物理设计性实验教学的探索与研究

刘芬芬 张 勇

摘 要:该文介绍了物理设计性实验的特点,论述了开展实验的背景和必要性。通过教学实践,讨论了实验课程的目的及实施方法。总结了教学过程中存在的几个问题及解决方案。

关键词:物理设计性实验 实验教学 创新意识 创新能力 科研能力

大学物理实验是一门实践科学,物理实验的思想、方法、技术和装置常常是自然科学研究和工程技术发展的增长点。物理实验在科学发展过程中有着举足轻重的地位,其完善的基本概念、基本理论、基本方法、基本手段和精密的测试技术,已经成为其他自然科学研究的基础。大学物理实验课是高等工科院校独立开设的必修实践课程,物理设计性实验是大学物理实验课程中的重要内容之一,介于基本教学实验与科学研究之间,是大学物理实验的继续和深入,是学生独立提出实验题目并进行设计制作过程的实验课程。以培养学生创新思维、创新能力、严谨的实验作风、科学的思维方法和综合分析解决问题的能力为目的。

一、物理设计性实验课的特点

本课程是在开设大学物理实验课程之后,开设的选修课,通过前期大学物理实验课程的学习和训练,学生已经掌握了实验理论、基本实验、综合性实验、仿真实验的内容,具备了较扎实的实验基础、知识及能力。实验课题,一般由实验室提出,涉及力、热、电磁学、光学等学科,具有综合应用性、设计性和实践性。物理设计性实验内容主要涉及改造型和制作型实验,内容是学生自己选择和设计的,贴近生活实际,涉及实验设备、生活用具的改造和设计制作以及实验装备的配套测试仪器设计等领域。学生根据实验中心的实验条件,结合各自的专业特点,提出感兴趣、有价值、可行性强的设计项目,在规定的时间内完成研究、设计、实验、总结等过程。

二、物理设计性实验课的教学实践

1.物理设计性实验课的实施方法

物理设计性实验的教学模式主要是实行导师制,以学生为主体,教师为主导。1个实验项目1个导师,学生在实验室条件允许下,自选实验,独立地完成实验,2～3人一组,实行分工合作的方式进行实验,每位学生分工明确。本课程有利于培养学生独立工作能力和团队合作精神,全面调动学生学习的积极性和主动性。学生独立自主地完成设计、制作和组装,并合理测试仪器性能参数,分析实验结果,找到问题原因并逐步完善;实验结果以论文形式完成。

2.物理设计性实验课的流程

物理设计性实验有以下几个基本程序:课题选择、实验方案的提出、实验方案的论证、实验方案的修改、实验操作、数据处理、论文撰写、论文答辩。物理设计性实验流程,如图1所示。

课题的选择是整个课程的关键,课题选择是否合适直接影响到实验是否能够达到预期的实验教学目标和要求。选题的原则应在课程标准的基础上,适当高于所学知识,结合科研要求,体现物理设计性实验的创造性和研究性。

选题后,教师要指导学生广泛查阅相关的资料,如实验方面的图书、报刊资料以及网络教学资料等,掌握前沿知识。学生根据实验的目的和要求,在选定设计题目后,进行实验知识准备,收集资料,根据物理学原理及相关实验基础知识,建立合理的实验模型。通过分析比较,选择出一种实验上可行,能够保证测量精度的最佳实验方案。提出初步实验方案后,要对实验方案进行论证,考察所提出的方案是否可以实现,能否达到实验要求,实验测量装置是否合理,是否可以达到所要求的精度等。在论证过程中发现问题,要修改实验方案。方案通过课题组集体论证、审批后,学生前往实验中心进行具体实验操作,如果在实验操作过程中发现新问题,要重新修改实验方案,如调整实验条件、改换仪器或改变测量方法等。再重新进行实验操作测量,记录实验数据,进行数据处理。

实验结束后,对实验结果进行分析讨论,写出实验论文,提高学生的科技论文撰写能力。论文撰写完成后进行论文答辩,让学生讲解自己的设计思想,实验过程中遇到的问题和解决方法,以及实验成果。整个课程的思想主体是初步培养学生的创新意识、创新能力、工程实践能力及初步的科研能力和科学论文撰写能力,为学生将来的学习、工作打下坚实的基础。

三、物理设计性实验课的问题及解决方法

我校开设物理设计性实验课已近3年,经过3年的实践与探索,本校取得显著的成果,发表了一定数量高水平的论文,得到了全院师生的好评。但是还存在一些问题,其中最明显的问题有以下3个方面:

1.开设时间太短

设计性实验课程为20学时,一般安排5～6周的时间,在一个多月的时间内,学生要进行选题、收集资料、设计方案、实验操作、论文撰写、论文答辩,学生普遍感到时间仓促,导致不能对实验进行深入研究和改进提高。我们正在探索延长物理设计性实验的时间至一个学期,使学生有充分的时间进行设计和思考,从而达到提高教学质量的目的。

2.导师引导不及时

物理物理设计性实验开始之初,强调发挥学生的创造性,充分尊重学生的兴趣和特长,鼓励学生个性张扬,全面调动学生学习的积极性和主动性,对培养学生形成自我约束、自我激励、敢于竞争、勇于创新的优良学风起到了积极作用。但是,忽略了老师的引导作用,从而导致部分能力不强的学生感觉吃力,甚至实验失败,所以教师应该因材施教,对能力稍差的学生多鼓励和指导,帮助他们选题甚至设计实验方案,实验过程中多辅导,对能力较好的学生鼓励他们多方面地思考问题,选出最佳设计方案,提高实验质量。

3.学生成绩的评定不规范

实验成绩的考核是否合理,直接关系到学生的积极性,继而关系到整个实验的成败。所以实验成绩考核应根据实验知识准备,实验方案论证,实验操作,论文撰写,论文答辩等环节综合评价,成绩按优、良、合格、和不合格几个等级进行评定,激发学生的学习热情,充分调动学生的积极主动性。

四、结束语

本课程强调学生独立自主地完成实验设计、实验操作、结果分析,培养学生的独立思考的能力,工程实践能力,对实验结果的科学分析能力。培养学生开拓创新能力。培养学生严谨认真的工作作风和勇于探索的创新精神。物理设计性实验教学是开展素质教育、创新教育的重要实践环节,对于学生的创新意识、创新能力和科学素质的培养具有十分重要的意义。

参考文献

[1]常潞玲.浅谈实验教学与能力培养[J].教育与管理,2004(3):94-95

[2]李旭玫.变革实验教学方式,培养大学生综合创新能力[J].高教探索,2004(1):82-83

[3]刘鸣,毕玉玲,赵美蓉,等.实行开放实验教学模式,培养学生创新探索精神[J].实验技术与管理,2005,22(4):91-94

[4]阳太林.以学生创新能力的培养为中心,改革高校实验教学[J].实验技术与管理,2005,22(10):34-38

[5]陈忻华.综合性、设计性实验的开设[J].中国科技信息,2005(10):123

[6]姚列明,陈彦,霍中生.现代物理实验教学基地建设的探索与实践[J].实验技术与管理,2004,21(1):12-15

[7]陈艾华,李岚,傅戈雁,等.实验教学与创新教育并行培养模式的探索[J].实验室研究与探索,2004,23(3):4-6