非物理专业综合性物理实验教学的研究

摘要：本文非物理专业大学物理实验教学的实际情况，阐述了在非物理专业大学物理实验中怎么设计综合性物理实验这一举措。对综合设计性物理实验的教学内容、性质、教学方法等作了简单介绍，并结合新疆大学物理学院的非物理专业综合设计性实验课程的开设情况，对非物理专业综合设计性物理实验教学进行了积极的思考与探索。

关键词：综合设计性实验;实验教学;食盐密度;不确定度

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）45-0234-02

物理学是以实验为基础的自然科学之一。物理学中取得的任何基础研究或开创性研究成果都必须经过实验的检验，物理实验是激发学生科学兴趣不可替代的重要途径。没有物理实验就没有现代物理学的进展，也没有近代科学的发展。在物理学的各个发展过程中，实验对物理定律的建立和物理假设的采纳提供了动力。在大学物理教学过程中，物理实验也占有重要的地位，一方面为使学生巩固所学理论知识和加深对物理现象和规律的理解，另一方面又可培养动手解决实际问题技能及提高观察和分析能力，成为培养科技创造性的重要训练[1，2，3]。

为提高学生在非物理专业物理实验中的动手能力和创新思维，在物理实验中引入综合性设计性实验内容，是以培养学生的创新思维和综合能力为目的。改变学生传统的实验教学模式，有效地弥补了传统实验这一不足，即注重于单纯的验证实验结果或验证教材中阐述的理论。综合性设计性实验能够帮助和提高学生学会理论联系实践的综合素质、综合分析、独立工作、自学与查阅资料能力及数据处理能力等。本文根据新疆大学在非物理专业大学物理实验教学中开展的相关综合性设计性实验为例，对综合性设计性的选择、实验方案、实验步骤等作了简单论述。

一、新疆大學非物理专业物理实验教学的现状

以往的实验教学模式比较单一，步骤程序化，以验证性和测量性为主，兴趣性和创新思维性较低，限制了学生的科学思维能力、创新意识和综合应用能力，独立思考能力受到了不同程度的影响，难以激发学生独立思考的兴趣和激情，不利于多向思维和个性的发展，制约了学生各方面能力的提高，对学生今后的自主学习、创新研究以及工作和生活带来被动的影响[2-3]。因此，为了改变教学中存在的这种实验模式，近年来，我院对数学、电气、建筑、地勘、化学与化工、资环、生物工程、信息技术等大非理科专业性的物理实验课程进行了调整。引进了一批内容新颖、生动有趣、技术先进的教学仪器，一方面配合理论课教学，内容丰富，能有效地提高课堂教学质量，另一方面，其以演示实验为载体，实现了学生充分参与实践、探索式学习的教学模式，极大地激发了学生学习的积极性，为了给学生创造开发思维、独立探索和创新的实验条件，尽可能的减少测量性、验证性实验项目，而适当增加一些提高学生主动性和灵活性的、能跟上现代科学发展步伐的设计性、研究性、综合性实验内容[2]。大学物理实验是面向全校物理和非物理专业本科一﹑二年级学生开设的基础实验课程，课程面向低年级学生，其教学目标是传授大学物理实验的基本实验方法和基本实验技能，培养学生良好的实验习惯和科学的思维方法[8]。一般非物理专业学生用两学期时间完成大学物理实验课，第一学期开力学、热学实验，第二学期开电磁学和光学实验。每个学期约开设十二个实验题目。并且还安排一定比例（20%左右）的设计性实验。近两年内，给非物理专业学生开设24个实验中，有20个实验是常规实验，6个事综合性实验（任选4个），形成了相对稳定实验条件，学生对一些实验比较满意，能够主动地去做，感到学到一些新东西。

二、综合性设计性物理实验的含义

综合性设计实验是指在学生具有一定基础知识和基本操作技能的基础上，运用综合知识，在指定实验仪器的情况下，由学生根据目的要求去独立查阅资料、独立制订实验方案，并加以实现的实验。这是一种崭新的教学模式，对学生的科学思维方法、创新意识和综合应用能力的培养，以及提高学生的科学素养发挥了积极作用[4]。通过综合性实验，学生能够学会和掌握物理测量方法和技术以及计算机在物理实验中的应用，通过实验训练能够初步了解从事教学科研基本方法，为今后的学习、研究奠定良好的基础。

三、综合设计性物理实验的网络平台建设

综合性设计性物理实验教学条件的改善、信息化网络平台的多样化有利于提高综合性、设计性物理实验的教学效果。目前物理知识过于陈旧，理论知识、物理实验与实际生活联系不能够密切，理论和实验的严重脱轨等现象导致了物理实验课不被忽略，很多学校对物理实验的重视不客观，不同学校使用的实验教材和实验设备不同，没有统一的教学计划和相关配套教学软件，学生没有对实验观察、思考和归纳的足够时间，而教师的教学手段更是机械古板，跟不上现代物理学发展的脚步。完全被动状态下完成实验，给学生留下的印象是一种机械操作而已。这种过时的教学模式落后于现代科学技术的基本要求。因此，对这种教学模式进行创新和改革已迫在眉睫。利用现代网络教学可以在很大程度上弥补这些缺陷，并使实验教学更具互动性、启发性，为实验教学带来崭新的思路。符合我国现代教育体系综合要求的综合性设计性物理实验网络平台的建立，为学生物理知识的传授与基本物理实验技能的培养方面发挥积极的作用。这种平台上学生有两种方式选课，一种是网上选课，一种是专业选课。第一种选课方式中，负责实验的实验员把实验目的、实验仪器介绍、实验现场视频、动画、图片和图表等教学资源传导网络教学平台上，提供学生前期实验预习、查询、模拟实验等。采用这种网络教学平台，可以提高学生的学习效率和学习兴趣。第二种选课方式中，负责实验的实验员根据不同的专业，开设不同的综合性设计性实验课，这种符合学生专业特性的网络实验教学平台，对学生自主学习，学生和教师的双向交流提供了广阔的信息交流空间。

四、综合设计性物理实验

上述一样综合性设计性物理实验是提高学生自主能力和动手能力方面桥梁作用的一种实验训练。它要求学生某一个物理现象自己观察分析后，通过经验性的学习，建立适当的实验计划，且对实验项目进行实验、观察和记录实验数据结果。如非物理专业大学物理实验教学中的食盐密度的测量是一种较为简单设计性实验，其测量方法如下：实验要求：设计一种方法测出一定量食盐的体积，从而测定食盐的密度。实验提示：通过基础性实验过程中已学过的基本知识，先了解不规则物体和易溶于水的颗粒状物质密度测量法，然后用量筒测液体的体积，用电子天平测食盐质量，最后根据密度定义公式求待测食盐的密度。实验步骤：

1.在烧杯中倒入适量纯净水，逐渐加入食盐直到不再溶解，即得饱和食盐水。

2.将步骤1中的饱和食盐水倒入量筒中，读数为V1。

3.用电子天平秤少量食盐，记为m。

4.将步骤3秤取的食盐倒入步骤2的量筒中，读数为V2。

原始数据记录：

V的平均值：

食盐密度值：

ρ的不确定度：

因为，Δ儀=0.5（mL）

所以，

计算不确定度：

实验结果表示：

通过本实验，使学生能够巩固所学知识，在实验计能力、动手能力上得到充分的锻炼与提高。大学物理实验课教学涉及面广，环节多，其中的综合设计性实验内容是比较复杂的问题，如何在实验教学过程中初步培养学生的科研设计能力，还有许多问题需要我们探讨实践。随着教育体制改革的不断深人，综合设计性实验在实验教学中的比重逐年增加，打破了原来单纯教师规定实验项目、内容，学生按部就班来验证实验的传统实验模式，为学生提供了更多的机会和环境。

参考文献：

[1]刘雪梅，高亚妮.综合性设计性物理实验教学平台的研究[J].中国科教创新导刊，2010，32（11）.

[2]阿不都热苏力.综合性物理实验教学的研究[J].喀什师范学院学报，2010，31（6）.

[3]韩志达.网络教学在大学物理实验教学中的应用[J].中国电力教育，2009，（146）.

[4]艾尔肯·阿不列木.新疆高校民族类本科生基础物理和大学物理教学现状分析[J].新疆师范大学学报（自然科学版），2010，29（4）.