董巧燕，劉偉健，劉 維，王福合，尹曉冬，施宇蕾

（首都師范大學，北京 100048）

中小學受應試教育的影響，使得學生在主動性、創(chuàng)造性及動手實驗能力等方面普遍較差，而且越偏遠的地域，實驗條件越有限，有相當一部分同學進入大學前從未自己動手做過物理實驗［1］。首都師范大學物理系物理教育專業(yè)的學生進入大學后首先學習的實驗課是《普通物理基礎實驗1》和《普通物理基礎實驗2》。通過這兩門課的學習，使學生在物理實驗的基本知識、基本方法和基本技能方面受到較系統(tǒng)的訓練，理論聯(lián)系實際，培養(yǎng)學生初步的實驗能力、良好的實驗習慣以及嚴謹?shù)目茖W作風，使學生逐步具有良好的實驗素質(zhì)。在這兩門課中，傳統(tǒng)的教學方法是教師詳細講解實驗原理，演示實驗操作，然后學生自己動手完成實驗［2］。這種方法使學生利用理論課所學知識思考、解決實驗中遇到的問題的訓練受到限制。

普通物理綜合設計實驗課是介于基礎實驗與科學研究之間的課程，它要求學生對實驗過程具有全程統(tǒng)籌的能力［3］。其綜合性首先是指實驗內(nèi)容的綜合性和涉及到物理知識的廣泛性，其次是實驗方法的整合性和實驗手段的多元性；設計性則體現(xiàn)了學生的參與程度。對于這門課，在固定實驗題目的前提下，優(yōu)質(zhì)的教學方法是只提供給學生相關(guān)的實驗儀器及說明書，學生自己查閱文獻資料，完成實驗內(nèi)容，撰寫研究報告，分析解決實驗過程中遇到的問題。但是，由于學生之前沒有受過此類訓練，學生人數(shù)多（約100名學生），課前不認真預習，任課教師少，每個實驗設定的時間又僅為4學時，使這種方法在實際中基本行不通。為了使學生在這門課中盡可能多地提升綜合設計能力，進行教學改革勢在必行。

下面以我校物理系為物理教育專業(yè)學生開設的綜合設計性實驗之一——雙光柵法測微弱振動位移量實驗［4－5］來談談教學的心得與體會。

1 提高學生實驗預習的針對性

在以往與學生的交談中了解到，有一部分學生進實驗室之前根本就不進行預習；一部分同學雖說是提前預習了，但上課時會發(fā)現(xiàn)他們根本就沒明白實驗設計原理；還有一部分同學只預習明白了其中一部分，但仍然影響課上正常進行。為了督促學生很好地進行預習，我們在正式上課前一周把實驗卡片發(fā)給學生，實驗卡片包括以下內(nèi)容：思考題、實驗內(nèi)容及數(shù)據(jù)處理、注意事項、評分標準等。其中思考題的設置主要是為了提高學生預習的針對性，抓住實驗設計核心和實驗要點。同時，為了調(diào)動學生的積極性，要求學生進實驗室之前把這些思考題回答在預習報告上。為了避免部分同學完全不進行預習就來做實驗，在課堂上抄寫實驗預習報告，我們還要求學生一進實驗室就即刻提交實驗預習報告。

對于雙光柵法測微弱振動位移量實驗，我們設計的思考題如下：

（1）微弱振動的振幅如何獲得？

（2）本實驗中如何得到拍頻波？其拍頻大小由什么決定？

（3）激光器射出的激光波長為635nm，由此可知其頻率為多少？能直接探測嗎？若不能，怎么解決？

（4）為什么要使用光拍？形成光拍的條件是什么？（理論上）

（5）如何判斷動光柵與靜光柵的刻痕已平行？

（6）作外力驅(qū)動音叉諧振曲線時，為什么要固定信號功率？測量時首先要找到音叉的什么頻率？如何找？

2 圍繞思考題分小組討論

學生獨立進行實驗預習時，思路上總會有一定的局限。往往可能因搞不懂某些小知識點阻礙實驗預習的正常進行。所以，我們在正式上課時，首先將學生分成兩組（每組5名學生），思考題分成兩部分，每組負責一部分，討論20分鐘并給出思考題的答案。這樣做不僅發(fā)揮了學生的自主性，還增強了學生的團隊合作意識。同時，也可以使極少數(shù)沒有預習的同學也略學到一些。

3 提問＋提示引導的方式使學生明確實驗思路

有相當一部分同學為了完成實驗來做實驗，總是著急做實驗，一遇到問題就叫老師幫忙，而不去認真思考，不設法自己解決。還有，學生在實驗時總是不能將理論課中所學知識靈活地運用到實驗中來，這是一種普遍現(xiàn)象。所以在學生自己動手實驗前，我們采取了以下教學環(huán)節(jié)：明確理論上要達到什么目的，借助什么實驗器件可以達到此目的，理論和實驗器件的結(jié)合最終如何達到目的。

下面仍以雙光柵法測微弱振動位移量實驗為例展現(xiàn)具體過程。從實驗題目來看的話，提問學生最終要得到哪個物理量？大部分學生可以回答出來：音叉振動的振幅。提示學生，要測量的是長度，有什么獲得辦法？學生會提出用刻度尺、游標卡尺等。再引導學生觀察音叉振動的特點。音叉振動的幅度很小，肉眼完全無法分辨，而且振動的位置時刻在變化，教師否定這種方法。那怎么辦呢？再提示學生我們是綜合設計實驗，可以考慮力學、光學、電學等方法。再看實驗題目，學生會說出利用雙光柵法。新的問題出現(xiàn)：什么是雙光柵法？這時要帶著學生一起復習光學中所學知識——光柵。首先回憶光柵的結(jié)構(gòu)，從單縫衍射、雙縫干涉的衍射圖樣，猜想光柵的衍射圖樣。同時，利用教學器件激光筆演示激光通過一光柵后投影在墻上的衍射圖樣，與分析結(jié)果比對，直觀明了。學生清楚了光柵的概念后，說明雙光柵即是一動一靜兩光柵，其中動光柵貼在音叉上隨音叉一起振動。再緊接著提問：為什么要用雙光柵法？這時學生一般會不知所措，提示從光的頻率方面考慮。已知實驗激光波長，提問學生激光頻率大小在什么量級。提供給學生儀器價格信息，比如Agilent公司幾個GHz的示波器價格在百萬元左右，直接探測激光這么高頻率的光非常困難，而且儀器造價昂貴。此方法行不通。進一步提示學生，現(xiàn)在光頻率太高了，簡單的想法是降低頻率，這時再讓學生觀察我們實驗提供的示波器能探測的頻率，隨便告訴學生這個儀器只需要幾千元左右，實驗成本大幅降低。又一新問題出現(xiàn)：怎么降低？部分學生能說出光拍法。這個時候類比音拍的概念，來講解光拍。根據(jù)波的疊加原理，得出獲得強的光拍信號的理論及實驗條件：利用一動一靜兩光柵得到同方向傳播、且頻率相差很小的兩列光波的疊加。數(shù)學推導得出動光柵的振動速度與光拍頻率的關(guān)系其中ωd是光拍圓頻率，v是動光柵振動速度（也即音叉振動速度。），d是光柵密度。即其中為光柵密度。這樣力學量v和光學量F拍之間搭起了橋梁。

最后，和學生一起總結(jié)實驗思路：（1）調(diào)整光路，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器后在示波器上觀察到強的光拍信號；（2）尋找音叉振動的諧振點，調(diào)整音叉功率和頻率，聽音叉聲音，并借助示波器。（3）測量完整的諧振曲線，此時固定音叉功率。

隨后學生自己整理思路，自己獨立動手完成實驗。

4 對部分學生進行進一步指導

按步驟3討論完實驗思路后，由于學生個體的差異，相當一部分同學還是有很多不明白的地方。這時再單獨指導。了解學生的問題，搞清學生的問題出現(xiàn)在哪里。先讓學生從理論上找出答案，然后再讓學生尋找具體哪個或哪些實驗儀器部件可以達到目的。而不是直接告訴學生結(jié)果。這個環(huán)節(jié)學生起主導作用。

5 實驗報告中對實驗步驟的要求

為了督促學生對實驗操作過程進行回顧，我們特別要求在實驗報告上詳細寫出實驗步驟。學生在完成這一部分的過程中有時會發(fā)現(xiàn)操作過程中的重大失誤。教師在批閱實驗報告時也能從這一部分及時發(fā)現(xiàn)學生的問題，引起學生對細節(jié)問題的關(guān)注，培養(yǎng)全面良好的實驗習慣和能力。同時這一要求還可以加深學生對實驗設計思路的認識。

6 實驗報告中對實驗數(shù)據(jù)處理的要求

實驗報告中要求將實驗原始數(shù)據(jù)進行整理列表，反復要求學生標明物理量、單位及有效數(shù)字，培養(yǎng)良好習慣和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，為以后教學和科研工作打基礎。要求利用Excel、Origin等軟件進行作圖，培養(yǎng)學生計算機處理數(shù)據(jù)的能力。

這一教學方法是在對三屆學生的教學過程中逐漸摸索出來的，受到了較好的效果，具體體現(xiàn)在教學評估成績的提高：第一屆學生給教師的教學評估成績?yōu)?2.03，第二屆學生給教師的教學評估成績?yōu)?4.27，第三屆學生給教師的教學評估成績?yōu)?4.41。當然，綜合設計性實驗與大學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)不是幾個實驗就能完成的，是一個復雜的系統(tǒng)工程，只有每一個教育工作者都積極參與行動起來，從教學工作的一點一滴做起，才能真正達到培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目的。此外，在以后的教學中還需要根據(jù)學生具體情況相應調(diào)整和改進教學方法。

［1］張清.加強綜合設計性物理實驗的初步實踐［J］.安徽工業(yè)大學學報：社會科學版，2001，18（2）：105－106.

［2］馬世紅.設計性、研究性物理實驗的實踐情況［J］.物理實驗，2004，24（11）：28－33.

［3］田睿，田碩.對設計性綜合物理實驗課程的探索（以河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院為例）［J］.技術(shù)與市場，2009，16（10）：77－78.

［4］楊靜，陳曉花，潘晨.用激光雙光柵法測量微小位移的實驗研究［J］.上饒師范學院學報，2012，32（3）：42－48.

［5］周永軍.開設創(chuàng)新物理實驗課程的實踐與探索［J］.大學物理實驗，2013（1）：114－116.