浅谈大学物理实验教学的特点

2022-09-12

大学物理实验是理工科各专业学生的必修基础课, 通过大学物理实验, 能加深学生对理论知识的理解和认识, 培养学生进行科学实验的基本技能, 提高学生运用知识分析问题、解决问题的能力, 还能培养学生严谨的科学态度[1], 实事求是的科学作风。正确认识大学物理实验课程的特点, 有助于我们有针对性的改进实验教学, 更好的发挥实验教学的作用。

1 多

(1) 教师讲的多且散。实验课程要求教师讲解的内容包括:实验涉及理论知识、实验原理、实验设计、实验仪器的结构、原理与操作、数据的处理方法等。要使学生掌握原理, 理解操作, 培养能力, 这些内容就缺一不可, 却又不能像理论课那样展开讲, 形成多而散的特点。

(2) 教师做的多且细。学生操作前, 教师要讲解实验原理等;实验过程中, 老师要时刻注意学生的操作, 及时纠正不当操作;实验操作完成后, 要进行实验数据的甄别、选择;课后要批改实验报告, 维护实验仪器。可见, 教师在实验教学中所做的工作很多, 并且都很细致。

(3) 学生学的多且宽。从知识层面而言, 学生可以巩固理论知识, 学习理论到实践的过程, 熟悉仪器的使用, 学习数据的处理方法;从能力层面而言, 可以锻炼学生的动手能力, 运用知识分析问题解决问题的能力。从情感方面, 可以培养学生实事求是, 刻苦钻研的作风, 认真严谨的科学态度。

2 难

(1) 时间紧。实验教学时间有限, 教师必须“还时间于学生”, 为学生留下充足的操作时间。而原理, 仪器结构及工作原理如果讲不清楚, 学生就不能很好的理解实验原理, 达不到巩固理论知识, 并运用到实践的目的。

(2) 与理论教学不同步。大学实验集中安排在大一下学期和大二上学期, 实验课程和学生的理论课程是独立的。部分实验涉及的原理, 学生并未学习过, 需要给学生讲这部分知识, 无疑加重了实验课程的内容。

(3) 学生基础参差不齐。大学生来自全国各地, 同学们的实验基础参差不齐。有些学生, 中学阶段就接触到一些物理实验, 有一定基础, 学习起来就相对轻松, 而有的同学则相对困难。作者就曾见过一位学生, 在中学就已经做过电子比荷测量实验, 而有的同学连天平也没有接触过。

(4) 仪器状态不稳, 现场情况难以预料。大学物理实验课程是理工科各专业学生的必修课, 实验仪器都是满负荷运转, 致使仪器稳定性差。实验中往往会出现很多突发情况, 教师必须及时给出解释和解决方案。

(5) 考核。对实验课程的考核应该包括实验操作和实验报告两部分。操作部分的评价, 主观性较强, 学生个体差异较大, 实验仪器及环境不稳定, 导致实验测得数据呈现一定分布。不能一概以操作的快慢, 数据的准确程度加以评价。

实验报告主要反映数据处理及对实验的总结, 单从一纸报告无法体现操作部分的情况。既要全面反映学生动手能力和对知识点的理解, 又能进行量化评价, 是一个难点。

3 重

实验课程是从理论到实践的重要环节, 学生可以从中学习到很多知识, 得到多方面的锻炼和提高。

(1) 可以使学生更好地理解理论知识。实验课是理论知识的一个很好的载体, 学生要完成实验, 必须深入理解实验理论知识, 并将理论知识运用到实验, 这是理论知识理解的一次升华。

(2) 可以培养学生分析问题, 解决问题的能力。物理实验的基本原理相对简单, 但是往往不能直接用于实验。还需要考虑测量的准确性、便利性;数据的稳定性、可重复性;实验环境影响等因素, 要对基本原理进行改进和修正, 才能形成可行的实验方案。实验基本原理属于理论知识的范畴, 公式往往简洁整齐, 但可操作性差。而改进过的实验方案, 可行性强, 易于操作, 属于实践的范畴。掌握从基本原理到实验方案的改进, 是学习从理论到实践的重要一环, 可以培养学生分析问题、解决问题的能力。

(3) 学生可以学习常见仪器基本操作, 锻炼动手能力, 掌握数据处理方法。通过实验操作, 学生可以学习物理天平、示波器等常见仪器的基本操作, 锻炼动手能力。

数据处理是实验的重要组成部分, 数据的甄选、处理能力, 对于理工科学生而言, 不论在学习和工作中, 都是不可或缺的基本能力。大学物理实验涉及四种基本的处理方法, 都以实例的形式出现, 通过一系列实验, 学生可以很好的掌握数据处理方法。

(4) 可以培养学生认真耐心、实事求是的科学态度, 不怕困难、努力钻研的精神。大学物理实验需要细心完成, 容不得一点马虎。所谓差之毫厘, 谬之千里, 一个小小的失误, 一个不经意间舍去的尾数, 都可能对结果造成极大影响。因此在实验中, 必须集中精力, 积极思考, 认真而有耐心的完成实验。对新实验、新仪器、新内容, 学生都有一个认知过程, 很难一次成功。这势必会影响学生情绪, 面对这种挫折, 学生必须有一定韧性, 振作精神, 分析原因, 对症下药。从而培养学生的认真、耐心、严谨的科学态度, 不怕困难、努力钻研的精神。

实验数据是实验的重要部分, 必须实事求是的记录, 科学的分析。即使数据不够漂亮, 甚至出现错误, 也不能轻易放弃, 更不能篡改、捏造数据。一方面, 这是一种科学态度的问题, 在科学面前, 不得有半点虚假。弄虚作假毫无意义, 反而失去了更为宝贵的学习机会, 任何一个科学成果无不是在精心研究“失败的数据”、“失败的实验”后取得的。第二, 出现“失败的数据”正是学习数据甄别能力的时候, 若能深入探究, 会有意想不到的收获。比如, 超声速测量空气中的声速实验中[2], 频率×波长=波速。原则上, 同一环境下, 波速是不变的, 如果频率确定, 波长就是定值。实际上, 由于实验室学生较多, 环境温度、湿度不断变化, 波速与波长也随之变化。大部分同学的数据都能体现这种变化, 但是绝大多数同学认为这只是随机误差, 而没有进一步研究。只有部分同学能够发现, 不论自己的测量如何细致, 这个“误差”并没有明显减小, 进而考虑到环境温度、湿度的变化引起波速变化。环境条件的一点点变化, 竟能如此明显的体现在数据上, 同学就深刻体会到差之毫厘, 谬之千里, 能很深刻的理解这部分知识, 体会到科学实验之严谨。而这些必须建立在实事求是的基础上, 所以通过实验课程, 可以培养学生实事求是的科学态度。

综上所述, 大学物理实验具有多、难、重的特点, 深入分析这些特点, 有助于学校管理者, 实验教师以及学生有针对性的改善本身工作, 使大学物理实验课程成为学生巩固理论知识, 锻炼动手能力, 开拓思路, 提高自身素质的平台。

摘要：分别从教和学的角度讨论了大学物理实验教学多、难、重的特点, 了解这些特点, 对于改进大学物理实验教学有重要作用。

关键词：大学物理实验,特点