浅谈大学教改中创新型的物理试验问题

刘传东

摘 要：在大学物理理教学中，设计性实验是在创新理论下的一项教学改革重点。本文从内涵和意义、实验的实施程序、实验的方法与原则等几个方面对大学物理教学改革中的设计性实验做了全面的阐述。从具体技术细节上，使设计性试验更具有规范的操作性，使得其能在大学物理教学中更好的推广和普及。

关键词：大学物理 教育改革 设计性 创新型 物理实验

一、要正确理解教育改革，大学物理设计性实验的内涵和开设意义

1.设计性实验的定义

设计性实验顾名思义就是让学生按自己设计的实验方案去做实验：大学物理设计性实验应有不同的形式和要求：从形式上区分包括原理性设计实验、操作性设计实验和制作性设计实验；从知识要求上分包括利用已掌握的知识和常用仪器所做的设计、开拓常用仪器的新用法所做的设计、在一定方向扩展知识后利用新科技所做的设计等等。

2大学物理设计性实验的特点

大学物理设计性实验与一般的物理实验不同，是在学生掌握了部分基础性实验、具备了一定的实验基础知识和实验能力之后进行的一种教学实践活动。设计性实验通常是在教师指导下，通过自行阅读实验材料，熟悉常用仪器的原理、结构及其使用方法来组织实验；对实验现象进行观察、判断，处理实验数据，给出误差分析，是学生进行科学实验全过程的一种综合训练。大学物理设计性实验的关键是实验设计和实验方案的选择。根据实验者研究的具体要求及对实验精度的要求，提出实验设计思想，确定实验方案，选择测量仪器种，类、量程、精度以及各仪器之间的相互配合与影响，自行安排实验步骤，得出符合要求的实验结论。由于设计性实验必须经过一定基础实验的训练后进行，因此应该重视前期基础实验的学习和训练。

3、开设设计性实验的意义

一个好的设计性实验，可以培养和检验学生应用理论知识、掌握实验原理、正确选择与操作仪器、确定测量条件等方面的能力；能给学生一个较宽阔的思考空间和选择余地，可以发挥他们各自的思维与想象力，使学生的创新意识和综合能力受到启发和锻炼；可以培养学生坚韧不拔的意志品质、实事求是的科学态度及相互帮助的协作精神。

二、要注意设计性实验的实施程序所具有的特点

大学物理设计性实验的程序是：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、实验报告撰写。

实验方案的提出是设计性实验最重要最关键的环节。实验者根据实验的目的和要求，查阅有关资料，收集各种可能的实验方案，根据物理学原理及相关实验基础知识，建立合理的物理实验模型，确定被测量量与可测量量之间的关系，推出有关测量公式。然后通过分析比较，选择出一种实验上可行、实验条件允许的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适，所选的仪器搭配是否合理，是否可以达到所要求的精度，应用误差传递公式检验所选择的实验条件是否有利于减小误差等等。在论证过程中”发现问题，要及时修改实验方案。然后按照改进的实验方案，进行实验操作。如果在实验操作过程中发现新问题，再重新修改实验方案，采取适宜的解决措施，如可以通过调整实验条件、更换实验仪器或改变测量方法等。然后再重新进行实验操作，记录实验数据，进行数据处理。实验结束后，要及时总结本次实验的经验教训，写出实验报告。实验报告除常规的要求以外，要注明参考文献和资料等，特别重要的是要有对实验结果的分析讨论。

三、要坚持设计性实验的实验方案中的几项选择原则

设计性实验的实验方案选择，是根据实验方法、测量方法、测量仪器和测量条件进行的。

1、实验方法的选择

根据教师所提出的实验目的和要求，查阅有关资料，搜集罗列出各种可能的实验方法，分析比较各种方法的适用条件、局限性和可能达到的实验精度。此外，还必须考虑各方案实施的可能性等，选出一种最佳实验方法。最佳实验方法并非指实验结果精度最高、使用仪器最精密，而是指根据对测量结果的精度要求，选择恰好符合要求且最经济的实验方法。

2、测量方法的选择

在实验方法确定后，对各种测量方法进行筛选，使各种测量结果误差最小。为此需要对误差来源及误差传递进行分析，还要对间接测量与直接测量之间的关系进行研究。因此在选择测量方法时，可以利用误差传递公式来比较各方法中不确定度是否符合要求，计算出哪一种方法误差最小，以此来确定测量方法。

3、测量仪器的选择

在选择测量仪器时，主要考虑仪器的分辨率、精确度、实用性、经济性等。选择仪器时，不能认为仪器的精确度越高越好。因为仪器精确度越高，工作状态、调节等就越复杂，越易出问题，并且价格昂贵，因此只要能够达到要求的测量精确度，所选择的仪器就是最合适的。此外，在选择仪器时，要进行适当搭配，使所有仪器基本配套，每个仪器产生的相对不确定度要基本相当，差别不要太悬殊。

四、要扎实做好设计性实验操作前的各项准备工作

与常规实验不同的是，设计性实验前的准备工作更为重要。实验指导教师必须通晓每一个实验，每一个实验都有各自的技巧和规律，实验指导教师必须通过训练和实践摸索掌握这些规律。估算各物理量的误差及其范围，要知道某些物理量会影响到实验结果的合理性。因此要把注意力集中在那些对最后结果的误差起主要作用的物理量。此外，实验指导教师要检查整套仪器设备的各个部分工作是否正常，如仪器的机械部分是否稳定，仪器的水平面是否水平，光学仪器的反射面和折射面的表面是否清洁、无灰尘，光学仪器系统应该确保准直，使镜面与光线方向垂直等。

五、同时还要加强实验室建设和改革试验室管理模式

1.首先要转变观念。充分认识到实验室是从事实践教学的基地，是培养高素质人才的主战场，从而提高对实验教学活动在人才培养中重要作用的认识，树立实验教学与理论教学并重，协调发展的理念；明确实验教学更主要的目标是培养学生的思维能力、发现能力、分析能力、动手能力和创新能力。

2.转变管理机制，提高资源利用率。建立一级管理机制，成立相应的管理机构，将实验教学与实验室建设统一集中管理，具体负责实验教学的统一组织与实施；发挥“一级管理”的高效性，强调按功能建立实验室，突破原来狭窄的学科、专业之间的壁垒，建立一级学科实验教学大平台；实验室仪器设备实行统一规划、投入和管理，变“归我所有”为“为我所用”。

3.加强实验室队伍建设。各高校应重视实验室人才资源的综合利用，鼓励试验人员进修提高；吸引高学历、高职称人员加入实验师资队伍，优化试验队伍整体水平，建立一支既有深厚的理论基础，又有很强的实践创新能力，能培养高素质学生的高素质实验技术队伍。

4.建设校内实习基地。基地教学是深化课程实践教学的重要手段，也是教学过程中的重要环节。当前，许多学校、单位已不愿意接受学生实习，学生动手实践的机会很少。加之校外实习的费用支出不断增长，有限的实习经费已不足以满足要求。因此，建设相对稳定的校内实习基地势在必行。

综上，大学物理设计性实验是在创新理论指导下的一种科技创新，而培养创新精神和创新能力是高等教育实验教学改革的一个重点。要做好设计性实验，必须做到：（1）要有兴趣和信心，通过实验锻炼来塑造自己的创新品格；（2）要尽可能多地收集相关资料信息，结合创新思维、方法、技巧，设计构思出最佳的方案；（3）重视实验报告或科技小论文的撰写，使学生通过设计性实验的全过程，获得某种程度的成就感，从而对物理实验产生浓厚的兴趣，激发其创新潜能。

参考文献

[1]张淑玲·浅析高校实验室管理中存在的问题及对策[J]，实验技术与管理，2006，（6）