范金娜

（中北大學(xué) 理學(xué)院，山西 太原 030051）

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗是檢驗物理理論正確與否的試金石．大學(xué)物理實驗是高等學(xué)校理工科專業(yè)學(xué)生接受基本科學(xué)訓(xùn)練的必修課程，是與大學(xué)物理理論課并列的課程，可為學(xué)生從事科學(xué)實驗等研究打下基礎(chǔ)．同時，大學(xué)物理實驗是一門被國家教委列為單獨設(shè)課的實踐類課程，也是國家教委指定驗收的基礎(chǔ)課中唯一的實驗課[1]．在大學(xué)物理實驗的教學(xué)中，將誤差理論與實驗數(shù)據(jù)處理等內(nèi)容放在緒論課講述，因應(yīng)用到高等數(shù)學(xué)知識并涉及較多的推導(dǎo)，學(xué)生普遍興趣不高，反映內(nèi)容比較抽象，不容易掌握，尤其是數(shù)據(jù)處理部分．作為學(xué)生接觸大學(xué)物理實驗的第一堂課，緒論課教學(xué)效果的優(yōu)劣不僅影響到學(xué)生對物理實驗的興趣，也直接關(guān)系到學(xué)生日后學(xué)習(xí)中實驗數(shù)據(jù)處理的好壞，故緒論課教學(xué)在物理實驗教學(xué)中起著極為重要的作用．通過4個學(xué)時的理論教學(xué)，要使學(xué)生掌握物理實驗課程的目標(biāo)、測量誤差和數(shù)據(jù)處理的方法以及實驗報告的撰寫等，可謂“時間短、任務(wù)重”．因此，怎樣在有限的時間內(nèi)將緒論課的內(nèi)容給學(xué)生講清楚，是物理實驗課教學(xué)中值得思考的問題．本文將BOPPPS模式的教學(xué)理念引入大學(xué)物理實驗緒論課的教學(xué)中，達(dá)到了激發(fā)學(xué)生興趣，提高整個大學(xué)物理實驗課程教學(xué)效果的目的．

1 BOPPPS教學(xué)模式

BOPPPS是以學(xué)生為中心、以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向的教學(xué)模式，起源于加拿大教師技能培訓(xùn)工作坊，通過對整個課程教學(xué)的過程進(jìn)行模塊化分解，使學(xué)生在教學(xué)過程中積極主動地參與到課堂中來[2]．

BOPPPS教學(xué)模式將傳統(tǒng)的課堂教學(xué)分解為6個模塊，即：導(dǎo)言B（Bridge-in）、學(xué)習(xí)目標(biāo)O（Objective）、前測 P（Pre-assessment or Pre-test）、參與式學(xué)習(xí) P（Participation learning）、后測 P（Post-assessment or Post-test）和總結(jié)S（Summary）[3]．通過將教學(xué)過程進(jìn)行模塊化分解，每一個模塊完成特定的教學(xué)任務(wù)．導(dǎo)言B把即將講授的課程內(nèi)容與學(xué)生的認(rèn)知內(nèi)容建立聯(lián)系并激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；學(xué)習(xí)目標(biāo)O明確在課程學(xué)習(xí)結(jié)束時應(yīng)掌握的知識與技能，是教師教學(xué)過程中應(yīng)重點關(guān)注的內(nèi)容；通過前測 P，可知曉學(xué)生對本節(jié)課程內(nèi)容所涉及知識的掌握程度，便于教師在課堂教學(xué)中對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行針對性地設(shè)計；參與式學(xué)習(xí)P則要求學(xué)生能夠積極主動地投入到課堂學(xué)習(xí)中，是整個BOPPPS的重要環(huán)節(jié)；后測P則能幫助教師定量檢測學(xué)生對學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況；總結(jié)S則能幫助學(xué)生對本階段所學(xué)知識進(jìn)行回顧和梳理，更好地提高學(xué)習(xí)效果．

2 BOPPPS模式在大學(xué)物理實驗緒論課中應(yīng)用

BOPPPS模式的教學(xué)理念已被廣泛地應(yīng)用于物理理論課的課堂教學(xué)中，但BOPPPS在大學(xué)物理實驗課（尤其是緒論課）中的應(yīng)用則鮮有報道．大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)改革也被大家廣泛研究[4-9]，在實驗課教學(xué)中，間接測量量的實驗數(shù)據(jù)處理作為數(shù)據(jù)處理中重要的部分，在緒論課的教學(xué)中是重中之重．本文以間接測量量的實驗數(shù)據(jù)處理實驗為例，把BOPPPS模式的六步教學(xué)法應(yīng)用到大學(xué)物理實驗緒論課中．

2.1 導(dǎo)言B

物理教學(xué)要求很強(qiáng)的前后邏輯性，利用這種邏輯能逐步地增強(qiáng)學(xué)生對知識前后連貫性的掌握．利用BOPPPS，在整個課程設(shè)計環(huán)節(jié)可充分體現(xiàn)這一特點．

利用多媒體展示測量儀器——游標(biāo)卡尺或螺旋測微器、電子天平，并提問學(xué)生圖中展示的儀器可用來測量哪些物理量，學(xué)生會很自信地回答：長度、質(zhì)量．通過這2個熟悉的儀器可增加學(xué)生對課程內(nèi)容的親切感、減少距離感，提高學(xué)生的興趣，進(jìn)而引出對于與長度、質(zhì)量相關(guān)的體積甚至密度等物理量．盡管不能對體積、密度等進(jìn)行直接測量，但其卻與可直接測量的物理量有函數(shù)關(guān)系．那么，對于這些測量量的實驗數(shù)據(jù)應(yīng)該如何進(jìn)行處理，通過這一系列的問題引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生的興趣，進(jìn)而引出本節(jié)課內(nèi)容——間接測量量的實驗數(shù)據(jù)處理．

2.2 學(xué)習(xí)目標(biāo)O

能夠計算間接測量實驗數(shù)據(jù)的不確定度及相對不確定度；能夠準(zhǔn)確寫出間接測量量的真值表達(dá)式．

2.3 前測P

直接測量量的實驗數(shù)據(jù)處理已經(jīng)在之前課程中講授且在本次課堂中要進(jìn)行應(yīng)用，故前測部分對直接測量量的實驗數(shù)據(jù)處理進(jìn)行簡單測驗，既是驗證學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度，也是對學(xué)生的基礎(chǔ)進(jìn)行評估．特別提醒學(xué)生直接測量x的總不確定度xσ與A類不確定度sx和B類不確定度ux的關(guān)系[10]

記憶方式可歸結(jié)為3個字——“方和根”．

2.4 參與式學(xué)習(xí)P

參與式學(xué)習(xí)可采用教師講解的同時，學(xué)生回答相關(guān)問題的方式．無論是直接還是間接測量的實驗數(shù)據(jù)處理，最終目的都是寫出真值表達(dá)式．本節(jié)內(nèi)容開始根據(jù)直接測量量的真值表達(dá)式，讓學(xué)生自行寫出間接測量量F的真值表達(dá)式，利用教學(xué)目標(biāo)導(dǎo)向使學(xué)生跟隨教師的思路一步步尋找每個部分的答案，增強(qiáng)學(xué)生求知的欲望．要達(dá)到本節(jié)課的最終目標(biāo)——間接測量量的真值表達(dá)式，首先寫出間接測量量F與直接測量量x1,x2的關(guān)系

其中：將x1,x2的平均值代入即可得．不確定度σF的計算則是本節(jié)的重點，利用高等數(shù)學(xué)中全微分的相關(guān)知識可得不確定度σF公式為

也是“方和根”形式．根據(jù)絕對誤差和相對誤差的關(guān)系引出相對不確定度，進(jìn)而得出相對不確定度公式為

2.5 后測P

后測部分通過例題形式開展，關(guān)鍵是讓學(xué)生參與進(jìn)來．如例題內(nèi)容為測量長方體小木塊的密度ρ，其中質(zhì)量m和長方體的長l、寬d、高h(yuǎn)的真值表達(dá)式已經(jīng)給出，并讓學(xué)生利用不確定度σF的公式和相對不確定度σF/F的公式分別計算．學(xué)生會發(fā)現(xiàn)首先計算相對不確定度會更為方便，從而引出當(dāng)間接測量量與直接測量量滿足乘除關(guān)系時應(yīng)該先計算相對不確定度，再計算總的不確定度的處理技巧；同時學(xué)生也通過自己推導(dǎo)得出密度ρ相對不確定度的表達(dá)式為

間接測量量的相對不確定度是各直接測量量相對不確定度的“方和根”，與前測中“方和根”的記憶方式相呼應(yīng)．

2.6 總結(jié)S

總結(jié)是對整節(jié)課堂內(nèi)容的概括，要簡短而有力．學(xué)生通過此部分，可以檢測最初設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)是否全部達(dá)成．完成后測部分的習(xí)題，則總結(jié)部分可相對輕松達(dá)成．

3 結(jié)語

BOPPPS六步法教學(xué)模式注重以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)、目標(biāo)為導(dǎo)向，一改以往“滿堂灌”的教學(xué)方式，讓學(xué)生參與到教學(xué)的全過程．通過在大學(xué)物理實驗緒論課中的應(yīng)用，極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，充分提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，為后續(xù)物理實驗報告的數(shù)據(jù)處理奠定了良好的基礎(chǔ)．