唐金龍，謝英英，羅曉琴，周自剛

(西南科技大學(xué) 理學(xué)院，四川 綿陽 621010)

物理實(shí)驗一體化教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

唐金龍，謝英英，羅曉琴，周自剛

(西南科技大學(xué) 理學(xué)院，四川 綿陽 621010)

西南科技大學(xué)理學(xué)院采取將演示和仿真實(shí)驗與基礎(chǔ)性物理實(shí)驗有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式, 實(shí)踐表明在學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗前，發(fā)揮學(xué)生主觀能動性積極參與仿真實(shí)驗后比直接進(jìn)入基礎(chǔ)性實(shí)驗效果要明顯提高。而且結(jié)束實(shí)驗后，學(xué)生參加演示實(shí)驗進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)練習(xí)，要比單一用實(shí)驗報告效果更明顯，學(xué)生也明顯感覺每個實(shí)驗對其幫助較大。

仿真；演示；輔助；綜合；開放

大學(xué)物理實(shí)驗是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程,是理工科學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后受到系統(tǒng)實(shí)驗方法和實(shí)驗技能訓(xùn)練的開端[1-2]。但是，國內(nèi)很多高校的學(xué)生對實(shí)驗存應(yīng)付心理，實(shí)驗興趣不高，創(chuàng)新意識不強(qiáng)，從而使大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)在預(yù)習(xí)、操作和數(shù)據(jù)處理三個環(huán)節(jié)都出現(xiàn)諸多問題，主要問題包括三個方面：(1)學(xué)生預(yù)習(xí)形式化，以完成預(yù)習(xí)報告為目的，因而大多數(shù)學(xué)生在預(yù)習(xí)時盲目照抄書本上的內(nèi)容，預(yù)習(xí)報告寫了一大篇，成效卻很小。造成的結(jié)果是學(xué)生對實(shí)驗原理、實(shí)驗過程一知半解，正式實(shí)驗時就無從下手。(2)學(xué)生實(shí)驗時間不充足。由于學(xué)生的預(yù)習(xí)成效不大，教師詳細(xì)地講解實(shí)驗原理、方法、步驟、儀器使用、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等[3]，因此在規(guī)定的學(xué)時中學(xué)生的實(shí)驗操作時間就少了。結(jié)果使得一部分學(xué)生不能在規(guī)定的學(xué)時內(nèi)完成實(shí)驗，而另一部分學(xué)生為了搶時間雖然得出了數(shù)據(jù)，但不按要求完成儀器的調(diào)節(jié)和使用，忽視實(shí)驗的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。另外，很多儀器設(shè)備都集成化，外觀都是一個黑箱子，從而掩蓋了實(shí)驗原理。(3)實(shí)驗總結(jié)形式單一，內(nèi)容片面，學(xué)生課后的數(shù)據(jù)處理單一，以完成實(shí)驗報告為主。這種格式化的報告基本上大同小異，從中很難看出學(xué)生對待實(shí)驗的態(tài)度，更難見到有特色、有創(chuàng)新、有一定水平的實(shí)驗報告[4-5]。

針對上述物理實(shí)驗教學(xué)的不足，西南科技大學(xué)大學(xué)物理示范中心在試點(diǎn)班的教學(xué)中采用集仿真-實(shí)驗-演示一體的大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)模式，全面開放仿真演示實(shí)驗室從而有效地將仿真演示實(shí)驗融入基礎(chǔ)實(shí)驗教學(xué)的教學(xué)過程中。通過仿真軟件將實(shí)驗設(shè)備、教學(xué)內(nèi)容、教師指導(dǎo)和學(xué)生的思考、操作有機(jī)地融為一體。同時打破實(shí)驗教學(xué)的課堂、課時限制，使實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸。

1 仿真實(shí)驗銜接基礎(chǔ)實(shí)驗前

1.1 仿真實(shí)驗使課前預(yù)習(xí)實(shí)質(zhì)化

近年我校物理實(shí)驗示范中心在學(xué)校、學(xué)院的支持下完善了仿真實(shí)驗室條件，配置了64臺電腦以及相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)版仿真實(shí)驗系統(tǒng)。利用網(wǎng)絡(luò)版的仿真軟件，學(xué)生可自主在線學(xué)習(xí)，加深了學(xué)生對實(shí)驗儀器、實(shí)驗原理和實(shí)驗過程的理解，節(jié)省了教學(xué)時間，營造了多樣化的教學(xué)模式，使實(shí)驗教學(xué)內(nèi)容在時間和空間上得到延伸[6]。

在對試點(diǎn)班的教學(xué)中充分將仿真實(shí)驗融入基礎(chǔ)實(shí)驗教學(xué)過程，以仿真實(shí)驗作為實(shí)驗教學(xué)的開端，要求學(xué)生在完成每一個基礎(chǔ)實(shí)驗之前必須先利用仿真實(shí)驗完成相應(yīng)的實(shí)驗預(yù)習(xí)[7]，通過計算機(jī)以及仿真軟件模擬該物理實(shí)驗流程，從而熟悉實(shí)驗的原理、操作以及實(shí)驗現(xiàn)象。再進(jìn)入仿真實(shí)驗室完成對應(yīng)的基礎(chǔ)性實(shí)驗的模擬考試，并且由系統(tǒng)當(dāng)場根據(jù)學(xué)生的操作情況給出預(yù)習(xí)成績，合格后才能進(jìn)入實(shí)驗室完成相應(yīng)的基礎(chǔ)實(shí)驗。這種實(shí)驗教學(xué)模式有效地杜絕了學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗走形式和抄襲，提高學(xué)生完成基礎(chǔ)性實(shí)驗的實(shí)驗效率。

1.2 仿真實(shí)驗使課堂操作自主化

學(xué)生在通過上述的仿真演示實(shí)驗的預(yù)習(xí)后，已經(jīng)理解了實(shí)驗原理，熟悉了實(shí)驗儀器的使用和注意事項。因此，在實(shí)驗課堂上教師可不必對此再做講解，從而使學(xué)生在三個學(xué)時的時間內(nèi)有充分的時間來完成實(shí)驗操作，有效地解決了時間不足，不能完成實(shí)驗的現(xiàn)象，也避免了學(xué)生為了搶時間得出數(shù)據(jù)而忽略儀器操作的規(guī)范性。在實(shí)驗前教師可針對學(xué)生在實(shí)驗中會遇到的實(shí)驗現(xiàn)象，或者針對學(xué)生的專業(yè)講解本實(shí)驗在其專業(yè)領(lǐng)域的其他應(yīng)用方向，給學(xué)生提出問題。例如：本實(shí)驗中為什么會出現(xiàn)某些現(xiàn)象，針對這些現(xiàn)象如何解釋，或者讓學(xué)生思考本實(shí)驗在其專業(yè)方面有哪些應(yīng)用。讓學(xué)生帶著這些問題去做實(shí)驗，學(xué)生在實(shí)驗中就會考慮這個實(shí)驗中會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象，出現(xiàn)這種現(xiàn)象怎樣解決，這個實(shí)驗還可以怎么拓展。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。例如，在硅壓式阻力敏傳感器測表面張力系數(shù)的實(shí)驗中，針對會出現(xiàn)的現(xiàn)象提問：為什么在電壓會出現(xiàn)先增大后減小的現(xiàn)象？要求學(xué)生通過實(shí)驗觀察現(xiàn)象，課后以小論文的形式分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因及處理意見，并對此提出對實(shí)驗的改進(jìn)方案。鼓勵學(xué)生對自擬實(shí)驗方案進(jìn)行探索性、研究性、創(chuàng)造性實(shí)踐[8]。

1.3 通過實(shí)驗儀器功能拓展使實(shí)驗報告形式、內(nèi)容多樣化

以演示實(shí)驗室為平臺，建立多功能的開放實(shí)驗室[9]。將演示實(shí)驗室分成三個區(qū)域：演示實(shí)驗區(qū)、基礎(chǔ)實(shí)驗區(qū)、綜合設(shè)計實(shí)驗區(qū)。在該實(shí)驗室配置演示實(shí)驗設(shè)備、力、熱、電、光及近代物理實(shí)驗儀器各1～2套以及一些綜合性實(shí)驗設(shè)備，學(xué)生可獨(dú)立完成演示實(shí)驗，基礎(chǔ)實(shí)驗、綜合設(shè)計性實(shí)驗以及部分創(chuàng)新實(shí)驗。其作用主要表現(xiàn)在兩個方面：

(1)學(xué)生完成基礎(chǔ)實(shí)驗后，為進(jìn)一步鞏固知識點(diǎn)，要求學(xué)生課后在演示實(shí)驗室完成與該實(shí)驗同一模塊的其他實(shí)驗內(nèi)容[10]。例如：學(xué)生在完成了共振干涉法和相位比較法測聲速后，利用課余時間在演示實(shí)驗室完成駐波的形成、示波器觀察李薩如圖形等同一功能模塊的演示實(shí)驗，觀察現(xiàn)象，進(jìn)一步理解該知識點(diǎn)。

(2)教師通過課堂提問方式提出實(shí)驗項目，由學(xué)生課后提交設(shè)計方案，對有興趣的學(xué)生可通過師生討論后在演示實(shí)驗室完成實(shí)驗，課后以論文形式提交報告。通過開放實(shí)驗室，為學(xué)生提供靈活機(jī)動的自主學(xué)習(xí)，個性發(fā)展的空間和時間[11]。

2 學(xué)生實(shí)驗流程及實(shí)驗效果

對試點(diǎn)班學(xué)生采用仿真、演示、基礎(chǔ)實(shí)驗相結(jié)合的教學(xué)方式，具體實(shí)驗流程如圖1所示。

圖1 物理實(shí)驗的一體化模式示意圖

均以材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生為例我們對普通班和試點(diǎn)班學(xué)生在預(yù)習(xí)效果、操作效果和實(shí)驗拓展效果方面進(jìn)行了綜合的比較，具體比較如下：

3 結(jié)束語

我校物理實(shí)驗示范中心首先在教學(xué)試點(diǎn)班上實(shí)施本方案，實(shí)踐表明，上述教學(xué)模式的改革有利于調(diào)動學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力以及學(xué)生的創(chuàng)新意識方面都起到了明顯的作用。為此，我們下一步將逐步把這一教學(xué)模式在試點(diǎn)班的基礎(chǔ)上推廣實(shí)施。

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Exproration and Practice of Integration Teaching Mode of Physics Experiment

TANG Jinong, XIE Yinging, LUO Xiaoin, ZHOU Ziang

(School of Science, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010,China)

Southwest University of Science and Technology adopts the combination with demonstrating and simulating experiment into basic physical experiment teaching mode. The results show that students can exert the conscious activity and participate in the simulation experiment. By adopting this mode, the experiment effect has been significantly improved. Obviously, after finishing physics experiments, their experiment reports are better than those who had not adapted demonstrating and simulating experiment mode, and most of them feel that learning a lot from the basic physics experiments.

simulation; presentation; auxiliary; comprehensive; opening

2014-11-18；修改日期: 2014-12-11

唐金龍(1978-)，男，博士，講師。主要從事實(shí)驗與實(shí)踐教學(xué)與研究方面的工作。

G642.423；O4-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.036