李斌 王增旭 陳偉 李永濤

摘要：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是工科大學(xué)生的一門(mén)基礎(chǔ)必修課程，在海外留學(xué)生中開(kāi)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)新的課題。本文探索和建立了一套留學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的慕課教學(xué)模式，為將來(lái)的留學(xué)生教育提供思路和參考。

關(guān)鍵詞：留學(xué)生；物理實(shí)驗(yàn)；慕課

隨著我國(guó)高等教育國(guó)際化程度的提高，每年都有大量的海外留學(xué)生來(lái)到中國(guó)交流和學(xué)習(xí)，近年來(lái)，本校海外學(xué)院與美國(guó)紐約理工學(xué)院開(kāi)展了聯(lián)合培養(yǎng)本科生的合作辦學(xué)。海外學(xué)院的專(zhuān)業(yè)設(shè)置與國(guó)際需求同步，課程開(kāi)設(shè)兼顧合作雙方的特色與優(yōu)勢(shì)，學(xué)院建設(shè)、運(yùn)行模式國(guó)際化，以培養(yǎng)國(guó)際型人才為目標(biāo)，打造基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高、具有創(chuàng)新精神、國(guó)際視野的高層次人才。自2015年起，學(xué)校面對(duì)海外留學(xué)生開(kāi)展了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是工科大學(xué)生的一門(mén)基礎(chǔ)必修課程，教學(xué)對(duì)象包括低年級(jí)普通全日制本科生。這門(mén)課程不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察分析和動(dòng)手操作能力，也有助于培養(yǎng)他們鉆研精神和科學(xué)素養(yǎng)。和面向國(guó)內(nèi)學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同，我們?cè)诤Ｍ饬魧W(xué)生教學(xué)方面還缺乏經(jīng)驗(yàn)，由于語(yǔ)言文化、知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)能力各方面的差異，使得留學(xué)生教學(xué)面臨著重重困難。因此，探索和建立起一套留學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式，為將來(lái)的留學(xué)生教育提供思路和參考，是我們亟須解決的難題。近來(lái)我們嘗試使用慕課（MOOC）手段來(lái)輔助教學(xué)，使用分層次教學(xué)法，將在線教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來(lái)，采用混合式教學(xué)手段來(lái)幫助留學(xué)生能夠更快更好地進(jìn)入到學(xué)習(xí)狀態(tài)，順利地完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)。

緒論課是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的第一堂課，上好緒論課可以幫助學(xué)生對(duì)課程有個(gè)初步的了解，對(duì)課程的要求和學(xué)習(xí)目標(biāo)有具體的認(rèn)識(shí)。緒論課一般包括以下幾個(gè)部分：1. 課程介紹；2. 誤差理論；3. 不確定度；4. 數(shù)據(jù)處理方法；5. 測(cè)量?jī)x器的使用。我們針對(duì)留學(xué)生的特點(diǎn)，對(duì)課程內(nèi)容做了以下梳理和完善：

1. 課程介紹

（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求：預(yù)習(xí)內(nèi)容包括：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)儀器，實(shí)驗(yàn)原理，列出記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)記錄表格，要畫(huà)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)的最后一頁(yè)。沒(méi)有寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告者，老師有權(quán)停止其實(shí)驗(yàn)，或?qū)嶒?yàn)成績(jī)降一檔，鼓勵(lì)留學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)習(xí)。（2）實(shí)驗(yàn)操作要求：遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)定，了解實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法和注意事項(xiàng)，正式測(cè)量之前應(yīng)進(jìn)行儀器的調(diào)整，使用儀器測(cè)量時(shí)必須按操作規(guī)程進(jìn)行，仔細(xì)觀察和認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，原始數(shù)據(jù)記錄在原始數(shù)據(jù)記錄表格中，要求：①要實(shí)事求是地記錄客觀現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，②不要用鉛筆記錄，不要記錄在草稿紙上，③不可拼湊數(shù)據(jù)，不可隨心所欲地修改數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)做完原始數(shù)據(jù)交給老師簽字，整理好儀器后方可離開(kāi)。（3）提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括以下幾個(gè)部分：①實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)，②實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，③?shí)驗(yàn)儀器，④實(shí)驗(yàn)原理，⑤實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟，⑥實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理，⑦討論和分析，⑧原始數(shù)據(jù)記錄表。

2. 誤差理論

（1）物理量的測(cè)量：測(cè)量分為直接測(cè)量和間接測(cè)量，測(cè)量結(jié)果包括兩個(gè)部分，測(cè)量數(shù)值和單位，二者缺一不可。誤差就是測(cè)量值與真值之差，即ΔX=X-a。真值是物理量在一定條件下客觀真正大小，通常用a來(lái)表示，修正了系統(tǒng)誤差后無(wú)數(shù)次測(cè)量值的平均值等于真值。（2）誤差的分類(lèi)：誤差可以分成三類(lèi)，按照特征和表現(xiàn)，分別為系統(tǒng)誤差，隨機(jī)誤差，和粗大誤差，系統(tǒng)誤差具有確定性，隨機(jī)誤差具有隨機(jī)性，而粗大誤差需要剔除。對(duì)任何測(cè)量而言，測(cè)量誤差是不可避免的。系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因可能為，測(cè)量?jī)x器本身的缺陷，實(shí)驗(yàn)理論和方法的不完善，環(huán)境影響，或沒(méi)有在規(guī)定條件下使用儀器，實(shí)驗(yàn)人員讀數(shù)時(shí)的習(xí)慣偏差等。而隨機(jī)誤差服從統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，可對(duì)隨機(jī)誤差的大小和測(cè)量結(jié)果的可靠性作出合理的評(píng)價(jià)，我們一般應(yīng)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來(lái)表征。（3）測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式：測(cè)量結(jié)果應(yīng)包括測(cè)量平均值，不確定度和單位。不確定度取一到兩位有效數(shù)字，首個(gè)非零數(shù)字大于等于5，取一位，小于5的，取兩位，尾數(shù)只進(jìn)不舍，而測(cè)量平均值的最后一位，應(yīng)和不確定度末尾對(duì)齊。測(cè)量結(jié)果尾數(shù)的修約規(guī)則是四舍六入五湊偶。尾數(shù)小于五的，舍去，大于五的，進(jìn)一，等于五的，把尾數(shù)湊成偶數(shù)。

3. 不確定度

（1）不確定度的歷史：1981年10月第十七屆國(guó)際計(jì)量委員會(huì)大會(huì)通過(guò)決議，建議采用“不確定度”作為測(cè)量結(jié)果正確程度的評(píng)價(jià)。不確定度表示測(cè)量值可能變動(dòng)（不能確定）的范圍，也是與測(cè)量結(jié)果相關(guān)的一個(gè)參數(shù)，用于合理表示賦予被測(cè)量值的分散性。由于測(cè)量誤差的存在而對(duì)被測(cè)量值的不能肯定的程度。（2）不確定度包含兩方面：①多次重復(fù)測(cè)量中統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算的a類(lèi)不確定度，②用其他非統(tǒng)計(jì)方法估算的b類(lèi)不確定度，比如儀器誤差?？偟牟淮_定度，需要a類(lèi)和b類(lèi)不確定度合成。a類(lèi)不確定度的計(jì)算公式，為貝塞爾函數(shù)s和t/n的乘積。t為分布因子，n為測(cè)量次數(shù)。b類(lèi)不確定度通常是儀器本身的儀器誤差，儀器誤差是指正確使用的情況下，儀器的最大誤差。

4. 數(shù)據(jù)處理方法

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)需要掌握的數(shù)據(jù)處理方法包括列表法，作圖法，逐差法。

（1）列表法的注意事項(xiàng)如下：①表格設(shè)計(jì)要合理，要簡(jiǎn)單明了，要能完整地記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，物理量的排列應(yīng)與測(cè)量順序一致；②標(biāo)題欄中應(yīng)注明所列物理量的名稱(chēng)符號(hào)和單位，數(shù)據(jù)，不要重復(fù)書(shū)寫(xiě)單位；③表中的數(shù)據(jù)要正確，反映測(cè)量的有效數(shù)字；④要提供和表格相關(guān)的參數(shù)和說(shuō)明，比如表格名稱(chēng)，測(cè)量?jī)x器規(guī)格環(huán)境條件等等；⑤表格中所列的主要是原始數(shù)據(jù)，中間重要的計(jì)算結(jié)果也可列進(jìn)去。（2）作圖法，就是通過(guò)圖線將物理量之間的關(guān)系直觀的表示出來(lái)的方法，做好一張正確實(shí)用美觀的圖，是實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練中的一項(xiàng)基本功，實(shí)驗(yàn)作圖不是示意圖，而是用圖來(lái)表達(dá)實(shí)驗(yàn)中得到的物理量之間的關(guān)系，要反映測(cè)量的準(zhǔn)確程度，必須滿足一定的作圖規(guī)則。作圖的基本規(guī)則，包括以下幾點(diǎn)：①要有完整的，有數(shù)據(jù)的表格。②選用合適的坐標(biāo)紙，作圖的時(shí)候必須使用坐標(biāo)紙，在我們物理實(shí)驗(yàn)中通常選用的是直角坐標(biāo)紙。③確定坐標(biāo)軸，我們通常以橫軸表示自變量，縱軸表示因變量，在軸的端部要標(biāo)明其所代表的物理量的名稱(chēng)符號(hào)以及單位。④合理確定坐標(biāo)分度，要保證圖像的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)，讀數(shù)的有效數(shù)字不損失，還要能容易讀出圖上實(shí)驗(yàn)點(diǎn)坐標(biāo)。⑤標(biāo)出實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，我們要用削尖的鉛筆，用加號(hào)，乘號(hào)，圈點(diǎn)等符號(hào)代表實(shí)驗(yàn)點(diǎn)。⑥連接實(shí)驗(yàn)曲線，我們用直尺或曲線板等工具進(jìn)行連線，圖線應(yīng)保證光滑，在連線的時(shí)候，盡可能通過(guò)較多的點(diǎn)，不在線上的各點(diǎn)要均勻地分布在緊靠圖線的兩側(cè)。⑦圖注和說(shuō)明，要求在圖紙的明顯位置寫(xiě)出圖名和實(shí)驗(yàn)條件。（3）逐差法是我們物理實(shí)驗(yàn)中常用的數(shù)據(jù)處理方法之一，常用于處理自變量等間距變化的數(shù)據(jù)。它是把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列成表格，進(jìn)行逐次相減，或分成高低兩組，對(duì)應(yīng)項(xiàng)相減，前者可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)變化的規(guī)律，后者可以充分地利用數(shù)據(jù)減少測(cè)量誤差。

5. 測(cè)量?jī)x器的使用

（1）鋼卷尺/鋼直尺的用法：一般分度值為1mm，標(biāo)度單位為cm，讀數(shù)時(shí)可以準(zhǔn)確讀到mm位，mm位以下的十分之一mm位是估讀位。（2）游標(biāo)卡尺的用法：游標(biāo)卡尺是由毫米分度值的主尺和一段能滑動(dòng)的游標(biāo)副尺構(gòu)成。游標(biāo)卡尺能夠把mm位下一位的讀數(shù)較準(zhǔn)確地讀出來(lái)，因而是比鋼尺更準(zhǔn)確的測(cè)量?jī)x器。游標(biāo)卡尺可以用來(lái)測(cè)量長(zhǎng)度、孔深及圓筒的內(nèi)徑、外徑等幾何量。游標(biāo)卡尺在讀數(shù)的過(guò)程中，首先看游標(biāo)尺零刻度線的位置，然后我們來(lái)觀察一下卡尺的分度值，最后看游標(biāo)尺上第幾條線和主尺的刻度線重合。（3）螺旋測(cè)微器的用法：讀數(shù)的時(shí)候應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：①在固定刻度上讀出整毫米數(shù)；②在可動(dòng)刻度上讀格數(shù)，并進(jìn)行估讀，再乘以0.01；③待測(cè)長(zhǎng)度為兩者之和。在測(cè)量的過(guò)程中，測(cè)微螺桿快接近被測(cè)物體時(shí)，應(yīng)停止使用旋鈕而改用微調(diào)旋鈕，在讀數(shù)的時(shí)候要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線，即使固定刻度的零點(diǎn)正好與可動(dòng)刻度的某一刻度線對(duì)齊，千分位上也應(yīng)讀為零。（4）角游標(biāo)尺的讀法：角游標(biāo)尺的最小分度值是一分，所以在讀數(shù)的時(shí)候先讀主刻度，然后再讀游標(biāo)尺上的刻度。

以上就是留學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)緒論課的主要內(nèi)容，也是慕課的腳本和基本大綱。

總之，我們采用慕課來(lái)輔助課堂教學(xué)，使用分層次教學(xué)法，在留學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)、智力因素和非智力因素存在明顯差異的情況下，有針對(duì)性地實(shí)施分層教學(xué)，從而達(dá)到不同層次教學(xué)目標(biāo)，幫助留學(xué)生更好地進(jìn)入到學(xué)習(xí)狀態(tài)，完成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)目標(biāo)。將來(lái)，我們將進(jìn)一步建設(shè)和完善大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)秸n，將不同的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容都以慕課的形式呈現(xiàn)出來(lái)，為以后的留學(xué)生教學(xué)工作積累經(jīng)驗(yàn)，提高留學(xué)生課程教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李斌，李永濤，陳偉，董成林，葛智勇，毛巍威.留學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)實(shí)踐與總結(jié)[J].考試周刊，2015，（81）：128-129.

[2]孟凡順，李久會(huì)，閆鵬，袁泉.提高留學(xué)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)質(zhì)量的探索[J].遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2015，（2）：138-140.

[3]郝丹.國(guó)內(nèi)MOOC研究現(xiàn)狀的文獻(xiàn)分析[J].中國(guó)遠(yuǎn)程教育，2013，（11）：42-50.

[4]陳肖庚，王頂明.MOOC的發(fā)展歷程與主要特征分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（11）：5-10.

作者簡(jiǎn)介：

李斌，王增旭，陳偉，李永濤，江蘇省南京市，南京郵電大學(xué)理學(xué)院。