shè)置,使理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)同步,使兩者互為補(bǔ)充。另外,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)貼近實(shí)踐、貼近青年求異思維特點(diǎn)。因此,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)多聯(lián)系生活,尤其是學(xué)生未來工作中可能遇到的問題。

3 實(shí)驗(yàn)裝置

對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置應(yīng)在利于操作、直觀等原則的前提下進(jìn)行改進(jìn),并使學(xué)生參與進(jìn)來。由于不同專業(yè)的學(xué)生均有自身的特長(zhǎng),部分學(xué)生往往會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)有所想法。教師可將學(xué)生的想法收集匯總,并虛心與之探討。如果學(xué)生的想法切實(shí)可行,可將實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn),并給學(xué)生創(chuàng)新學(xué)分。這會(huì)使學(xué)生感到自己的想法得到認(rèn)可,進(jìn)一步提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。

在資金允許的條件下,增加一些現(xiàn)代化更前沿的設(shè)備。使學(xué)生有機(jī)會(huì)了解自然科學(xué)前沿領(lǐng)域的知識(shí)和高新技術(shù)設(shè)備。

建立模擬實(shí)驗(yàn)室。通過圖文并茂、動(dòng)靜結(jié)合、節(jié)奏有序的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并以聲音、圖像等幫助學(xué)生進(jìn)行多感官的學(xué)習(xí),這無疑會(huì)增加學(xué)生的興趣,調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)的積極性。對(duì)物理現(xiàn)象和物理規(guī)律的理解更加透徹,有效地提高了教學(xué)效果[12][13]。模擬實(shí)驗(yàn)不能代替真實(shí)實(shí)驗(yàn),影響教師和學(xué)生的互動(dòng)、交流[13]。但可發(fā)揮它的信息量大,理解直觀,內(nèi)容全面,學(xué)生接受快,避免儀器損壞[13]等教學(xué)輔助作用。譬如:在電子仿真軟件Multisim7的工作平臺(tái)上創(chuàng)建 “LRC電路的暫態(tài)過程”仿真電路,可將電磁學(xué)許多實(shí)驗(yàn)仿真得惟妙惟肖,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)和理解枯燥深?yuàn)W的電磁理論大有好處[14]。

4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理是物理實(shí)驗(yàn)中不可缺少的一個(gè)重要環(huán)節(jié),是完成物理實(shí)驗(yàn)的一個(gè)極為重要的內(nèi)容。而往往由于計(jì)算量大,成為學(xué)生頭痛的問題。教師可按誤差理論要求對(duì)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程做為范例。

譬如:利用Visual Basic編程,對(duì)拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏模量的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[15]。將Origin用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的非線性擬合[16]或“雙液系氣—液平衡相圖”實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 [17]。用Excel或 Matlab 軟件可簡(jiǎn)潔方便地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合[3][18][19]。在對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,可將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入EXCEL或MATLAB軟件中生成圖線,并利用其添加漸近線功能,求出漸近函數(shù),并由其導(dǎo)數(shù)求出導(dǎo)熱系數(shù)。

鼓勵(lì)學(xué)生積極開動(dòng)腦筋,利用其掌握的軟件對(duì)數(shù)據(jù)處理過程進(jìn)行編程。模擬計(jì)算的引入要求教師既要有豐富的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn),還要有很強(qiáng)的軟件的使用能力。

5 對(duì)提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)興趣的思考

利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段對(duì)教學(xué)方法進(jìn)行改革,可使學(xué)生對(duì)物理知識(shí)有更直觀的了解。使學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)過程中,可加深學(xué)生對(duì)物理概念和規(guī)律的理解。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入計(jì)算機(jī)工具,利用專業(yè)軟件或程序語言進(jìn)行模擬計(jì)算,并將物理問題可視化是一個(gè)必然的趨勢(shì)。但模擬實(shí)驗(yàn)畢竟只是電腦模仿,不能真正鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力。如大量地用在課堂教學(xué)中,必然失去實(shí)驗(yàn)課的意義,并造成課堂資源的浪費(fèi)。為提高學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣,教學(xué)的各方面需改進(jìn)的內(nèi)容很多,不僅是教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)據(jù)處理方法三個(gè)方面。僅對(duì)以上三方面內(nèi)容討論,以供同行商榷。

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