高　紅，李朝榮，張俊英，王　玫，李英姿，李　華

(北京航空航天大學(xué) 物理科學(xué)與核能工程學(xué)院，北京　100191)

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基礎(chǔ)物理實驗課后的思考

高紅，李朝榮，張俊英，王玫，李英姿，李華

(北京航空航天大學(xué) 物理科學(xué)與核能工程學(xué)院，北京100191)

摘 要：物理實驗課的課后討論需要引起重視，同時這是尊重和提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力的必要途徑。提出物理實驗課課后開設(shè)討論答疑課的必要性和重要性。闡述了開設(shè)實驗課后討論答疑課可以采取的方式和方法，目的是實現(xiàn)學(xué)生與教師的綜合素質(zhì)在學(xué)與教的過程中相互促進(jìn)與相互提高。

關(guān)鍵詞：物理實驗；實驗討論；實驗教學(xué)；自主創(chuàng)新

物理學(xué)正在滲透到各個學(xué)科領(lǐng)域，而這種滲透無不與實驗密切相關(guān)。顯然，物理實驗正是從物理基礎(chǔ)理論到其他應(yīng)用學(xué)科的橋梁。只有真正掌握了物理實驗的基本功，才能順利地把物理原理應(yīng)用到其他學(xué)科進(jìn)而產(chǎn)生質(zhì)的飛躍[1]?；A(chǔ)物理實驗課教學(xué)對學(xué)生掌握物理實驗基本功，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力有著極其重要的意義，但是，目前基礎(chǔ)物理實驗的教學(xué)效果不理想也是很多高校普遍存在的問題[2-5]。針對實驗教學(xué)模式老化、方法死板等弊端，國內(nèi)很多高校都在實驗教學(xué)改革中做出了探索和實踐，比如開設(shè)預(yù)習(xí)課[6]，開放式實驗教學(xué)模式[7]，分級式教學(xué)[8]等等。我校物理實驗教學(xué)中心正在對“一制二式”物理實驗教學(xué)模式進(jìn)行探索和實踐，在個性化培養(yǎng)和篩選優(yōu)秀學(xué)生方面取得了較好效果，夯實了學(xué)生的實驗基礎(chǔ)，也培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力[9]。目前，基礎(chǔ)物理實驗的教學(xué)環(huán)節(jié)，一般都包含課前預(yù)習(xí)、課堂實驗操作和課后實驗報告[10]。對實驗課程體系改革和優(yōu)化主要依托并落實到這三個階段中，其中課后的實驗報告是最終環(huán)節(jié)，也是目前評價學(xué)生實驗成績的重要渠道。然而，學(xué)生是否真正理解了實驗原理、是否真正掌握了實驗儀器的操作，對實驗中存在的問題、實驗報告中出現(xiàn)的問題是否理解并徹底解決，是否通過該實驗對生活中的物理現(xiàn)象有了新的認(rèn)識，教師則很難了解并加以因人制宜的指導(dǎo)。作為對本?！耙恢贫健蔽锢韺嶒灲虒W(xué)模式的探索和延伸，本文將以示波器的使用為例，強調(diào)實驗課后環(huán)節(jié)的重要性和必要性。加強課后討論，調(diào)動學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的動手與自主創(chuàng)新能力，提高物理實驗教學(xué)質(zhì)量，使本校學(xué)生和教師能夠同時受益，這是物理實驗教學(xué)最終要達(dá)到的目標(biāo)。

1基礎(chǔ)物理實驗課后的現(xiàn)象

教學(xué)實驗與科學(xué)實驗不同，在教學(xué)實驗中實驗結(jié)果往往是預(yù)知的，或有公認(rèn)值的[10]。在教學(xué)實驗過程中，很有可能發(fā)生實驗結(jié)果與公認(rèn)值不一致的情況。

這種不一致的原因，不一定是因為學(xué)生操作的失誤、概念理解不當(dāng)或計算錯誤，它也可能是由于儀器設(shè)備不正常或周圍環(huán)境等其他原因造成的。決不可認(rèn)為實驗值與公認(rèn)值越接近，就表明實驗做得好，得分也會越高；更不可為追求實驗結(jié)果與公認(rèn)值的一致而編造或篡改實驗記錄。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度講，能夠理解基礎(chǔ)物理的實驗原理和學(xué)會操作實驗儀器，進(jìn)而提高動手能力，培養(yǎng)基本的物理思想才是最重要的，這也是基礎(chǔ)物理實驗課程的目標(biāo)。

一個實驗的最終結(jié)果，總是以實驗報告的形式展現(xiàn)在人們的面前的。實驗報告要完全真實地反映實驗的所有情況。然而，有些同學(xué)往往只重視數(shù)據(jù)處理和得出實驗結(jié)果，對于實驗?zāi)康?、原理和步驟只是大段的照抄教材的文字，并沒有轉(zhuǎn)化為自己對相關(guān)物理概念的理解，這是非常不可取的。實驗條件包括實驗的環(huán)境、所用的儀器設(shè)備、實驗對象以及其他有關(guān)器材等。實驗過程中要隨時記下觀察到的現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)的問題和自己產(chǎn)生的想法；特別當(dāng)實際情況和預(yù)期不同時，要記下有何不同，分析為何不同；或者是看到的現(xiàn)象和理論好像矛盾的時候，更要認(rèn)真記錄，分析原因。但是，這些做法由于實驗課程時間的限制，學(xué)生往往只追求最終實驗結(jié)果，草草測試數(shù)據(jù)，在課后做實驗報告時才發(fā)現(xiàn)問題，此時就很容易出現(xiàn)抄襲實驗數(shù)據(jù)的現(xiàn)象[3]。

實驗結(jié)果不是簡單的測量結(jié)果，它應(yīng)包括不確定度的評定、對測量結(jié)果與期望值的關(guān)系的討論，分析誤差的主要原因和改進(jìn)方法，還應(yīng)包括對實驗現(xiàn)象的分析與解釋，對實驗中有關(guān)問題的思考和對實驗結(jié)果的評價等。但是，在學(xué)生的實驗報告中，學(xué)生往往只是機(jī)械地堆列一些公式對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差計算，簡單地堆列一些誤差原因。對于“問題分析與討論”這一環(huán)節(jié)則不夠重視。但是，“問題分析與討論”是有關(guān)激發(fā)學(xué)生獨立思考和創(chuàng)造性思維的內(nèi)容。學(xué)生可以對實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗儀器，測量數(shù)據(jù)結(jié)果等提出獨特見解，這是反映學(xué)生創(chuàng)新能力的重要部分。需要注意地，有些學(xué)生對物理實驗很感興趣，想進(jìn)一步與任課教師進(jìn)行討論，但是現(xiàn)有的教學(xué)模式給學(xué)生提供的機(jī)會不多。因此，這一環(huán)節(jié)有必要在教學(xué)過程中加強并且引起重視。

2課后討論課的有效性

教師對學(xué)生的培養(yǎng)與評價，應(yīng)該側(cè)重于學(xué)生的實驗態(tài)度和習(xí)慣，以及發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力。實驗課后的討論課無疑是調(diào)動學(xué)生積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力的有效途徑。課后討論課的目的是要完善教學(xué)思路，要引導(dǎo)學(xué)生具有創(chuàng)新性的思維方式。所以，實驗討論課是為有興趣和疑問的學(xué)生專門準(zhǔn)備的，老師不應(yīng)把實驗教材中關(guān)于數(shù)據(jù)處理等知識內(nèi)容直接傳授給學(xué)生，應(yīng)以提出問題的方式讓學(xué)生明確實驗討論課的要求：在掌握教材中基本知識的前提下，根據(jù)自己的實驗條件，已經(jīng)分析了自己的實驗數(shù)據(jù)，并且完成了實驗報告，在老師給出報告成績后，提出實驗過程中可能存在的問題以及能夠改進(jìn)的方法等等。如以常見的基礎(chǔ)物理實驗——示波器的使用為例，實驗課后討論課應(yīng)該包含以下3方面的內(nèi)容。

(1)討論課上，老師首先引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)實驗概念進(jìn)行回顧。示波器的基本量測量是電壓。隨著各種換能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，溫度、壓力、振動、速度、聲、光、磁等非電學(xué)物理量都可以轉(zhuǎn)換為便于觀察、記錄和測量的電學(xué)量，因此都可以用示波器進(jìn)行觀察。實驗報告中，學(xué)生已經(jīng)通過修改靈敏度旋鈕和靈敏度微調(diào)旋鈕計算出一系列不同的K值(偏轉(zhuǎn)系數(shù))，如表1所示。

表1　示波器校準(zhǔn)信號不同檔位偏轉(zhuǎn)系數(shù)表

此時，教師就需要跟學(xué)生進(jìn)行互動，引導(dǎo)學(xué)生獨立思考，“在示波器測量電壓時，靈敏度旋鈕位于什么位置，測量電壓才有意義？”此時，學(xué)生就很容易注意到用示波器測量電壓時的注意事項，即只有當(dāng)把“微調(diào)”旋鈕沿順時針方向旋到底至“標(biāo)準(zhǔn)”位置時，其垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)靈敏度K才與面板上的值相符(在實驗誤差允許的范圍內(nèi))，加深了學(xué)生對實驗中物理概念的理解，同時引導(dǎo)學(xué)生能夠從具體的測量結(jié)果中發(fā)現(xiàn)并總結(jié)實驗規(guī)律。

(2)學(xué)生明確了基本概念以后，對教師所評定的報告成績提出質(zhì)疑。大部分學(xué)生不清楚自己實驗報告成績低的原因，往往錯誤地認(rèn)為是自己的實驗數(shù)據(jù)跟公認(rèn)值相差太遠(yuǎn)，往往很有可能只是在一些細(xì)節(jié)上出了小問題。如圖1所示為某學(xué)生實驗報告的部分截圖，在測量二極管伏安特性曲線中，可以看出該學(xué)生在實驗報告中很認(rèn)真地繪制了曲線，但是，對橫縱坐標(biāo)的物理意義、數(shù)值和單位均未進(jìn)行標(biāo)注，這是一種不規(guī)范的作圖習(xí)慣，而并不能就此判斷學(xué)生對該實驗未能掌握，所以教師此時應(yīng)該做的是，在課后討論課上及時對此類學(xué)生的做法加以糾正，使其引起重視，而不是簡單地以實驗報告分?jǐn)?shù)來評價該學(xué)生對此實驗的掌握程度。所以，教師需要在課后討論課上引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，激發(fā)學(xué)生的主體性；同時，學(xué)生需要在課后討論課上對不嚴(yán)謹(jǐn)、不合理的實驗習(xí)慣加以改正，及時接受到任課教師對自己物理實驗?zāi)芰Φ恼鎸嵲u價。

圖1　學(xué)生實驗報告部分截圖：用模擬示波器測量二極管的伏安特性曲線圖

(3)就實驗相關(guān)內(nèi)容展開廣泛討論。在批改實驗報告過程中我們發(fā)現(xiàn)每位同學(xué)對自己的實驗結(jié)果、誤差分析以及實驗心得都有不同的想法和見解。如圖2、3，圖中所示為兩位學(xué)生的實驗報告的結(jié)尾部分，他們分別對此次實驗和自己的實驗結(jié)果有所分析和感悟，但是目前只有教師被動地接受學(xué)生的想法，學(xué)生之間以及學(xué)生與教師之間則很難形成互動交流。因此，在課后討論答疑課上，需要教師從不同方面對實驗報告中所反映的問題以及學(xué)生的想法進(jìn)行歸類，分配給每個小組進(jìn)行討論，完成教師分配的議題之后提出自己組針對該實驗過程所關(guān)心的問題。然后，由每個小組所選出的組長進(jìn)行總結(jié)發(fā)言。最后，教師對整個討論進(jìn)行總結(jié)。在此過程中，不僅能為學(xué)生解決疑惑，同時也能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，尊重學(xué)生的創(chuàng)新性。

圖2　學(xué)生1實驗報告結(jié)尾部分截圖

圖3　學(xué)生2實驗報告結(jié)尾部分截圖

實驗課后開展有針對性的廣泛討論，讓學(xué)生自覺主動地發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而積極地解決問題，培養(yǎng)其主觀能動性；與此同時，提高實驗教師的專業(yè)素質(zhì)，拓寬教學(xué)思路，改進(jìn)基礎(chǔ)物理實驗的教學(xué)。

3實驗課后討論的必要性

基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)對學(xué)生掌握物理實驗的基本功，培養(yǎng)綜合素質(zhì)有著極其重要的意義，要讓強化課后討論落到實處，尊重學(xué)生的自主創(chuàng)新性，進(jìn)而從根本上達(dá)到物理實驗的目標(biāo)，還需要建立健全相配套的軟件和硬件措施[11-12]。壯大具有高素質(zhì)實驗教學(xué)的師資隊伍[13-15]。強化課后實驗討論需要實驗指導(dǎo)老師有較強的課堂影響力，因此，實驗教師需要提高自身專業(yè)水平并且更新教育理念，優(yōu)化實驗教材的編寫，給學(xué)生留出自主空間；設(shè)定開放式的課后思考題，給學(xué)生提供機(jī)會按所掌握的知識考慮實驗方法、設(shè)計實驗步驟進(jìn)行創(chuàng)新實驗，目的是提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)的能力，增強學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4結(jié)論

開設(shè)課后討論答疑課目的是調(diào)動學(xué)生積極性，啟發(fā)學(xué)生的物理思想，通過“提問”、“討論”、“總結(jié)”與“展望”，拓寬學(xué)生的知識面和分析問題的思路；同時，提高教師的教學(xué)素養(yǎng)。從教與學(xué)兩方面增強了基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)的有效性，使學(xué)生分析問題解決問題的能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作能力、獨立工作能力都得到了鍛煉和提高?？傊?，積極有效的課后討論，將作為“一制二式”物理實驗教學(xué)模式的組成部分，在我校有計劃地逐步開展，使基礎(chǔ)物理實驗教學(xué)水平達(dá)到更高的層次。

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The Careful Consideration After-Progress of Physical Experiment

GAO Hong,LI Chao-rong,ZHANG Jun-ying,WANG Mei,LI Ying-zi,LI Hua

(School of Physics and Nuclear Energy Engineering,Beihang University,Beijing 100191)

Abstract：It is important that we pay attention to after-progress of physical experiment course focused on discussion section,which is a respect on students' ability of independent innovation.Teaching methods of answering and discussing lesson after physics experiment course are expounded,in order to achieve promotion and enhancement of the overall quality of students and teachers in the process of learning and teaching.

Key words：physics experiment；experimental discussion；experiment teaching；self-innovation

中圖分類號：O 436.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.033

文章編號：1007-2934(2016)01-0124-04

基金項目：北京航空航天大學(xué)基礎(chǔ)教學(xué)改革項目

收稿日期：2015-09-15