摘? 要：物理實(shí)驗(yàn)作為高等學(xué)校的一門基礎(chǔ)課，對培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)化的實(shí)驗(yàn)技能有著重要的作用，本文以兩個(gè)物理實(shí)驗(yàn)為例，從不同角度提出了做對比實(shí)驗(yàn)的途徑及意義，總結(jié)了對比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)? 對比實(shí)驗(yàn)? 測量結(jié)果

隨著普通高校招生范圍不斷擴(kuò)大，學(xué)生層次參差不齊，教學(xué)難度也在增大，我們在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中深有體會，感覺學(xué)生普遍存在學(xué)習(xí)興趣低、學(xué)習(xí)能力低、學(xué)習(xí)效果差等問題，且這些現(xiàn)象日益嚴(yán)重。物理實(shí)驗(yàn)作為高等院校普遍開設(shè)的一門理工類基礎(chǔ)課，承擔(dān)了大學(xué)初級階段的實(shí)踐訓(xùn)練任務(wù)，是進(jìn)入大學(xué)后受到系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端，在培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)和科學(xué)世界觀的過程中扮演入門向?qū)У慕巧?sup>[1]。我們?nèi)绻茉诖髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)上做一些特色化的改變，拓展一些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，理論聯(lián)系實(shí)際、動手動腦能力、分析和解決實(shí)際問題的能力有一定的幫助。實(shí)驗(yàn)的目的不僅僅是為了測量某個(gè)量的大小，得到一個(gè)結(jié)果，而是通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練讓學(xué)生嘗試體會實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)影響因素的感知度，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，這也是我們重要的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)過程中挖掘創(chuàng)新點(diǎn)，同時(shí)兼顧增加實(shí)驗(yàn)趣味性，那么做對比實(shí)驗(yàn)是較好的選擇。教師在設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，有目的的安排設(shè)計(jì)一些對比性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在做實(shí)驗(yàn)過程中能夠讓學(xué)生體會到不同實(shí)驗(yàn)條件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，教學(xué)效果會有所不同。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路及對比法

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程應(yīng)該大致遵循如下步驟：1.根據(jù)教學(xué)要求，確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)后，先根據(jù)物理理論知識，考察待測量與哪些物理定義、定律、現(xiàn)象有聯(lián)系，然后推導(dǎo)測量的計(jì)算公式。2.選擇合適的實(shí)驗(yàn)方案，廣泛聯(lián)系，奇思妙想，盡量用原理簡單、操作方便、各量易測的方法。3.對實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行初步的誤差分析，盡可能使用測量精度高的實(shí)驗(yàn)方案。4.擬定合理的實(shí)驗(yàn)步驟，確定測量條件，包括測量順序，以及哪些量需要重復(fù)精確測量。5.做實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)，給出結(jié)果，分析誤差。

設(shè)計(jì)驗(yàn)證性教學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)該考慮使用的耗材廉價(jià)容易獲得等方面因素，并且盡量在實(shí)驗(yàn)過程中能夠直觀的觀察物理量的變化、展現(xiàn)物理現(xiàn)象，驗(yàn)證物理規(guī)律。

在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，雖然我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)非常好，測量精度也比較高，但學(xué)生可能是由于學(xué)習(xí)興趣不大，心不在焉等原因，不但感悟不到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，還總有很大一部分學(xué)生不注重細(xì)節(jié)，經(jīng)常會出現(xiàn)一些低級錯(cuò)誤，老師反復(fù)提醒強(qiáng)調(diào)效果也不明顯，此時(shí)不如順勢而為，就讓學(xué)生用“比較法”來試錯(cuò)，以達(dá)到對實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想及實(shí)驗(yàn)規(guī)范性操作的體會。

（二）對比法應(yīng)用實(shí)例

我們首先以“空氣比熱容比的測定”實(shí)驗(yàn)為例，比熱容比在工業(yè)設(shè)計(jì)中是一個(gè)比較重要的技術(shù)參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)以絕熱膨脹法，利用溫度傳感器、壓力傳感器測量狀態(tài)參量，只要測得、、就可求得空氣的絕熱指數(shù)，從而巧妙的規(guī)避了測量、T，使實(shí)驗(yàn)變得簡單易實(shí)現(xiàn)。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)中把握正常放氣時(shí)間是實(shí)驗(yàn)成敗的最關(guān)鍵因素之一。打開放氣閥，聽到“噗”的一聲結(jié)束，需要迅速關(guān)閉放氣閥。放氣時(shí)間長了、短了，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響都很大，學(xué)生經(jīng)常是很隨意，不嚴(yán)格把握放氣時(shí)間。如果我們建議學(xué)生做三種放氣情況，即正常關(guān)閉氣閥、提前關(guān)閉氣閥、推遲關(guān)閉氣閥，讓學(xué)生比較不同情況下測量結(jié)果有何不同，測量誤差的大小差距是怎樣的，從而理解測量條件對測量結(jié)果影響的重要性，可以達(dá)到事半功倍的效果。

誤差分析是任何實(shí)驗(yàn)中的重要任務(wù)，應(yīng)該重視，它可以使實(shí)驗(yàn)者對實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行思考和回顧。如果看到誤差大，會觸動學(xué)生尋找問題所在，分析可能對結(jié)果產(chǎn)生影響的各種因素，反思哪里可能做得不夠好，進(jìn)而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作手法，對學(xué)生提高動手能力和判斷能力起到促進(jìn)作用。

本實(shí)驗(yàn)中除了引導(dǎo)學(xué)生通過比較不同放氣狀態(tài)下得到的不同測量結(jié)果來分析誤差產(chǎn)生的原因以外，當(dāng)然還有其他影響因素，如：實(shí)驗(yàn)中絕熱過程不嚴(yán)格，放氣過程中難免會吸熱，使氣體溫度升高，向外膨脹放氣量增加，瓶內(nèi)剩余氣體摩爾數(shù)減少，壓強(qiáng)變低，使偏小，以及實(shí)驗(yàn)容器密封性差，輕微漏氣，使減小等^[3]。這里不過多的做這方面的探討。

再舉例另一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在“激光波長的測定”實(shí)驗(yàn)中，用楊氏雙縫干涉測激光波長的過程中，因?yàn)闇y量公式中做了的近似，必須很小，所以對白屏和縫架的距離要求是要“足夠長”。但實(shí)際情況是，學(xué)生經(jīng)常是隨意取值，若取值較小則不能滿足測量條件。如果讓學(xué)生做兩組不同距離的實(shí)驗(yàn)，通過簡單的相對誤差E的計(jì)算，比較結(jié)果，即可看出測量結(jié)果的好壞，見表二：

結(jié)語

諸如此類的方法還可以在很多實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用，例如“惠斯登電橋測電阻”，實(shí)驗(yàn)中對測量狀態(tài)下電橋的靈敏度是有要求的，不妨在不同靈敏度下測量幾組比較結(jié)果;“三線扭擺測轉(zhuǎn)動慣量”的實(shí)驗(yàn)中，對三線扭擺的轉(zhuǎn)動角度要求是3-5度，學(xué)生對小角度轉(zhuǎn)動沒有什么概念，往往是以任意角度轉(zhuǎn)動，且轉(zhuǎn)動角度很大，此時(shí)可以提出做一組轉(zhuǎn)角為5度左右的數(shù)據(jù)，再做一組轉(zhuǎn)角為10度左右的數(shù)據(jù)，兩組數(shù)據(jù)對結(jié)果的影響做對比，等等。教學(xué)過程中無論在哪個(gè)實(shí)驗(yàn)里學(xué)生容易出現(xiàn)有共性的錯(cuò)誤，且是對測量結(jié)果有較大影響的環(huán)節(jié)，我們就可以把那個(gè)內(nèi)容做對比實(shí)驗(yàn)，靈活布置比較內(nèi)容，以此來加強(qiáng)學(xué)生對測量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的關(guān)系的理解，進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的發(fā)展。

我們的物理實(shí)驗(yàn)課每次一個(gè)實(shí)驗(yàn)用時(shí)三學(xué)時(shí)，抓緊時(shí)間做這些內(nèi)容是能夠完成的。經(jīng)過三個(gè)學(xué)期做對比實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐，感覺教學(xué)效果明顯比以前好很多。學(xué)生普遍反映說，提高了實(shí)驗(yàn)興趣，避免了以前盲目不思考的壞習(xí)慣，對提升理論聯(lián)系實(shí)際，提升動手動腦能力起到了一定的作用。

我們希望通過對物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和形式的不斷研究探索，把課堂當(dāng)作實(shí)施素質(zhì)教育和培養(yǎng)學(xué)生科技素養(yǎng)的重要場所，通過點(diǎn)滴的努力，發(fā)揮對人才培養(yǎng)的積極作用，以達(dá)到高等學(xué)校輸出高素質(zhì)人才的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

鮑偉華（1969—），女，籍貫：內(nèi)蒙古呼和浩特市，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)理學(xué)院副教授，碩士，理論物理。