張雙成 晏翠瓊 魏生賢 顧凌吉 李 杰 周應(yīng)強

（曲靖師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，云南 曲靖 655011）

0 引言

設(shè)計性實驗是教師給定實驗?zāi)康暮蛯嶒灄l件后,由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并在老師指導(dǎo)下加以實現(xiàn)的探索性實驗,同時也是介于基礎(chǔ)教學(xué)實驗和實際科學(xué)實驗之間的、具有對科學(xué)實驗全過程進(jìn)行初步訓(xùn)練的教學(xué)實驗,著重培養(yǎng)學(xué)生獨立解決實際問題的能力、創(chuàng)新能力以及組織管理能力，目的是提高學(xué)生的綜合能力[1-5]。作為新建本科院校開展設(shè)計性實驗還處于摸索階段，學(xué)生對于實驗過程中可能出現(xiàn)的問題缺乏預(yù)測和掌握,出現(xiàn)突發(fā)情況感覺無從下手。為了達(dá)到開設(shè)設(shè)計性實驗的真正目的，本文以設(shè)計性實驗特點、要求為基礎(chǔ)，結(jié)合曲靖師范學(xué)院（2000年新建本科院校）物理實驗教學(xué)示范中心在電磁學(xué)實驗課程中開設(shè)的設(shè)計性實驗“磁電式電表的擴(kuò)程與校準(zhǔn)”總結(jié)幾點教學(xué)實踐經(jīng)驗，為今后更好開展設(shè)計性實驗夯實基礎(chǔ)。

1 對象和方法

1.1 教學(xué)對象

教學(xué)研究對象選擇曲靖師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院2010級物理學(xué)專業(yè)本科二年級學(xué)生，1個班共69人。

1.2 教學(xué)方法

曲靖師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院針對2010級物理學(xué)專業(yè)開設(shè)《電磁學(xué)實驗》課程總計33學(xué)時共10個實驗項目，其中完成1個設(shè)計性實驗項目。具體安排是學(xué)生先完成9個必做實驗項目的學(xué)習(xí)任務(wù)，內(nèi)容是學(xué)習(xí)基本電路的接法、特點，了解基本電學(xué)儀表儀器的性能、結(jié)構(gòu)和使用，驗證穩(wěn)恒電磁場特點及其所遵守的規(guī)律；要求學(xué)生學(xué)會排除基本電路故障的方法，掌握測量電學(xué)量的基本方法，進(jìn)一步認(rèn)識電磁場所遵守的規(guī)律，學(xué)會處理實驗數(shù)據(jù)的基本方法。學(xué)生完成9個基礎(chǔ)實驗項目之后再完成1個設(shè)計性實驗項目。

開學(xué)初第一次課指導(dǎo)教師將本課程主要內(nèi)容和要求、開課進(jìn)度做了具體安排。對于設(shè)計性實驗——磁電式電表的擴(kuò)程與校準(zhǔn)，要求學(xué)生在完成設(shè)計性實驗項目之前認(rèn)真查閱資料，做到了解電表的性能、結(jié)構(gòu)、工作原理；掌握改裝電流表、電壓表和歐姆計原理；掌握確定電表等級的方法。每個學(xué)生在實驗前先寫出實驗方案。實驗過程中由于實驗室條件限制，不能滿足一個學(xué)生完成一塊電表改裝并校準(zhǔn)，所以將全班分為14個小組，平均4～5人一組，每組指定一個組長。具體辦法是在實驗前兩周指導(dǎo)教師先根據(jù)學(xué)生的實驗方案將完成相同或相近任務(wù)的同學(xué)劃為一組，同時兼顧學(xué)生成績優(yōu)中差搭配。然后由各組長組織討論本小組各組員的實驗方案，最終由組員共同提議確定或整合一個方案來完成實驗任務(wù)。教師在小組討論過程中或參與或旁聽。實驗方案成熟1個，允許實踐改裝1塊電表，最終學(xué)生的具體任務(wù)是將一塊G表改裝為較大量程的電流表、電壓表或萬用表；改裝后的電表可以是單量程、雙量程或多量程的，量程大小自由選擇，但每組不一樣；電路設(shè)計方便、安全、高精度為原則；電表改裝好以后要求校準(zhǔn)并確定等級，在校準(zhǔn)過程中，如果改裝好的電表準(zhǔn)確度太低，需要反復(fù)調(diào)整、更換電路中電阻元件或改變原來電路設(shè)計，直到達(dá)標(biāo)為準(zhǔn)。學(xué)生完成實驗操作環(huán)節(jié)后，總結(jié)實驗過程、分析實驗結(jié)果撰寫小論文。論文要求每人1份，同一小組除方案、實驗原始數(shù)據(jù)一致，其余各自獨立完成。

在學(xué)生進(jìn)行實驗操作之前，教師必須清楚在學(xué)生進(jìn)行改裝和校準(zhǔn)電表實驗過程中電表類別、量程、電路圖的設(shè)計，電阻元件參數(shù)的選取和電路焊接的技巧、方法，表頭內(nèi)阻的測量方法和注意事項等。在學(xué)生實驗階段，完全實現(xiàn)學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，學(xué)生自己準(zhǔn)備實驗、操作實驗、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，當(dāng)學(xué)生遇到突發(fā)問題和無從解決的問題時，教師只做引導(dǎo)者，不幫學(xué)生直接解決問題。

1.3 學(xué)生成績考核方法

教師對學(xué)生設(shè)計性實驗成績的評價辦法是采取考核學(xué)生實驗過程中幾個環(huán)節(jié)的情況，其中包括：實驗準(zhǔn)備環(huán)節(jié)30分、實驗操作環(huán)節(jié)30分、論文成績30分、參與活動的主動性10分。具體操作：實驗前兩周，教師收齊學(xué)生擬定的實驗方案，根據(jù)學(xué)生查找資料和運用的情況、實驗方案的可行性、實驗參數(shù)的合理性、實驗原理和實驗方法掌握情況給出實驗準(zhǔn)備環(huán)節(jié)成績；實驗操作成績，主要考查學(xué)生在實驗過程中操作的規(guī)范性、熟練程度、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的思路和能力；論文成績主要看論文結(jié)構(gòu)、實驗數(shù)據(jù)處理情況、分析實驗結(jié)果的角度、深度廣度，論文的條理性，語言表述的準(zhǔn)確性；學(xué)生參與活動的主動性成績是綜合前面三個環(huán)節(jié)同時結(jié)合在小組討論中學(xué)生的參與度來給出評價。

2 教學(xué)效果與分析

圖1-圖5是作者在教學(xué)過程中嚴(yán)格按照上述考核辦法對學(xué)生成績評定的結(jié)果。圖1統(tǒng)計設(shè)計性實驗學(xué)生總成績，數(shù)據(jù)表明：學(xué)生能夠圓滿完成設(shè)計性實驗并取得良好效果，其中有26%的同學(xué)取得優(yōu)秀（90-100分），55%的同學(xué)達(dá)到良好 （80-90分），19%的同學(xué)達(dá)合格以上成績（60-80 分）。

圖1 設(shè)計性實驗學(xué)生總成績

圖2-圖4統(tǒng)計實驗過程中各環(huán)節(jié)成績。圖2顯示準(zhǔn)備階段，學(xué)生根據(jù)老師所給實驗任務(wù)，獨立自主查找資料，研究資料，開展小組討論等活動設(shè)計實驗方案。結(jié)果近70%的同學(xué)能夠設(shè)計出有一定設(shè)計思想、可行合理的實驗方案；26%的同學(xué)基本能夠完成簡單、合理可行的設(shè)計方案；6%的同學(xué)需要幫助完成設(shè)計達(dá)到要求。此環(huán)節(jié)學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中從傳統(tǒng)的被動接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥娜カ@取知識，經(jīng)歷查找資料、歸納總結(jié)提升資料尋找解決問題方法的過程，這是鍛煉學(xué)生邏輯思維的過程。開展小組討論修訂實驗方案又是讓學(xué)生學(xué)會合作、培養(yǎng)學(xué)生組織管理能力的過程。

圖3表明：實驗操作階段，學(xué)生根據(jù)自己所設(shè)計的方案進(jìn)行實驗測試、調(diào)試和校準(zhǔn)。結(jié)果60%的同學(xué)能夠規(guī)范、熟練的進(jìn)行實驗，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題和解決問題；36%的同學(xué)能夠按照自己的方案進(jìn)行實驗，但在實驗過程中需要老師一定的指導(dǎo)；4%的同學(xué)需要老師反復(fù)指導(dǎo)完成。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生理論聯(lián)系實際進(jìn)行實驗操作，觀察實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，最后完成設(shè)計性實驗任務(wù)。實驗操作均由學(xué)生自己完成，能充分鍛煉學(xué)生的動手能力。出現(xiàn)問題均由學(xué)生自己解決，教師只簡單提示和引導(dǎo)不做解決問題的工作，這樣能提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

圖2 準(zhǔn)備階段成績

圖4 論文成績

圖4統(tǒng)計學(xué)生論文成績，其中17%的同學(xué)論文結(jié)構(gòu)完整、思路清晰、語言表達(dá)通順，說理清楚但深度廣度還需繼續(xù)加強；54%的同學(xué)能夠?qū)⒄撐目蚣艽钇饋恚φ撐拿恳徊糠值淖珜懛椒ㄓ幸欢ǖ恼J(rèn)識，但要達(dá)到結(jié)構(gòu)完整、層次分明、說理清楚等還需下功夫；還有29%的同學(xué)基本沒有脫離實驗報告?？傊?，論文撰寫環(huán)節(jié)是整個教學(xué)過程中的薄弱環(huán)節(jié)。當(dāng)然作為大學(xué)二年級第一學(xué)期的學(xué)生沒有任何論文撰寫常識的情況下，單憑一次實驗指導(dǎo)老師對論文寫作要求的簡單介紹和學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)、研究文獻(xiàn)就有近70%的同學(xué)能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)寫成結(jié)構(gòu)基本完整，有一定條例的文章，甚至有少部分同學(xué)基本達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)文章的雛形，這其實是教學(xué)過程中一個很大的成果。這一環(huán)節(jié)是實驗結(jié)束要求每個同學(xué)總結(jié)實驗過程、分析實驗結(jié)果得出自己的看法，這是進(jìn)一步鍛煉提升學(xué)生歸納、總結(jié)和分析問題的邏輯思維能力。

圖5 學(xué)習(xí)主動成績

實驗過程中，學(xué)生的主動性貫穿整個實驗過程，從查找資料、設(shè)計方案、小組討論和實驗操作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題及其論文寫作等過程中的參與程度和成效來考核學(xué)生的主動性。圖5顯示71%的同學(xué)主動性很高，26%的同學(xué)能主動參與，2%的同學(xué)專業(yè)成績不理想，但還是按要求參與各項任務(wù)?？傮w上看，開展設(shè)計性實驗，學(xué)生的主動性很高。

3 教學(xué)思考

電表是電磁學(xué)實驗中最基本最常用的儀表。電表的改裝與校準(zhǔn)實驗項目可開成驗證性實驗、設(shè)計性實驗或綜合性實驗，實驗內(nèi)容和要求伸縮范圍很大，能滿足不同層次學(xué)生的需求。本中心將“電表的改裝與校準(zhǔn)實驗”開成設(shè)計性實驗，其內(nèi)容結(jié)合學(xué)生實際、設(shè)計性較強、具有啟發(fā)性、學(xué)生能夠完成設(shè)計性實驗的任務(wù)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的重要因素。

學(xué)習(xí)過程是學(xué)生獲取知識、鍛煉能力的過程，學(xué)習(xí)過程中學(xué)生在每一個環(huán)節(jié)上獲得的努力成效，直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。教師評價學(xué)生學(xué)習(xí)成績采取考核環(huán)節(jié)成效的辦法，能客觀公正給出學(xué)生成績、肯定學(xué)生的智慧和努力。教師客觀公正評價學(xué)生，是對學(xué)生的尊重、肯定和鼓勵，同時對學(xué)生起到一定促進(jìn)作用。學(xué)生在最大程度上獲得尊重、肯定和鼓勵，同時加以適當(dāng)督促是完成設(shè)計性實驗過程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的關(guān)鍵因素。

指導(dǎo)教師對教學(xué)活動進(jìn)行科學(xué)合理的規(guī)劃，給學(xué)生明確的任務(wù)、充分自主的學(xué)習(xí)時間和空間，同時提供及時有效的方法指導(dǎo)，是學(xué)生能夠順利完成設(shè)計性實驗、提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的有力保障。

在完成設(shè)計性實驗整個過程中教師就是一個引導(dǎo)者，學(xué)生就是一個發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造、生產(chǎn)的實踐者，實驗過程就是培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合能力的過程。在實驗教學(xué)中積極開展設(shè)計性實驗是培養(yǎng)當(dāng)今社會所需具有較強綜合能力的建設(shè)者的有效途徑，如何有效開展設(shè)計性實驗是實驗教學(xué)一線的教師責(zé)無旁貸的重任。

［1］王一冰.開展設(shè)計性實驗提升實踐教學(xué)水平[J].西南民族大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版,2011,37(S1):115-116.

［2］張新華.綜合性和設(shè)計性實驗中支架式指導(dǎo)策略[J].實驗室研究與探索,2010,9(8):261-266.

［3］孫宇航.設(shè)計性物理實驗教學(xué)探討[J].大學(xué)物理實驗,2009,22(3):108-110.

［4］朱世坤,聶宜珍.綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)的探討[J].大學(xué)物理實驗,2007,20(4):87-90.

［5］黃劍平,龔銀香,童金強.設(shè)計性實驗教學(xué)的實踐與探索[J].實驗技術(shù)與管理,2009,26(5):135-143.