近代物理实验教改研究

2022-09-11

物理学是建立在实验基础上的一门科学。纵观物理学的发展, 绝大多数的物理概念和规律都是通过物理实验归纳总结得出, 并不断加以验证的。与课堂理论教学相比, 物理实验更具有无可比拟的优越性, 因为它有利于培养学生的动手能力和创新能力[1]。除此之外, 物理实验还有利于帮助学生形成对待科学的正确态度。

1 传统实验教学形式及其弊端

目前, 多数大学实验教学形式为:老师先讲实验目的、实验仪器、实验原理、实验内容、操作过程以及注意事项, 然后学生按老师讲的内容进行实验操作, 记录数据, 写出实验报告。在这样的一个过程中, 学生只是机械地将讲义上的步骤搬到了实验仪器上, 并没有或者说并不需要学生对知识有太多的理解, 实验的过程俨然成了模仿的过程, 从而使得实验变得枯燥。这样的实验难以达到我们最初目的:培养学生的动手能力和创新能力[2~3]。在现在的教学方式下, 学生似乎也“适应”了这种教学。做实验, 照讲义;有问题, 问老师, 这成了大家遵照的定律。其结果是学生对于这些实验知其然, 而不知其所以然。一门本非常有用且有趣的实践性课程变成了让学生觉得“枯燥无味”甚至于反感的课程[4]。就我昔日身边的学生而言, 每次实验纯粹是应付, 测完数据立即走人, 更有甚者, 数据也不测, 直接按理论值来编造。学生的实验报告也成了“书法课”, 每次实验课后, 学生要花很多时间去抄讲义上的实验目的、仪器、原理、步骤。正如学生们所说的, 他们就是搬运工, 只是盲目的搬运书本上已有的东西。在这样教学方式下, 我们造就了怎样的人才?我们当老师的也常常抱怨, 现在学生的素质越来越差, 连最基本的三极管放大电路的静态工作点也不会调。传统的教学形式的缺点就在这些地方渐渐暴露出来。

2 探索新型实验教学形式

不可否认, 传统实验能对培养学生的基本实验技能、基本实验方法、常用仪器的使用以及数据处理方法无疑是十分重要的。但这种基本上处于封闭状态的教学形式与当今飞速发展的前沿科学新理论、新技术已严重脱节。为了改变这种现状, 必须进行教学改革, 在实验课中, 要以学生为本, 开放设计性实验, 让学生应用所学的物理理论知识和以前所做过的物理实验中使用的仪器设备以及所学到的实验技能, 自行查阅参考资料, 自行设计实验方案, 自选与组装实验装备, 自拟实验操作程序来完成教师提供的实验或自己设计的实验。这样, 既可以提高学生的动手能力和创新能力, 又可以增强学生对实验的兴趣, 可谓是一举两得[5]。

近代物理实验课是为物理专业高年级学生开设的一门专业基础课, 它是物理实验教学中重要的一环。在物理实验中, 它是与科学前沿连接最紧密的一个实验。我们近代物理实验室也在寻求一种新型的实验教学形式——学生自主管理实验室全天候研究性教学。进行了“实战型研究能力培养”的教学方法, 使学生能从生产生活的实际中寻找和发现课题, 并把课题带进实验室进行研究。另外还让一部分学生直接参与到老师或研究生的科研项目中来, 提高学生的科研能力。

首先, 开设综合性实验, 从选题到查找资料, 再到实验都是由学生自己独立完成。在常规性实验中, 实验内容、实验步骤都需要按讲义进行。这虽然让学生的基础知识、基本技能得到了巩固, 但也限制了学生的创新能力的发展。而开设综合性实验则弥补了这一不足。通过综合性实验, 学生可以自己运用实验仪器, 选择实验内容, 制定实验步骤, 测量自己感兴趣的物理量。例如有的学生就利用所学过的相对论效应实验谱仪来测量各种一元硬币的吸收系数, 从而判定各种硬币的材料。这样的实验就充满了乐趣, 且与生活联系紧密, 也很有新意, 相信通过一系列类似与这样的实验, 学生的创新能力能得到一定的提高。

其次, 探究性实验开展于2 0 0 5年, 面向高年级学生。该实验最大的特点是本科生和研究生一起进行实验研究, 让本科生早些接触科学前沿领域的研究。除此之外, 还定期举行本科生和研究生间的交流活动, 为学生创造交流、锻炼的机会。探究性实验通过改造实验设备和更新改造传统实验方法, 进行了实验内容、方法和技术手段的创新, 使物理实验课程反映了当今科技进步和工程应用的内涵。

3 新型实验教学形式的效果

我们在对2005级学生关于自己喜欢的近代物理实验开课方式的民意调查中 (见表1) , 只有20.75%的同学喜欢第一学期的传统开课形式, 而有79.25%的同学喜欢第二学期的改革后的开课形式, 其中有49.06%的同学喜欢探究性实验, 只有10.38%的同学喜欢常规性实验。从这么一组调查数据中我们可以看出, 大部分的同学喜欢新的实验教学形式。

在这其中, 行知生 (三本生) 与本科生又有区别, 本科生只有6.0 6%的同学喜欢传统的教学形式, 而行知生却有45.00%, 这说明喜欢传统的还是改革后的教学形式还与同学的基础知识有关。据调查中得知, 喜欢前者的同学认为在传统性教学形式中, 对于学生的要求比较低, 实验步骤、原理都由老师讲授, 学起来也就相对而言比较轻松;而在改革后的教学形式下, 学生的自主性比较强, 对学生的创新能力、动手能力要求也比较高, 在“适应”传统实验教学形式下的学生, 很难改变以往的学习习惯, 对于改革后的教学形式, 感觉比较吃力。这从侧面也反应出, 我们改革传统教学形式的必要性与紧迫性。

通过这几年的探究, 我们的新型教学形式已取得了一定的成果。探究性实验大大增强了学生的科研创新能力, 在2006年浙江省第五届“挑战杯”大学生创业计划竞赛中满基奎等十位同学获得了一等奖, 其中五位同学荣获国家铜奖;2006年满基奎等八位同学的一个项目在省科技厅、省团委、省教育厅共同主办的2006年度新苗人才计划项目立项;2006年度陈艳等三位同学曾获本校“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖;2007年浙江省大学生第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛中叶晓等四位同学获得省二等奖, 2008年林学静等九位学生获得三项校第一期大学生研究性学习与创新性实验立项项目。可见, 在短短的几年里, 学生的创新与科研能力有了一定的提高。