大學(xué)物理實驗對比教學(xué)研究論文
1大學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析
大學(xué)物理實驗分為基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗和設(shè)計性實驗。理想的實驗教學(xué)模式應(yīng)該是分層次教學(xué)模式，按照先開設(shè)基礎(chǔ)性實驗，再開設(shè)綜合性實驗，最后開設(shè)設(shè)計性實驗的順序授課，這樣安排由淺入深、循序漸進，利于教學(xué)活動的展開，可以有效的培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新能力以及對實驗數(shù)據(jù)的處理和分析能力。而現(xiàn)實情況卻給這種教學(xué)模式提出一些難以解決的問題：
（1）隨著多年擴招，學(xué)生人數(shù)逐年遞增，儀器數(shù)目的增長遠(yuǎn)不及學(xué)生人數(shù)的增長，而在上課時為保證教學(xué)效果一臺儀器最多容納兩名同學(xué)同時使用，儀器數(shù)目嚴(yán)重制約著上課學(xué)生的人數(shù)，一個實驗一般只能保證有一個班或者半個班的學(xué)生來做；
（2）大學(xué)物理實驗一次課為3學(xué)時，同一個實驗一天最多只能排三次課，即上午、下午和晚上各上一次課，那么一個實驗一周最多只能重復(fù)15次左右。如果所有的班級都按同樣的順序來上實驗課，對于大部分高校來說每個實驗每周要重復(fù)的次數(shù)都大于15次，這樣在排課上就會出現(xiàn)困難。為了解決這個問題，大部分高校目前都采用輪轉(zhuǎn)授課的方式來排課，即各實驗室同時開課，然后各班在實驗室之間進行輪轉(zhuǎn)。由于學(xué)時的限制，大部分高校的大學(xué)物理實驗只開兩個學(xué)期甚至有個別學(xué)校只開一個學(xué)期，這樣就會出現(xiàn)一學(xué)期的實驗課包含三類實驗中的兩類或者三類的情況。如果輪轉(zhuǎn)授課，那么就很難保證讓所有學(xué)生都先做基礎(chǔ)性實驗，再做綜合性實驗，最后做設(shè)計性實驗，也就是說必然有部分學(xué)生打破理想的上課順序，這樣分層次教學(xué)模式就很難實行了。另外，由于在中學(xué)階段各地區(qū)、各學(xué)校對實驗課的重視程度不同，導(dǎo)致剛?cè)胄４髮W(xué)生的實驗基礎(chǔ)及實驗?zāi)芰Σ町愝^大。而大學(xué)物理實驗課是大學(xué)生最先接觸的實驗課之一，所以我們在授課時必須考慮到這個差異。而在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，教師在實驗課上對所有學(xué)生的要求是完全一致的，沒有任何差異。這樣就會使學(xué)生出現(xiàn)兩種極端，部分實驗?zāi)芰姷膶W(xué)生迅速完成實驗，而部分實驗?zāi)芰Σ畹膶W(xué)生需要他人幫忙或是延長時間才能完成實驗，甚至有個別學(xué)生為完成實驗選擇抄襲其它同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)。長此以往，實驗?zāi)芰姷膶W(xué)生會認(rèn)為實驗課程過于簡單，學(xué)不到多少知識，對自己的能力提高沒有幫助，會逐漸對物理實驗課程失去興趣；實驗?zāi)芰Σ畹膶W(xué)生由于經(jīng)常不能獨立完成實驗，會認(rèn)為課程太難，自己無法掌握，在逐漸喪失自信心的同時勢必對物理實驗課程提不起興趣。在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，兩類極端的學(xué)生都會逐漸喪失對實驗課程的興趣，顯然不利于學(xué)生動手能力、創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)，一種新的教學(xué)模式的提出迫在眉睫。
2對比教學(xué)模式
通過以上分析，我們需要在無法實行分層次教學(xué)模式的情況下，提出一種新的教學(xué)模式，而且這種教學(xué)模式要既能滿足大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，又兼顧兩類極端學(xué)生的學(xué)習(xí)要求，更廣泛的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為此我們提出對比教學(xué)模式。
2.1演示實驗和課堂實驗的對比
在實驗課前增加演示實驗內(nèi)容，學(xué)生通過觀察或親自參與有趣的演示實驗，會對接下來要做實驗產(chǎn)生強烈的興趣。如：做全息照相實驗時，演示白光再現(xiàn)全息照片；做測量物體的轉(zhuǎn)動慣量實驗時，讓學(xué)生參與演示茹科夫斯基凳；做受迫振動實驗時，讓學(xué)生參與演示魚洗盆等。學(xué)生在完成實驗以后，通過與演示實驗的對比可以引發(fā)更多的思考。
（1）在全息照相實驗前演示白光再現(xiàn)全息照片，而各高校在實驗中做的基本都是激光再現(xiàn)全息照片。做完全息照相實驗以后，學(xué)生會發(fā)現(xiàn)自己的照片無法在白光下直接觀測，而需要在激光下觀測。這時學(xué)生就會產(chǎn)生疑問，為什么不讓我們拍攝能直接在白光下觀測的白光再現(xiàn)全息照片，這樣觀測起來不是更方便嗎？此時教師可以讓學(xué)生課后查找相關(guān)資料，然后在實驗報告上解釋這個問題。通過這樣帶著疑問去學(xué)習(xí)的過程，學(xué)生對全息照相的理解會更加深刻。
（2）在測量物體的轉(zhuǎn)動慣量實驗前，學(xué)生參與演示茹科夫斯基凳時，雙臂平伸凳子轉(zhuǎn)速減慢，雙臂收縮凳子轉(zhuǎn)速加快。通過分析可以知道雙臂平伸時轉(zhuǎn)動慣量大，雙臂收縮時轉(zhuǎn)動慣量小，最終得出結(jié)論：總質(zhì)量一定的情況下，質(zhì)量分布離轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動慣量越大。做實驗時給學(xué)生提供的塑料圓柱、金屬圓桶和實心球的質(zhì)量基本一樣，讓學(xué)生做完實驗來驗證上面的結(jié)論是否正確。學(xué)生懷著好奇心，在做實驗時就會更加認(rèn)真，更有利于其能力的培養(yǎng)。
2.2多種實驗方案的對比
許多實驗都有多種實驗方案，如：聲速的測量、測細(xì)絲直徑、電橋測電阻等。我們可以在實驗條件允許的情況下，鼓勵學(xué)生盡可能多的采用多種方案來做實驗，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，對實驗?zāi)芰Σ煌膶W(xué)生做不同要求，更能有效的培養(yǎng)他們的動手能力和創(chuàng)新能力。下面是一些具體的做法。
（1）在全息照相實驗中采用難易不同的兩種光路進行照相。實驗?zāi)芰姷膶W(xué)生可以選擇用傳統(tǒng)光路進行實驗，通過認(rèn)真調(diào)節(jié)、精確計算，使光路滿足以下三個條件：參考光和物光的光程相差不太大，不大于所用激光的相干長度；參考光和物光的夾角在20°～30°之間；參考光與物光的光強比為3∶1～5∶1之間。實驗?zāi)芰θ醯膶W(xué)生可以選擇用簡化光路進行實驗，此光路經(jīng)過簡單調(diào)節(jié)就可以滿足上面提到的三個條件。采用以上做法，可以讓所有學(xué)生都能自己動手完成實驗，實驗?zāi)芰Χ嫉玫搅艘欢ǔ潭鹊呐囵B(yǎng)。實驗完成以后，可以組織學(xué)生對兩種光路進行對比分析，如對兩種光路實驗結(jié)果進行對比，可以發(fā)現(xiàn)用簡化光路的實驗成功率比較高，經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn)：①簡化光路中的光學(xué)元件個數(shù)比傳統(tǒng)光路少，由9個減少為5個，所以外界振動對實驗的影響也較傳統(tǒng)光路要小，故而照相成功率高。②簡化光路容易調(diào)節(jié)，學(xué)生只需要調(diào)節(jié)感光底板和物體的位置及角度就可以使參考光和物光的光程差、夾角和光強比在都在合適的范圍內(nèi)。而傳統(tǒng)光路中光學(xué)元件較多，調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，經(jīng)常需要反復(fù)調(diào)節(jié)，中間過程如果某些地方?jīng)]注意，導(dǎo)致某個條件沒得到滿足，實驗就會失敗，觀察不到全息照片。也可以組織同學(xué)討論簡化光路與傳統(tǒng)光路的'適用情況，利用簡化光路拍攝表面凸凹程度小的物品效果較好，如：鑰匙、硬幣等。簡化光路不但可以拍攝反光性好的金屬材料，也可以拍攝反光性差的塑料材料如中性筆筆帽等。而對于表面凹凸差距比較大的物體采用傳統(tǒng)光路拍攝的效果較好。通過這樣的分析過程，學(xué)生的分析能力可以得到提高。
（2）除了以上介紹的做法還可以讓學(xué)生在實驗過程中作如下對比，如：在測量聲速時，可以對行波法和駐波法進行對比；在測量液體密度時，可對讓靜力稱衡法和比重瓶法進行對比；在測量金屬材料彈性模量時可以對靜態(tài)拉伸法和動態(tài)懸掛法進行對比等。在多種實驗方案對比教學(xué)的過程中，教師不但要注意引導(dǎo)學(xué)生選用不同實驗方案，更要注重組織學(xué)生對實驗方案進行分析。這樣才能使學(xué)生將所學(xué)的理論與實驗操作相結(jié)合，在不斷的分析過程中找到操作過程中的不足，進而提高學(xué)生分析問題解決問題的能力。
3對比教學(xué)模式的評價體系
在采取多種實驗方案對比教學(xué)的時候，由于供學(xué)生選擇的實驗方案不是唯一的，各種方案的難易程度未必相同。這種情況下如果沒有一個合理的評分標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生為快速完成實驗往往會選擇容易的實驗方案，這樣就達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果。所以在給出學(xué)生成績時，必須充分考慮實驗方案的難易程度，才能達(dá)到較好的教學(xué)效果，準(zhǔn)確體現(xiàn)學(xué)生的實驗水平。我們根據(jù)學(xué)生選擇實驗方案的難易程度在評分時引入權(quán)重系數(shù)，課堂實驗分?jǐn)?shù)=對所選實驗方案進行實驗操作得分×權(quán)重系數(shù)。由于各實驗所涉及的實驗方案難度不同，所以權(quán)重系數(shù)并不是一個定值，而是根據(jù)實驗的特點分成幾種情況。
（1）對于兩種實驗方案難度相近，實驗操作難度低的實驗，兩種方案都做權(quán)重系數(shù)為1，只用一種方案為0.6。
（2）對于兩種實驗方案難度相近，操作難度高的實驗，兩種方案都做權(quán)重系數(shù)為1，只用一種方案為0.8。
（3）對于兩種實驗方案難度明顯不同的實驗，兩種方案都做權(quán)重系數(shù)為1，選擇難的實驗方案的為0.9，選擇簡單實驗方案的為06。權(quán)重值由教師在課前給出，學(xué)生可根據(jù)自己的水平及想要取得的成績選擇實驗方案。為了鼓勵學(xué)生勇于創(chuàng)新、積極思考，學(xué)生在實驗時有創(chuàng)新或在實驗后能對實驗方案進行深入分析時，可以給其適當(dāng)加分。
4結(jié)語
教學(xué)實踐證明，通過課堂實驗和演示實驗的對比、多種實驗方法的對比以及合理的評分方法，學(xué)生對實驗課的興趣和做實驗的積極性都得到了提高。實驗?zāi)芰姷膶W(xué)生采用多種實驗方案的機會多，在對各實驗方案對比分析過程中收獲較多，相應(yīng)的實驗成績也較高。實驗?zāi)芰Σ畹膶W(xué)生，也能為取得較好的成績積極努力，在討論環(huán)節(jié)更加用心，任課教師如果能及時對他們的表現(xiàn)進行肯定，再適當(dāng)鼓勵，這些學(xué)生也能逐漸融入課堂。甚至有一部分同學(xué)看到了自己在理論方面的優(yōu)勢，在操作過程中注重理論分析，以理論帶動實踐，不但能很好的完成實驗還能提出創(chuàng)新方案也取得了不錯的成績。
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