熊智慧

(成都師范學(xué)院，成都 611745)

在理工科院校中，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是大學(xué)生的必修專業(yè)課程，是為了培養(yǎng)大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本技能和獨(dú)立思考能力的課程[1]。通過(guò)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠在其他實(shí)踐科目中更好地利用科學(xué)探索的方法去實(shí)踐，從而提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課中，對(duì)以“不確定度”為內(nèi)容的誤差理論進(jìn)行學(xué)習(xí)，是大學(xué)實(shí)驗(yàn)課順利進(jìn)行的基礎(chǔ)。然而，許多大學(xué)對(duì)誤差理論的教學(xué)并不到位，由于師資、教學(xué)方式、設(shè)備等原因，學(xué)生的誤差理論學(xué)習(xí)效果不佳?；诖耍斜匾獙?duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)誤差理論課教學(xué)進(jìn)行思考和探究，找出提高大學(xué)生誤差理論學(xué)習(xí)的方法，切實(shí)打好物理實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

1 高校誤差理論課教學(xué)現(xiàn)狀和不足

在對(duì)大學(xué)生展開(kāi)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)之前，都會(huì)開(kāi)設(shè)誤差理論基礎(chǔ)學(xué)習(xí)的課程，但是在理論課程安排上還是存在著一些不足，影響著學(xué)生對(duì)誤差理論基本概念的理解。學(xué)生對(duì)誤差理論的基本概念理解不深刻，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中就會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)處理的不確定度計(jì)算方法難以理解，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不好。高校教師對(duì)誤差理論教學(xué)主要采取灌輸式方法，將誤差理論的基本概念和計(jì)算方法講授給學(xué)生，而學(xué)生在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目操作過(guò)程中遇到問(wèn)題，卻沒(méi)有良好的思維去探究和處理。教師應(yīng)改變誤差理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)方式，以學(xué)生為主體，分四個(gè)階段展開(kāi)教學(xué)。

2 應(yīng)用四階段誤差理論教學(xué)法的注意事項(xiàng)

第一，對(duì)單個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測(cè)量。對(duì)數(shù)據(jù)的觀測(cè)次數(shù)越多，數(shù)據(jù)的平均值與被觀測(cè)量的真值就越相近，得出的測(cè)量結(jié)果也會(huì)更準(zhǔn)確[2]。但是觀測(cè)的次數(shù)越多，付出的時(shí)間成本和經(jīng)濟(jì)成本就越高，許多高校還不足以支持學(xué)生進(jìn)行不限次數(shù)的觀測(cè)，學(xué)生在經(jīng)過(guò)多次測(cè)量后，也會(huì)對(duì)測(cè)量工作產(chǎn)生厭倦和懈怠的心理。在這種情況下，教師應(yīng)保證學(xué)生的觀測(cè)次數(shù)不少于6次，以便得出相對(duì)準(zhǔn)確的觀測(cè)值。

第二，在數(shù)據(jù)測(cè)量的同時(shí)，應(yīng)意識(shí)到同一個(gè)數(shù)據(jù)的多次測(cè)量是具有相互獨(dú)立性的，這是評(píng)定不確定度中需要特別注意的。相互獨(dú)立性是指每一個(gè)數(shù)據(jù)的測(cè)量都相互獨(dú)立，互不影響[3]。

第三，規(guī)范使用儀器。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，要了解測(cè)量?jī)x器的正確使用方法，規(guī)范使用測(cè)量?jī)x器，這是提高測(cè)量數(shù)據(jù)精確度的有效方法。

3 四階段誤差理論教學(xué)法的具體內(nèi)容

第一階段：引入誤差理論時(shí)選擇創(chuàng)造貼近生活的情境。不確定度理論是一個(gè)專業(yè)術(shù)語(yǔ)，要是學(xué)生過(guò)分糾結(jié)于難懂的高數(shù)知識(shí)和高數(shù)公式推導(dǎo)，將導(dǎo)致學(xué)生長(zhǎng)期處于聽(tīng)不懂、難理解的狀態(tài)。對(duì)于高數(shù)知識(shí)基礎(chǔ)薄弱的大學(xué)生，要將不確定度的理論知識(shí)融入日常生活中，讓學(xué)生在實(shí)際生活中體會(huì)不確定度的意義。將不確定度展現(xiàn)在實(shí)際生活中，學(xué)生就能形象地了解不確定度是由于測(cè)量誤差的存在而導(dǎo)致被測(cè)量量不能確定的程度，明白不確定度的評(píng)定范圍是被測(cè)量量真值的范圍。創(chuàng)設(shè)的情境可以是讓學(xué)生用身邊的測(cè)量工具，如三角板進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量身邊的物體，如書(shū)本的厚度。這樣的情境設(shè)置簡(jiǎn)單易操作，能讓學(xué)生形象地感受到不確定度的含義，學(xué)生的測(cè)量積極性也會(huì)有所提高。

通過(guò)課堂上簡(jiǎn)單的測(cè)量，能夠發(fā)現(xiàn)學(xué)生的測(cè)量問(wèn)題。例如：有的學(xué)生只是將本次測(cè)量看作是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)收集，對(duì)測(cè)量誤差本身的含義沒(méi)有理解，導(dǎo)致測(cè)量了多次都是在同一位置，造成最終數(shù)據(jù)的不確定度為零的假象；有的學(xué)生沒(méi)有把握測(cè)量的次數(shù)，測(cè)量了兩三次就開(kāi)始計(jì)算不確定度，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不準(zhǔn)確。教師應(yīng)向?qū)W生講解測(cè)量的注意事項(xiàng)和不確定度的含義，讓學(xué)生真正學(xué)懂知識(shí)，這樣在實(shí)驗(yàn)操作中才更有邏輯性。設(shè)置情境讓學(xué)生練習(xí)，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的問(wèn)題，理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)才能達(dá)到應(yīng)有的效果。

第二階段：規(guī)范操作要求，全程指導(dǎo)。大學(xué)物理基于高中物理，但又和高中物理不同，很多學(xué)生并不了解實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范書(shū)寫，所以教師應(yīng)詳細(xì)指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行規(guī)范的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書(shū)寫。書(shū)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，可以給出實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書(shū)寫模版，指導(dǎo)學(xué)生填寫測(cè)量和計(jì)算的數(shù)據(jù)，降低學(xué)生書(shū)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的難度，規(guī)范學(xué)生的書(shū)寫格式。

要注意對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的全程指導(dǎo)，及時(shí)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤操作。在檢查學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，要對(duì)學(xué)生測(cè)量的數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行詳細(xì)分析，對(duì)學(xué)生出現(xiàn)的小錯(cuò)誤及時(shí)批注，督促學(xué)生對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。

在這個(gè)過(guò)程中，雖然教師要全程指導(dǎo)，但并不是教師要全權(quán)控制學(xué)生的操作，實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量和計(jì)算都要由學(xué)生去完成[4]。在這樣經(jīng)過(guò)多次反復(fù)的詳細(xì)訓(xùn)練和指導(dǎo)后，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力都會(huì)得到很大程度的提高。

第三階段：檢查糾錯(cuò)，適時(shí)指導(dǎo)。在學(xué)生經(jīng)過(guò)幾次反復(fù)訓(xùn)練后，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和數(shù)據(jù)處理能力都有了一定程度的提升，但是在教師的詳細(xì)指導(dǎo)下，學(xué)生容易產(chǎn)生依賴，失去獨(dú)立思考的能力和自覺(jué)學(xué)習(xí)的動(dòng)力。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作前，應(yīng)先讓學(xué)生預(yù)習(xí)，推導(dǎo)不確定度公式，確定好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和分析模版，教師再對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)模版進(jìn)行檢查和指導(dǎo)，要求學(xué)生修改預(yù)習(xí)模版的錯(cuò)誤。直到學(xué)生的預(yù)習(xí)模版中沒(méi)有問(wèn)題，再進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室操作。

操作過(guò)程中，教師只需要適時(shí)提醒學(xué)生注意操作規(guī)范，適時(shí)指點(diǎn)學(xué)生的錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的原理和詳細(xì)情況要求學(xué)生自主思考。試驗(yàn)后要求學(xué)生書(shū)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差進(jìn)行詳細(xì)分析并指出錯(cuò)誤，讓學(xué)生自己思考錯(cuò)誤的原因并進(jìn)行修改，促進(jìn)學(xué)生理論知識(shí)和實(shí)踐操作相結(jié)合，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和數(shù)據(jù)處理能力得到飛躍式的提升[5]。

第四階段：宏觀指導(dǎo)，參與研討。經(jīng)過(guò)前三個(gè)階段的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)全面掌握物理中的誤差理論，實(shí)驗(yàn)操作技能也得到了提升。此時(shí)，教師可以讓學(xué)生全程自行設(shè)計(jì)和操作，對(duì)學(xué)生的疑問(wèn)進(jìn)行適當(dāng)提點(diǎn)。當(dāng)學(xué)生結(jié)束整個(gè)實(shí)驗(yàn)后，讓學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

在大學(xué)物理的誤差理論教學(xué)中，教師以灌輸式講授進(jìn)行教育，學(xué)生被動(dòng)接受，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高，影響了學(xué)生對(duì)誤差理論的學(xué)習(xí)效率，動(dòng)搖了大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，教學(xué)方式亟需改進(jìn)。利用“四階段”方法對(duì)學(xué)生進(jìn)行物理誤差理論及物理實(shí)驗(yàn)操作教學(xué)，能有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的理論知識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)操作能力。在今后的大學(xué)物理誤差教學(xué)中，可以應(yīng)用“四階段”教學(xué)方式，切實(shí)提高大學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)操作水平。