趙敏福,張 波,楊 歡,鄧少霞,鄒俊峰

(皖西學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心,安徽六安237012)

研究性學(xué)習(xí)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐與思考

趙敏福,張 波,楊 歡,鄧少霞,鄒俊峰

(皖西學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心,安徽六安237012)

結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),就如何引導(dǎo)學(xué)生開展研究性學(xué)習(xí)進(jìn)行了有益的探索。實(shí)踐結(jié)果表明:通過研究性學(xué)習(xí),可以加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣;提高動(dòng)手能力,發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力;增強(qiáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。研究性學(xué)習(xí)是提高創(chuàng)新能力的有效手段。

研究性學(xué)習(xí);物理實(shí)驗(yàn);素質(zhì)教育;創(chuàng)新能力

研究性學(xué)習(xí)是大學(xué)生素質(zhì)拓展計(jì)劃的重要組成部分,是提高素質(zhì)教育的有效手段。研究性學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,結(jié)合課程教學(xué),從學(xué)習(xí)、生活和社會(huì)活動(dòng)中選擇研究專題,獨(dú)立或小組合作的形式進(jìn)行類似科學(xué)研究的方式,主動(dòng)地獲取知識(shí)、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的學(xué)習(xí)活動(dòng)[1]。它是以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造精神和創(chuàng)新能力為目標(biāo)[2],以探究學(xué)習(xí)為核心,體現(xiàn)指導(dǎo)與自主、規(guī)定與開放、統(tǒng)一與多樣、理論與實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合的教育指導(dǎo)思想。目的在于改變學(xué)生單純地接受教師傳授知識(shí)為主的學(xué)習(xí)方式,構(gòu)建開放的學(xué)習(xí)環(huán)境,提供獲取知識(shí)的多種渠道,并為學(xué)生提供將學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的機(jī)會(huì),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

1 研究性學(xué)習(xí)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的實(shí)踐

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科大學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后必修的一門實(shí)踐課,通過學(xué)習(xí)能讓學(xué)生接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。我們?cè)诖髮W(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,充分利用實(shí)驗(yàn)室有利條件,鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題,積極思考,結(jié)合學(xué)校團(tuán)委實(shí)施的素質(zhì)拓展計(jì)劃,引導(dǎo)學(xué)生申報(bào)研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目。把實(shí)驗(yàn)室作為素質(zhì)教育最重要的平臺(tái)[3],為學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)提供必要的實(shí)驗(yàn)器材、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和技術(shù)指導(dǎo)。

1.1 改進(jìn)、研制實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器

學(xué)生結(jié)合所做的實(shí)驗(yàn),對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等提出改進(jìn),反思實(shí)驗(yàn)的每個(gè)環(huán)節(jié),找出實(shí)驗(yàn)過程中存在的缺陷,這些缺陷有可能是實(shí)驗(yàn)原理方面的也有可能是測(cè)量系統(tǒng)方面的,也有可能是關(guān)于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)手段的,鼓勵(lì)學(xué)生針對(duì)存在的缺陷,自己查閱資料,自主探究,自己設(shè)計(jì)解決方案,老師在必要時(shí)作出指導(dǎo)。例如在做“金屬線脹系數(shù)的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí)有學(xué)生發(fā)現(xiàn)有以下不足:(1)實(shí)驗(yàn)加熱裝置為一個(gè)蒸汽發(fā)生器,高溫蒸汽由上而下對(duì)金屬棒加熱會(huì)造成金屬棒的受熱不均勻,使金屬棒的溫度分布有個(gè)梯度,造成測(cè)量的誤差;(2)蒸汽加熱的溫度也是固定的,不能改變變量進(jìn)行多組測(cè)量以及重復(fù)試驗(yàn),容易造成測(cè)量誤差偏大;(3)蒸汽發(fā)生器加水不便,使用時(shí)有漏電危險(xiǎn)。意識(shí)到這些問題之后,在老師的指導(dǎo)下,該學(xué)生開動(dòng)腦筋,主動(dòng)思考,積極地尋求解決的辦法。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn),該學(xué)生設(shè)計(jì)出了一套很好的解決方案:把裝置設(shè)計(jì)成“雙管循環(huán)”系統(tǒng),解決了金屬桿加熱不均勻而造成的溫度分布梯度問題,可以進(jìn)行多溫度點(diǎn)的測(cè)量,減小實(shí)驗(yàn)的測(cè)量誤差,且利用空氣循環(huán)加熱,方便安全。指導(dǎo)學(xué)生研究的“固體線膨脹系數(shù)測(cè)定儀加熱系統(tǒng)的改進(jìn)與設(shè)計(jì)”獲學(xué)生研究性學(xué)習(xí)一等獎(jiǎng)。做“薄透鏡焦距的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)時(shí),必須在黑暗的非正常光強(qiáng)情況下進(jìn)行,這給老師和同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)帶來了不便。在老師的指導(dǎo)下,學(xué)生申報(bào)了“平行光光源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改進(jìn)”研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目,用有色強(qiáng)光LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的平行光光源,可以在比較明亮的環(huán)境下做此光學(xué)實(shí)驗(yàn),拓寬了實(shí)驗(yàn)光線的范圍,LED光源功率較小也節(jié)省很多的能源。此項(xiàng)目獲學(xué)生研究性學(xué)習(xí)二等獎(jiǎng)。

1.2 嘗試不同的實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)某一物理量的測(cè)量,方法可能很多,這要求學(xué)生要熟知實(shí)驗(yàn)原理,掌握每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。例如楊氏模量是工程材料的重要參數(shù),它是描述材料剛性特征的物理量?！皸钍夏Ａ康臏y(cè)定”是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,我們實(shí)驗(yàn)室用光杠桿放大法測(cè)量材料楊氏模量。光杠桿放大法屬于靜態(tài)加載方法,由于載荷大、加載速度慢、存在弛豫過程,不僅不能真正反映材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化,且不適于測(cè)量脆性材料。有同學(xué)就創(chuàng)新想到用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做激發(fā)源來測(cè)量鋼絲的楊氏模量,使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,將被測(cè)鋼絲一端固定,另一端自由,安裝方式與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的振動(dòng)片相同,當(dāng)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的輸出端接一交流信號(hào)時(shí),鋼絲在電磁力的作用下產(chǎn)生受迫振動(dòng),當(dāng)滿足一定的頻率時(shí)鋼絲產(chǎn)生共振,同時(shí)形成穩(wěn)定的駐波。根據(jù)楊氏模E與fn,μn、的關(guān)系得出E值。實(shí)驗(yàn)操作方便、現(xiàn)象明顯,不受溫度和材料構(gòu)成的限制,而且該方案不但可以測(cè)量圓柱形的鋼絲,還可以測(cè)量截面為矩形的鋼片,不存在松弛現(xiàn)象,能夠較準(zhǔn)確地測(cè)出材料的楊氏模量。指導(dǎo)學(xué)生研究的“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器做激發(fā)源測(cè)量楊氏模量”獲學(xué)生研究性學(xué)習(xí)一等獎(jiǎng),《物理實(shí)驗(yàn)》上發(fā)表論文一篇[4]。

1.3 參與教師的教學(xué)研究活動(dòng)

促進(jìn)教學(xué)與科研的結(jié)合是培養(yǎng)應(yīng)用型創(chuàng)新人才的必由之路,學(xué)生盡早介入教師的科研,可以使學(xué)生能在接近于實(shí)際科研的實(shí)驗(yàn)中不斷提高自身的科研能力,為日后工作打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一些對(duì)實(shí)驗(yàn)感興趣,動(dòng)手能力強(qiáng),愿意在實(shí)驗(yàn)室工作的同學(xué),我們積極鼓勵(lì)他們參與教師的教學(xué)研究活動(dòng),動(dòng)手能力、科研能力得到了很大鍛煉。例如04級(jí)有位同學(xué)全程參與老師的一個(gè)省級(jí)教研項(xiàng)目的理論設(shè)計(jì),編程調(diào)試,儀器制作,能力得到全面提高,在《物理實(shí)驗(yàn)》上發(fā)表論文一篇,畢業(yè)后進(jìn)行自主創(chuàng)業(yè),注冊(cè)成立了一個(gè)儀器開發(fā)公司,取得了較好的效益。

2 分析與思考

通過這幾年研究性學(xué)習(xí)在教學(xué)中的實(shí)踐探索,學(xué)生的能力得到明顯鍛煉,培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力,但也存在一些問題。

2.1 學(xué)生綜合素質(zhì)得到很大提高

研究性學(xué)習(xí)激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性,培養(yǎng)了學(xué)生動(dòng)手能力,團(tuán)結(jié)協(xié)作和獨(dú)立自主的精神,能夠形成初步的科研思路,能夠獨(dú)立思考問題,解決研究中出現(xiàn)的部分問題。學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力大大加強(qiáng)。

2.2 重視學(xué)分大于注重過程培養(yǎng),個(gè)體差別較大

為促進(jìn)素質(zhì)教育的發(fā)展,加大應(yīng)用型人才培養(yǎng)力度,學(xué)校要求學(xué)生畢業(yè)必須修滿一定的素質(zhì)拓展學(xué)分,但大學(xué)生的主要精力是學(xué)習(xí)課堂知識(shí),繁重的學(xué)習(xí)任務(wù)使得他們沒有足夠的時(shí)間和精力參與課外研究性學(xué)習(xí)活動(dòng),盡管他們參與熱情高漲,但是絕大多數(shù)學(xué)生鐘情于簡單容易的課題,做完后寫一篇工作匯報(bào)或結(jié)題報(bào)告匆匆交差。通過研究性學(xué)習(xí)也發(fā)現(xiàn)同一個(gè)研究小組的幾個(gè)同學(xué)素質(zhì)差別較大:有的同學(xué)動(dòng)手能力較強(qiáng),主動(dòng)思考、解決問題;有的同學(xué)能力較弱,什么也不會(huì)做,等待老師分配具體任務(wù)。這需要教師在指導(dǎo)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)時(shí)加強(qiáng)引導(dǎo),端正目的,切實(shí)把實(shí)驗(yàn)室作為素質(zhì)能力培養(yǎng)的平臺(tái),踏踏實(shí)實(shí)地搞好研究性學(xué)習(xí)。

2.3 研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目總體水平不高

長期以來受“重理論,輕實(shí)踐”的傳統(tǒng)觀念影響,大學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力普遍不強(qiáng);另一方面,我們的教育模式是一年級(jí)大學(xué)生學(xué)習(xí)公共基礎(chǔ)課程,大學(xué)四年級(jí)的學(xué)生考慮就業(yè)問題比較多,大學(xué)二、三年級(jí)學(xué)生接觸專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí),因而大學(xué)生從事研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí),還沒有打好專業(yè)基礎(chǔ),不具備扎實(shí)的基本技能和高超的創(chuàng)新能力,科技創(chuàng)新素質(zhì)相對(duì)低下,所以只能選擇一些起點(diǎn)低的課題,對(duì)一些題材新穎、需要綜合運(yùn)用理論知識(shí)的課題往往是心有余而力不足[5];再者基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備條件也限制了高水平的項(xiàng)目申報(bào)。教師在指導(dǎo)學(xué)生申報(bào)研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目時(shí)必須拓寬思路,結(jié)合學(xué)生所學(xué)專業(yè),利用多種創(chuàng)新平臺(tái),包括調(diào)研企業(yè)急需解決的技術(shù)難題,走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的道路,提高研究性學(xué)習(xí)的實(shí)用性,這樣研究性學(xué)習(xí)質(zhì)量會(huì)有一個(gè)很大提高。

2.4 要有一個(gè)合理的評(píng)價(jià)激勵(lì)機(jī)制

現(xiàn)在學(xué)生申請(qǐng)研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目主要目的是拿素質(zhì)拓展學(xué)分,學(xué)生想到研究內(nèi)容聯(lián)系老師或老師建議研究方向,指導(dǎo)老師基本是義務(wù)為學(xué)生指導(dǎo)學(xué)習(xí),總體積極性普遍不高。故應(yīng)設(shè)置一個(gè)合理的激勵(lì)機(jī)制,這個(gè)激勵(lì)機(jī)制應(yīng)針對(duì)參與的學(xué)生和指導(dǎo)教師。對(duì)評(píng)選出的學(xué)生優(yōu)秀項(xiàng)目予以表彰,認(rèn)定創(chuàng)新學(xué)分,和給予一定的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì),這方面學(xué)校已有相應(yīng)的政策;對(duì)于研究性學(xué)習(xí)項(xiàng)目的指導(dǎo)老師也要有激勵(lì)措施,給參與此項(xiàng)工作的老師記工作量,該工作量在教學(xué)任務(wù)、業(yè)績考核等方面與正式課程工作量同等對(duì)待,以此鼓勵(lì)更多的老師參與指導(dǎo)大學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2.5 加大實(shí)驗(yàn)室開放力度

研究性學(xué)習(xí)是一種開放性的學(xué)習(xí)過程[6]。主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:一是學(xué)習(xí)內(nèi)容的開放性。研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)容不限于特定的學(xué)科知識(shí)體系,而是學(xué)生自己去確定研究內(nèi)容。二是學(xué)習(xí)方式的開放性。每個(gè)學(xué)生都可根據(jù)自己的興趣和特點(diǎn)來進(jìn)行自主學(xué)習(xí),既可以是學(xué)生個(gè)人也可以是以學(xué)生小組集體研究的方式來進(jìn)行學(xué)習(xí)。三是活動(dòng)空間的開放性。研究性學(xué)習(xí)可以在課堂內(nèi)進(jìn)行,但更多的是走出課堂,面向社會(huì)、面向生活。我們要加大實(shí)驗(yàn)室開放力度,進(jìn)行全方位開放,開放形式上做到時(shí)間開放、場(chǎng)所開放、內(nèi)容開放、對(duì)象開放。設(shè)立開放創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢(shì),為學(xué)生研究性學(xué)習(xí)提供便利條件。

2.6 改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,采用研究性教學(xué)方法

研究性學(xué)習(xí)并非是培養(yǎng)天才的超常教育,也不同于偏重少數(shù)特長學(xué)生的課外活動(dòng),它面向的是全體學(xué)生。研究性教學(xué)是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的一種教學(xué)模式,是教師在教學(xué)過程中運(yùn)用科學(xué)研究的方式培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新欲望,形成研究、創(chuàng)新意識(shí)和研究、創(chuàng)新能力的教學(xué)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中一定要改變?cè)瓉淼囊哉n堂為中心、以教材為中心、以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)模式,變授受式教學(xué)為引導(dǎo)式、啟發(fā)式、探究式教學(xué),運(yùn)用問題教學(xué)、對(duì)話教學(xué)、研討教學(xué)、參與教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)與研究能力。使教師由知識(shí)的傳授者、灌輸者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者,注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果更注重實(shí)驗(yàn)過程。這樣學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程也就是研究性學(xué)習(xí)的過程,教學(xué)以學(xué)生為中心,通過主動(dòng)學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的研究精神、創(chuàng)新精神,提高學(xué)生的科學(xué)研究能力和創(chuàng)造力。

3 結(jié)束語

通過對(duì)研究性學(xué)習(xí)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的探索實(shí)踐,在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力等方面取得了較好效果。學(xué)生會(huì)圍繞著問題的解決,主動(dòng)查閱文獻(xiàn),學(xué)會(huì)對(duì)相關(guān)知識(shí)的應(yīng)用與歸納,加深對(duì)知識(shí)的理解;促進(jìn)同學(xué)間的相互交流與團(tuán)結(jié)協(xié)作;激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性,培養(yǎng)大學(xué)生科研意識(shí)和創(chuàng)新能力,對(duì)于造就具有創(chuàng)新精神與應(yīng)用能力的人才起到積極作用;參加過研究性學(xué)習(xí)的畢業(yè)生普遍受到用人單位好評(píng),學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力大大增強(qiáng)。總之,研究性學(xué)習(xí)能夠提高學(xué)生的多種能力,是培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神高素質(zhì)人才的一種重要方法。

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Practicing and Thinking of Inquiry Learning in University Physics Experiment Teaching

ZHAO Min-fu,ZHANGBo,YANG Huan,DENG Shao-xia,ZOU Jun-feng
(The Center of Basic Laboratory,West A nhui University,Lu’an 237012,China)

Com bining physics experiment teaching,this paper explores how to guide students inquiry learning.The practical results show that Inquiry learning can enhance strengthen self-interest in learning,imp rove hands-on ability to discover and solve problems,enhance unity and team spirit,w hich is an effectivemeansof imp roving innovation ability.

inquiry learning;physical experiment;quality education;innovative ability

G642.0

A

1009-9735(2010)05-0049-03

2010-08-20

皖西學(xué)院教學(xué)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(09JY02)。

趙敏福(1972-),男,安徽金寨人,副教授,碩士,研究方向:光纖光柵傳感。