设计性实验教学的实施与设想

杜晓燕,门高夫

(河北工程大学,河北邯郸 056038)

设计性实验教学的实施与设想

杜晓燕,门高夫

(河北工程大学,河北邯郸 056038)

开展设计性实验是大学物理实验教学改革中的一个重要方面。就设计性实验的教学内容、开课程序、实施效果和出现的问题四个方面进行了探讨,提出了对设计性实验的几点设想。

实验教学;设计性实验;教学改革

设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案,并加以实现的实验。在实验教学环节中有针对性地开展设计性实验,有利于培养学生的实践能力,激发学生的思维活动,提高学生探索新问题的兴趣、认识事物的综合能力以及研究问题的能力;是实现素质教育的良好途径,是深化实验教学改革提高实验教学质量,改革实验教学模式,适应人才培养需要的重要举措。

河北工程大学物理实验中心承担着全校理、工、农、医50多个专业的物理实验教学任务。为了更好地开展大学物理实验这门课程,促进实验教学改革,我中心于2007年开设了有关设计性实验的内容。经过几年的实践,该项工作取得了一定的成果。下面就谈一谈实验中心设计性实验教学的实施情况以及对设计性实验的几点设想。

1 设计性实验教学的实施情况

1.1 设计性实验的主要内容

1.1.1 基本设计性实验

①原理设计性实验:重力加速度的测定

要求学生从摆和落体两方面来研究重力加速度的测定,提出若干测试方案,并加以比较,指出它们的优缺点。要注意哪些量可测得精确?并设法减小或消除影响精确测量的各种因素。例如用摆测定重力加速度g时,要研究周期(T)和摆长(l)、摆角(θ)、摆球质量(m)之间的关系,及如何修正其影响。测量周期时n,确定摆动次数,并说明理由。用自由落体来测定g时,如何测得或消除初速度,如用光电计时法,应该怎样选择光电门的恰当位置?如用频闪照相法,又怎样处理?

②实际操作性实验:电位差计校准电表

本实验主要是培养学生设计实验方案和解决实际问题的能力,实验内容为两项,校准量限为3V的电压表和校准量限为3mA的电流表,要求学生设计校准电压表的控制电路和校准电流表的控制电路并按要求完成指定实验内容。

③制作性设计实验:电子温度计的设计与制作

要求学生分别设计用金属电阻、温差电偶测量温度的实验。具体要说明测量原理,推导计算公式;合理选择仪器,拟定实验步骤和数据表格(以上内容预习时完成);组装电子温度计;对以上两种温度计测量结果进行分析比较。

1.1.2 扩展设计性实验:

王维的一生经历了一次次的“失去”。他出生在贵族世家，家境殷实，生活美满。父亲教他诗文，母亲教他绘画和佛经，年幼的王维还继承了祖父的音乐基因，据说他第一次拿起乐器就可以弹奏，和莫扎特一样，都是极有音乐天赋的“神童”。

①分光计测量液体折射率:要求学生用极限折射法设计实验方案。在这个实验中,同学们可以体会到只要非常熟悉实验仪器,便可“自由嫁接”实验器材和方法,自己动手改进实验。

②光源的时间相干性研究:在前面的基础实验中同学们已经学过了迈克耳逊干涉仪的调整,并使用迈克耳逊干涉仪测量了光波波长,我们将前面的实验扩展为用迈克耳逊干涉仪测不同光源的相干长度,这样学生可以在熟悉的仪器上得心应手的展开相关研究。

1.1.3 自主扩展设计性实验:

万用电表的制作与定标:要求自己设计电路测试微安表内阻;组装一个简易欧姆表;自己确定欧姆表的表盘刻度尺,并能用较准确的电阻箱进行校准。此实验主要是培养学生动手能力和思维能力,学生在操作过程中要进行一系列的思考才能保证实验成功。

1.2 开课的具体程序

①选题:教师根据实验室情况和学生具体情况拟定了6个不同层次的题目供学生选择,学生可在设计性实验开设前两周从6个题目中任选两个。

②资料的查阅和方案的设计:学生选题后,由教师指导学生查阅资料的方法,并发给学生一些与实验有关的关键性资料,供学生预习准备。由于学生缺少实践经验,他们设计的实验方案一般都有“初拟”和“修正”的过程,所以学生完成一个设计性实验,需6学时,分两次完成。第一次实验时先由教师讲授,然后学生拿自己设计的实验方案在教师的组织下进行大组讨论。在讨论过程中,教师有意识地引导学生,将学生在初步设计中已经考虑到的和尚未考虑到但在实验中可能出现的各类现象、各类问题加以讨论,要求学生针对实验的各环节阐述自己的设计思想,其他同学可以提问或相互补充。在第一次实验和第二次实验之间,学生可以利用课余时间充分酝酿。第二次实验时,学生即可全面展开实验。

④撰写实验报告:经过几周的实验,学生收获都很大,为了巩固这一成果,我们要求学生参照正规期刊上发表的论文,把设计性实验的实验报告写成一篇小论文,即论文的构成首先应包括题目、论文完成人及单位、摘要和关键词,接着是正文部分,正文部分包括引言、理论分析、实验系统、实验数据处理以及结论,最后是参考文献。详细的数据处理过程,可以附在论文的后面。

⑤考核方式:根据学生的论文完成情况,包括实验设计、实验质量、数据处理等方面评分,满分为10分。

1.3 设计性实验教学效果

自从2007年我们中心开设设计性实验以来,受到了学生们的一致好评。有的学生反映:以前他们上实验课没有积极性,老师怎么说就怎么做,自己不用动脑筋,觉得没有参与感,激发不出创造力。现在他们认为这种设计性实验课增加了他们的学习积极性,增强了学习自信心,认为自己的付出得到了承认,有种成就感。还有的学生说,自从上了设计性实验课,他们班的学习气氛变的浓起来了,实验室、图书馆、自习室到处留下同学们主动寻找资料和讨论问题的身影,给同学们的个性发展提供了很大的空间,而且也使同学们形成了一个团结协作的团体。

1.4 设计性实验教学中出现的问题

①设计性实验的题目虽然是按层次列出的,但题目还是由教师指定,而且内容也受教学进度及实验室条件限制,所以对新技术、新器件的应用较少,与工程实际距离比较大。

②由于实验题目和实验设备的有限性,往往是多人搞同一个题目,学生的设计难免雷同与抄袭,不利于发挥学生的独创性。

③设计性物理实验的教学给实验教师提出了更高的挑战。指导教师必须具有宽广的知识面、丰富的理论知识、良好的实践经验和创新精神。例如:挖掘有价值的选题、把握好各种实验方案,能及时的解决学生在实验中所遇到的各种问题、论文撰写指导水平等。这无疑更需要教师加强学习,提高自身的理论知识水平和实验操作技能。

2 设计性实验的几点设想

2.1 设计性实验分层次

为了激发学生的学习积极性和发挥学生的独立创造性,可以将设计性实验按照由易到难、学生自愿的原则,根据仪器设备、师资、各类型、各专业对物理实验的要求以及学生自身个性发展分为多个层次。每个层次不限定实验题目,只根据实验教师、实验教室、实验仪器的种类及数量为学生提供可选择的条件,学生可以在这个范围内根据自己的兴趣和实际情况选择适合自己的实验题目。

2.2 网上选课

为了配合设计性实验分层次教学,我们应该建立大学物理实验网络信息系统,进行网络选课和辅导等,这样学生就可以在指定的时间通过网络选课系统志愿进行各个层次仪器及项目的选择。

2.3 设计性实验与教师科研项目相结合

现在的设计性实验内容比较陈旧和死板,大部分内容选材于教科书,而且还要受实验条件和经费的限制。要在设计性实验中融入现代科技发展的内容,更增加学生对实验的兴趣,拉近与工程实际的距离,就要将设计性实验与教师的科研项目相结合,从而使设计性实验教学得到不断的改进和提高。

2.4 建立创新实验室

为了让学生有自由进行实验活动的条件,可建立几个创新实验室。在创新实验室里,放置各种类型的即将报废的仪器,如信号发生器、示波器、万用表、显微镜、分光计、计算机等。学生可在实验室里进行自己喜爱的实验活动。创新实验室鼓励同学进行仪器的拆卸和组装,拆坏无过,对能进行仪器复原和创新的同学给予一定奖励,学生可以不必担心损坏仪器的赔偿,可大胆的拆、装、创。通过这些实验可以鼓励他们的创新精神,为今后进一步深造打下良好的基础。

3 结束语

经过几年来设计性实验的实施,证明设计性实验可以培养学生的科学探究能力,锻炼学生的创新意识与创新能力,希望在今后的实践中不断完善,不断提高,继续深化教学改革,为培养更多具有创造精神与创造能力综合素质好的高级复合型人才作出贡献。

[1]马世红.设计性、研究性物理实验的实践情况[J].物理实验,2004,24(11).

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

[3]郑立,关于大学物理实验若干问题的设想[J].黄山学院学报,2007,9(5).

[4]梁宝社,等.大学物理实验[M].成都:电子科技大学出版社,2009:286-304.

The Practice and Thought of Design Physics Experiments Teaching

DU Xiao-yan

(Hebei University of Engineering,Handan 056038)

Establishing Designed Experiment is an important respect in the college physics experiment teaching reform.A discussion has been made in this paper on the teaching content,starting procedure,implementation effect and problems for designed experiment.A few ideas have been proposed for design of the experiment.

experiment teaching;designing experiment;teaching reform

G642

A

1007-2934(2010)06-0111-03

2010-05-29