【物理实验教学培养策略】物理实验培养

物理实验教学培养策略

引入现代教育技术手段辅助课堂实验教学，提升了教学效果 和效率。利用网络教学系统平台，促进了学员自主学习能力 的提高，为学员知识技能积累向能力生成转化奠定了基础。

通过几年的实践，我们发现学员的知识获取能力、动手操作 能力、信息素养都得到不同的程度提升。

2实验教学中反馈出的问题 2.1层次化教学体系仅突出了实验内容的层次性，却忽 视了学员个体的差异性 层次化划分过程中，只是对实验项目进行了划分，即分 为基础性、综合性和设计研究性三个层次，这种层次化教学 注重了学员学习实验知识的循序渐进性，有利于学员实验知 识、实验技能的逐步提高。但往往忽视了学员在课堂学习中 的学习差异性，每位施教者对下列情形可能都有相同的感 受：同样的实验要求、同样的实验条件，有的学员提前半小时甚至更多时间完成，有部分学员按时完成，更有部分学员 完成不了……究其原因，就是没有注重课堂内容的层次化划 分，也就是说，传统层次化划分仅仅注重了实验知识体系的 纵向划分，却忽视了其横向划分。这是不利于学员实验能力 的发挥与提升的，更不利于学员创新能力的培养与提高。

2.2实验内容缺乏系统的规划，不利于学员创新思维的 养成 大学物理实验每个实验内容独立，实验与实验间关联性 差。学员通过课堂上教员的讲解指导,参照教材一般可以独 立完成实验内容获得实验结果。但对实验中蕴含的实验思想、 测量方法的掌握以及对数据的分析处理往往表现得不太令 人满意。这是由于目前的大学物理实验课程的教学模式只注 重了单一实验的完成及实验结果的正确与否，忽视了对实验 中遇到的方法、技术、技能等内容的系统归纳。这样，学员 对单一实验的分析思维得到了训练，但综合思维能力没有得 到有效的培养，这样的后果就表现在设计性实验阶段的基本 设计能力普遍较差。

2.3成套设备的使用阻碍了学员动手能力的培养 引入的实验设备是外形美观、便于存放保管的成套设备， 这些设备结构的整体封闭性、功能的固定性、实验的程式性 很大程度上阻碍了学生实践能力的培养。因为这些设备的元 器件和工作过程全封闭在一个金属外壳做成的暗箱之中，学 员根本看不到仪器结构，不了解仪器原理和实验过程，只需要按动按钮就可操作，学员的动手机会少，失去了培养创新 思维能力的机会[1]。

3教学改革策略 3.1改革传统实验教学方式，系统性的引入实验思想方 法教学 实验思想方法是指进行科学研究、工程测量的基础方法， 比如:比较法、放大法、模拟法、补偿法和变量控制法等等， 这些方法不仅是物理实验的基本方法，也是其他学科进行科 学研究、工程测量和技术改造更新的基本方法[2]。所以， 教员要清醒地认识到实验教学中的科学方法教育比知识本 身更重，物理实验教学的重点要放在引导学员在深入细致地 做好每个实验的基础上，系统引入物理实验的设计思想、方 法仪器的选择以及实验技巧等方面，使隐性的思想方法显性 化。这样学员完成实验就不会仅停留在简单的操作和数据测 量层面上，而是自觉地去挖掘每一实验内在的思想方法。基 础性实验教学阶段在引导学员在深入细致地完成单个实验 项目并获得结果的基础上，突出了实验方法的教学与归纳， 实验知识、方法、技术、技能等方面的系统化，注重思维的 养成和实验能力的培养。如：直接测量工具应用了比较法；

仪器仪表应用了转换法；
微小量的测量应用了放大法等。综 合性实验教学阶段将一般的实验内容以设计性的思路讲解， 将实验的设计思想、实验方法、仪器选择和实验数据的处理 分析方法作为讲授的重点，授学员以实验方法和实验仪器，而不是具体的实验内容。如：控制变量法原理的介绍，有利 于培养学员的分析思维；
转换法妙用的揭示，有利于培养学 员的灵活思维。设计性实验教学阶段要还课堂给学员，实行 开放式、个性化的教学。学员根据兴趣选择实验项目，教员 利用“任务”和“问题”引导学员查阅资料，将理论知识与 已掌握的研究方法和实验技巧联系起来，从而正确设计实验 原理和实验方法，选择实验仪器，排除出现的故障，完成实 验并进一步应用创新。如：在“共振法测杨氏模量”的设计 性实验中采用外延法测量测试棒的基频，学员提出如何对测 量数据有效拟合，悬丝的材质，悬挂点的数目，悬挂点位置 的选取对测量精度会造成多少影响等问题。

3.2正确对待学员实验能力的差异性，实施课堂实验内 容层次化 课堂上，不难发现每名学员都有自己独特的知识经验、 学习能力和学习方式，当然也就不可避免表现出了他们实验 能力的不同以及实验效率的高低。因此，在课堂上如果仅仅 依照教学要点为他们安排相同的教学内容，那显然会使实验 能力较强的那部分学员的实验能力得到压抑，所以，要根据 不同实验的特点设置不同层次的实验任务，激发学员的积极 性，促进创新能力的有效发展。综合性实验项目的实验内容 以基本实验任务和提高性实验任务两个层次进行划分。这样 设置的目的，是在课堂上采用任务驱动式教学，对于学有余 力的学员，在完成基本实验任务后，必将尝试完成提高性实验任务，这是激励学员进一步学习的有效手段。以“直流电 桥测电阻”实验为例,基本任务设置了“使用单臂电桥测定 中高值电阻阻值”和“使用双臂电桥测定低值电阻阻值”两 部分,提高性任务设置了“研究用直接比较法测电阻”。到 设计性实验阶段，学员已具备了一定的实验知识与技能，除 了课堂内的任务驱动，还要拓展辅助课程，将课内教学向外 延伸至课外，所以，设计性实验阶段，又在提高性任务的基 础上进一步增加了拓展性任务。通过这些任务的布置，学员 能够根据自己的实验能力及兴趣进行自主选择，学会科学的 学习方法和研究方法，培养学以致用的能力，使学习由被动 转为主动。以“光谱研究”实验为例，基本任务和提高性任 务设置为“利用光栅衍射观察明线光谱”和“利用光栅衍射 观察带状光谱”，拓展性任务增加了“利用三棱镜衍射观测 光谱，设计光路图和测量方法”这部分需要学员查阅相关资 料才能完成的内容。

3.3挖掘现有实验仪器中的教学潜力，提高仪器的利用 效率 我院现有的实验仪器的配备，基本上能够完成课程标准 中绝大部分实验的要求，但提高性任务和拓展性任务的开展 情况没有得到全部解决，究其原因，主要是因为实验仪器的 集成度高、封闭性强。但是，提高性和拓展性实验活动并不 要求把原有的仪器设备废除。原先配备的绝大多数仪器设备， 是能够适用提高性实验教学的，关键是要充分挖掘原有实验仪器的教学功能，改变只以验证知识和训练技能为目标的实 验内容[3]。课堂上，鼓励学员对某些实验的装置或操作方 案加以改进，使现象更直观，效果更好。在“铁磁材料居里 点的测量”实验中，学员普遍反应交流电桥调平困难，实验 现象不明显。几个学员为了解决这个问题，自主查阅资料， 分析原因，通过改进电路找到了解决办法。课堂外，利用实 验室废旧的实验仪器进行拆卸和组合，在教员的指导下，让 学员作一些研制与开发，这样既充分利用了学校的废旧资源， 又为学生从事科技开发提供了条件，培养了学生的创新意识 与创新能力。还要以科研课题的立项和科技创新大赛为契机， 有计划地组织教员带领学员开展创新项目的研究。“改进激 光多普勒效应测微振动实验方法的研究”就是基于实验中获 得的光拍波形不理想这一实际问题，由教员带领学员研究完 成改进的。

4实践取得的效果 实施以上提出的策略和方法,对学员的学习和发展产生 了积极作用。学员在实验中遇到问题时，能够积极思考、积 极讨论、主动探究,并能提出多种解决方案和设想，创新精 神和创新意识有明显提高。依托物理实验教学培养创新能力 是一项复杂的系统工程，虽然我们目前已经取得了一定成果， 但今后我们将继续努力，在实践中不断扩大物理实验的教学 改革成果，尽力为学员营造创新氛围，让学员在自主学习中 学会创新，增强创新意识和创新能力，为培养创造型人才奠定良好的基础。