提高大學物理實驗教學質量的措施

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一、授課方式的創新

傳統的授課方式普遍采用講授法，教師演示，學生模仿。該授課方式嚴重限制了學生的學習興趣與創新思維，導致學生不思考只做機械的重復；實驗過后，不知如何處理數據，如何寫實驗報告，對物理實驗思想與方法的理解更是難上加難。為了改變這種狀況，教師應充分調動學生的積極性，讓學生可以積極主動的思考與學習，為此我們對授課方式進行了創新。

1.講述實驗的歷史淵源。物理實驗的歷史背景與歷史故事可以充分激發學生們的聽課興趣。例如，以“邁克爾遜干涉儀”實驗為例。眾所周知，邁克爾遜干涉儀在測量技術領域有著廣泛的應用，可測量微小的長度、光波波長等。但實際上邁克爾遜在設計該實驗時并不是為測量長度，而是為了尋找神秘的“以太”物質。19世紀，科學家逐漸意識到光是一種波，而生活中的波，如聲波、水波等大多需要媒介才能傳播。在這種思想的影響下，人們認為光波是在“以太”中傳播的。1887年，美國物理學家邁克爾遜和莫雷一起設計一個實驗，企圖測量出兩垂直方向上光速的差值。因為如果“以太”真的存在，那么由于地球自轉的影響，光在兩個相互垂直方向上的速度應該是不一樣的。但實驗結果顯示光在不同方向上及不同慣性系的傳播速度沒有差別，該實驗結果也就否定了“以太”的存在。但是，由于該實驗裝置可以測量出微小的長度，而且非常精確，于是被人們廣泛地應用起來。如果僅依照教材上的內容來講，學生感覺枯燥沒興趣。但在講課的同時，把設計實驗的歷史故事告訴學生，使學生體會物理學家解決問題的思想和方法，可以明顯的提高教學質量。

2.突出實驗的物理精髓。大學物理實驗中的經典類實驗是學生最該深入理解的一類實驗。譬如“光電效應法測量普朗克常數”實驗。當一束頻率為ν且大于截止頻率的光束照射陰極時，光電子就會逸出，只要驗證出截止電壓U0與入射光頻率ν滿足線性關系，就可以間接地驗證愛因斯坦方程。這一轉化的思想，實際上為測量一些微觀物理量提供了很好的思路，是值得學生借鑒與學習的。因此，在講解該實驗時必須要突出這一顯著的物理思想。學習物理過程中的一些公式，學生可能很快就會忘記，但是物理中的某些方法和思路，是學生應該學習并掌握，以備將來之用的。

3.強調實驗的應用特性。大學物理實驗中有許多實驗與我們的生活密切相關，具有實際的應用價值。比如“磁阻效應”實驗。講解該實驗時，以現代的硬盤存儲原理作為引子來激發學生的興趣。學生與電腦天天接觸，對此問題都特別感興趣，聽課效果明顯變好。傳感器作為現代自動化測量與控制的標志，與我們的生活又是密切相關的，對生活中一些傳感器的介紹勢必引起學生們的興趣。學生接觸最多的就是手機。接聽電話時，手機放在耳邊屏幕會變黑，是距離傳感器的作用；在不同明暗環境下，手機會自動調節亮度，是光線傳感器的作用；手機的屏幕可以自由的倒轉，是重力傳感器的作用。以這些具體的傳感器實例能夠引導學生思考問題，發現身邊生活中的問題，并靈活應用已有的知識和方法解決問題。該方法從實際的教學來看，效果顯著。

二、教學內容的維新

現代科學技術迅猛發展，一批新類型的學科隨之而來。大學物理實驗課應該與現代科學技術的成果相結合，如此才能保持該學科的活力與生命力，才能培養出適應社會發展需要的應用型人才。物理實驗課的教學內容必須緊跟時代的潮流，表現出科技時代的特點。

1.開設自主設計性實驗。為了激發學生自主學習的興趣，并培養學生獨立思考、創新與科研意識，除了完成基礎的實驗以外，我們還開設了自主設計性實驗。這些設計性實驗不要求在短時間內完成，學期結束時提交成果與報告即可。電子元器件的普遍使用是當代科技發展的大勢所趨，加之我校的學生大多數為應用型工科專業，對這方面學習顯得尤為重要。所以，我們開設了許多基于新興電子元器件的設計性實驗，供學生設計完成。比如，利用光敏傳感器設計一款可隨周圍環境亮度變化的燈泡；利用Pt電阻或者NTC熱敏電阻，設計一款人體溫度計；利用光纖傳感器，設計裝置實現對電動機轉速的測量；等等。另外，學生也可以根據自己的興趣，自行設計某種小實驗裝置，寫明實驗原理、設計思路及功能等。設計性實驗主要培養學生的自主學習能力、自我解決問題的能力等，對于學生思考問題、解決問題的能力培養具有重要的作用。

2.大學生物理實驗競賽成果的利用。北京市每年都會舉行大學生物理實驗競賽，我校每年參加并且成績優異。這些成果中，有對基本物理量的測量裝置，有對經典物理實驗的改進與創新，也有自行設計的實驗裝置。為提高學生對物理實驗的興趣，激勵學生的求知欲望，我們將物理實驗競賽的作品嫁接到大學物理實驗當中，這一措施使得學生對該物理實驗的興趣大大提高。比如，人體溫度計的設計實驗中，我們會為其提供一個標準的溫度計，而該溫度計是由學生參加競賽時的一部分測量模塊改裝而成；在開設的光敏開關實驗中，為測量光照的變化，我們為其提供了可測量光照的裝置，該裝置也是學生參加競賽時一個測量模塊；測量剛體轉動慣量的實驗中，我們以轉動慣量儀作為我們主要的實驗儀器，而且還給學生們提供了一臺自制的轉動慣量測試裝置，該裝置是學生參加物理實驗競賽自行設計的。這些實驗裝置的引入對學生提高學習物理實驗的興趣有很大的幫助，使得學生很積極地對待實驗課，教學效果明顯。

三、教學手段的更新

目前在校大學生大多在豐富的網絡環境中長大的，提高其積極性的一個重要舉措就是采用現代教學方式。為迎合學生興趣，在每個實驗室里都配有多媒體教學設施，教師可根據自己的需要靈活選擇教學方式。尤其是在講解一些抽象的實驗原理時，多采用多媒體教學的方式，將難以用語言描述的物理過程用PPT課件的方式形象地表示出來。實驗數據處理與分析是培養學生分析能力的重要一環。陳舊的數據處理方式是將數據在坐標紙上描出并作圖，費時費力誤差大。學者研究發現，將計算機軟件應用到實驗數據處理中效果顯著。其中，Origin軟件在數據處理方面有著不可比擬的優勢，操作簡單容易掌握。而且Origin軟件是目前科學研究前沿常用軟件，可以為學生將來的繼續深造打下基礎。為使學生意識到作圖軟件的優點，教師會進行一些簡單的實例講解，如Origin的基本作圖方法、線性擬合過程、曲線上某點的斜率計算等。學生對此軟件非常感興趣，學習積極性大大提高，實驗教學效果顯著。

四、考核方式的出新

物理實驗課屬于過程教學課，其實驗過程往往比實驗結果更重要。為了體現對實驗過程性的考察，總成績分為平時考核成績和期末考核成績。平時考核成績所占比例為50%，具體標準為：預習10%，操作40%，實驗報告50%?？紤]到考核成績的公正性，要求學生每次實驗課前簽名，提交檢查學生的預習報告，并提問對相關實驗是否了解，給出預習成績。這樣可以督促學生自覺地預習，教學效果顯著提高。實驗操作的成績，教師需要根據學生的實際操作以及實驗完成的情況進行打分。實驗報告部分的成績主要根據學生的課后數據處理情況、作業完成情況等進行打分。期末考核主要是通過操作考試和卷面考試兩種方式進行考核，各占50%。另外，為調動學生積極性，設立加分項。如對某些實驗過程提出問題、對實驗有改進建議、設計性實驗完成出色、參加大學生物理實驗競賽獲獎等，教師會根據情況酌情加分。這些環節使得對學生的考察更全面，更突出學生創新能力與實踐能力的培養，使我校大學物理實驗教學質量得到顯著提高。

五、結語

大學物理實驗可以培養理工科學生的實驗技能與方法，同時可以培養他們的動手能力、創新能力等，是其他課程無法比擬的。提高物理實驗課程的教學質量是一個長期的過程，教師應該不斷提高自己的教學水平，改進自己的教學方式，使學生能真正喜歡該課程，進而使得該課程的作用發揮到極致。

作者:謝亮 張進治 鐵小勻 安艷偉 單位:北方工業大學