大學(xué)物理實(shí)驗對比教學(xué)研究論文
1大學(xué)物理實(shí)驗教學(xué)現狀分析
大學(xué)物理實(shí)驗分為基礎性實(shí)驗、綜合性實(shí)驗和設計性實(shí)驗。理想的實(shí)驗教學(xué)模式應該是分層次教學(xué)模式，按照先開(kāi)設基礎性實(shí)驗，再開(kāi)設綜合性實(shí)驗，最后開(kāi)設設計性實(shí)驗的順序授課，這樣安排由淺入深、循序漸進(jìn)，利于教學(xué)活動(dòng)的展開(kāi)，可以有效的培養學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力以及對實(shí)驗數據的處理和分析能力。而現實(shí)情況卻給這種教學(xué)模式提出一些難以解決的問(wèn)題：
�。�1）隨著(zhù)多年擴招，學(xué)生人數逐年遞增，儀器數目的增長(cháng)遠不及學(xué)生人數的增長(cháng)，而在上課時(shí)為保證教學(xué)效果一臺儀器最多容納兩名同學(xué)同時(shí)使用，儀器數目嚴重制約著(zhù)上課學(xué)生的人數，一個(gè)實(shí)驗一般只能保證有一個(gè)班或者半個(gè)班的學(xué)生來(lái)做；
�。�2）大學(xué)物理實(shí)驗一次課為3學(xué)時(shí)，同一個(gè)實(shí)驗一天最多只能排三次課，即上午、下午和晚上各上一次課，那么一個(gè)實(shí)驗一周最多只能重復15次左右。如果所有的班級都按同樣的順序來(lái)上實(shí)驗課，對于大部分高校來(lái)說(shuō)每個(gè)實(shí)驗每周要重復的次數都大于15次，這樣在排課上就會(huì )出現困難。為了解決這個(gè)問(wèn)題，大部分高校目前都采用輪轉授課的方式來(lái)排課，即各實(shí)驗室同時(shí)開(kāi)課，然后各班在實(shí)驗室之間進(jìn)行輪轉。由于學(xué)時(shí)的限制，大部分高校的大學(xué)物理實(shí)驗只開(kāi)兩個(gè)學(xué)期甚至有個(gè)別學(xué)校只開(kāi)一個(gè)學(xué)期，這樣就會(huì )出現一學(xué)期的實(shí)驗課包含三類(lèi)實(shí)驗中的兩類(lèi)或者三類(lèi)的情況。如果輪轉授課，那么就很難保證讓所有學(xué)生都先做基礎性實(shí)驗，再做綜合性實(shí)驗，最后做設計性實(shí)驗，也就是說(shuō)必然有部分學(xué)生打破理想的上課順序，這樣分層次教學(xué)模式就很難實(shí)行了。另外，由于在中學(xué)階段各地區、各學(xué)校對實(shí)驗課的重視程度不同，導致剛入校大學(xué)生的實(shí)驗基礎及實(shí)驗能力差異較大。而大學(xué)物理實(shí)驗課是大學(xué)生最先接觸的實(shí)驗課之一，所以我們在授課時(shí)必須考慮到這個(gè)差異。而在傳統教學(xué)模式下，教師在實(shí)驗課上對所有學(xué)生的要求是完全一致的，沒(méi)有任何差異。這樣就會(huì )使學(xué)生出現兩種極端，部分實(shí)驗能力強的學(xué)生迅速完成實(shí)驗，而部分實(shí)驗能力差的學(xué)生需要他人幫忙或是延長(cháng)時(shí)間才能完成實(shí)驗，甚至有個(gè)別學(xué)生為完成實(shí)驗選擇抄襲其它同學(xué)的實(shí)驗數據。長(cháng)此以往，實(shí)驗能力強的學(xué)生會(huì )認為實(shí)驗課程過(guò)于簡(jiǎn)單，學(xué)不到多少知識，對自己的能力提高沒(méi)有幫助，會(huì )逐漸對物理實(shí)驗課程失去興趣；實(shí)驗能力差的學(xué)生由于經(jīng)常不能獨立完成實(shí)驗，會(huì )認為課程太難，自己無(wú)法掌握，在逐漸喪失自信心的同時(shí)勢必對物理實(shí)驗課程提不起興趣。在傳統教學(xué)模式下，兩類(lèi)極端的學(xué)生都會(huì )逐漸喪失對實(shí)驗課程的興趣，顯然不利于學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng )新能力等的培養，一種新的教學(xué)模式的提出迫在眉睫。
2對比教學(xué)模式
通過(guò)以上分析，我們需要在無(wú)法實(shí)行分層次教學(xué)模式的情況下，提出一種新的教學(xué)模式，而且這種教學(xué)模式要既能滿(mǎn)足大多數學(xué)生的學(xué)習要求，又兼顧兩類(lèi)極端學(xué)生的學(xué)習要求，更廣泛的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。為此我們提出對比教學(xué)模式。
2.1演示實(shí)驗和課堂實(shí)驗的對比
在實(shí)驗課前增加演示實(shí)驗內容，學(xué)生通過(guò)觀(guān)察或親自參與有趣的演示實(shí)驗，會(huì )對接下來(lái)要做實(shí)驗產(chǎn)生強烈的興趣。如：做全息照相實(shí)驗時(shí)，演示白光再現全息照片；做測量物體的轉動(dòng)慣量實(shí)驗時(shí)，讓學(xué)生參與演示茹科夫斯基凳；做受迫振動(dòng)實(shí)驗時(shí)，讓學(xué)生參與演示魚(yú)洗盆等。學(xué)生在完成實(shí)驗以后，通過(guò)與演示實(shí)驗的對比可以引發(fā)更多的思考。
�。�1）在全息照相實(shí)驗前演示白光再現全息照片，而各高校在實(shí)驗中做的基本都是激光再現全息照片。做完全息照相實(shí)驗以后，學(xué)生會(huì )發(fā)現自己的照片無(wú)法在白光下直接觀(guān)測，而需要在激光下觀(guān)測。這時(shí)學(xué)生就會(huì )產(chǎn)生疑問(wèn)，為什么不讓我們拍攝能直接在白光下觀(guān)測的白光再現全息照片，這樣觀(guān)測起來(lái)不是更方便嗎？此時(shí)教師可以讓學(xué)生課后查找相關(guān)資料，然后在實(shí)驗報告上解釋這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)這樣帶著(zhù)疑問(wèn)去學(xué)習的過(guò)程，學(xué)生對全息照相的理解會(huì )更加深刻。
�。�2）在測量物體的轉動(dòng)慣量實(shí)驗前，學(xué)生參與演示茹科夫斯基凳時(shí)，雙臂平伸凳子轉速減慢，雙臂收縮凳子轉速加快。通過(guò)分析可以知道雙臂平伸時(shí)轉動(dòng)慣量大，雙臂收縮時(shí)轉動(dòng)慣量小，最終得出結論：總質(zhì)量一定的情況下，質(zhì)量分布離轉軸越遠，轉動(dòng)慣量越大。做實(shí)驗時(shí)給學(xué)生提供的塑料圓柱、金屬圓桶和實(shí)心球的質(zhì)量基本一樣，讓學(xué)生做完實(shí)驗來(lái)驗證上面的結論是否正確。學(xué)生懷著(zhù)好奇心，在做實(shí)驗時(shí)就會(huì )更加認真，更有利于其能力的培養。
2.2多種實(shí)驗方案的對比
許多實(shí)驗都有多種實(shí)驗方案，如：聲速的測量、測細絲直徑、電橋測電阻等。我們可以在實(shí)驗條件允許的情況下，鼓勵學(xué)生盡可能多的采用多種方案來(lái)做實(shí)驗，以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )新意識，對實(shí)驗能力不同的學(xué)生做不同要求，更能有效的培養他們的動(dòng)手能力和創(chuàng )新能力。下面是一些具體的做法。
�。�1）在全息照相實(shí)驗中采用難易不同的兩種光路進(jìn)行照相。實(shí)驗能力強的學(xué)生可以選擇用傳統光路進(jìn)行實(shí)驗，通過(guò)認真調節、精確計算，使光路滿(mǎn)足以下三個(gè)條件：參考光和物光的光程相差不太大，不大于所用激光的相干長(cháng)度；參考光和物光的夾角在20°～30°之間；參考光與物光的光強比為3∶1～5∶1之間。實(shí)驗能力弱的學(xué)生可以選擇用簡(jiǎn)化光路進(jìn)行實(shí)驗，此光路經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單調節就可以滿(mǎn)足上面提到的三個(gè)條件。采用以上做法，可以讓所有學(xué)生都能自己動(dòng)手完成實(shí)驗，實(shí)驗能力都得到了一定程度的培養。實(shí)驗完成以后，可以組織學(xué)生對兩種光路進(jìn)行對比分析，如對兩種光路實(shí)驗結果進(jìn)行對比，可以發(fā)現用簡(jiǎn)化光路的實(shí)驗成功率比較高，經(jīng)過(guò)分析可以發(fā)現：①簡(jiǎn)化光路中的光學(xué)元件個(gè)數比傳統光路少，由9個(gè)減少為5個(gè)，所以外界振動(dòng)對實(shí)驗的影響也較傳統光路要小，故而照相成功率高。②簡(jiǎn)化光路容易調節，學(xué)生只需要調節感光底板和物體的位置及角度就可以使參考光和物光的光程差、夾角和光強比在都在合適的范圍內。而傳統光路中光學(xué)元件較多，調節比較復雜，經(jīng)常需要反復調節，中間過(guò)程如果某些地方?jīng)]注意，導致某個(gè)條件沒(méi)得到滿(mǎn)足，實(shí)驗就會(huì )失敗，觀(guān)察不到全息照片。也可以組織同學(xué)討論簡(jiǎn)化光路與傳統光路的'適用情況，利用簡(jiǎn)化光路拍攝表面凸凹程度小的物品效果較好，如：鑰匙、硬幣等。簡(jiǎn)化光路不但可以拍攝反光性好的金屬材料，也可以拍攝反光性差的塑料材料如中性筆筆帽等。而對于表面凹凸差距比較大的物體采用傳統光路拍攝的效果較好。通過(guò)這樣的分析過(guò)程，學(xué)生的分析能力可以得到提高。
�。�2）除了以上介紹的做法還可以讓學(xué)生在實(shí)驗過(guò)程中作如下對比，如：在測量聲速時(shí)，可以對行波法和駐波法進(jìn)行對比；在測量液體密度時(shí)，可對讓靜力稱(chēng)衡法和比重瓶法進(jìn)行對比；在測量金屬材料彈性模量時(shí)可以對靜態(tài)拉伸法和動(dòng)態(tài)懸掛法進(jìn)行對比等。在多種實(shí)驗方案對比教學(xué)的過(guò)程中，教師不但要注意引導學(xué)生選用不同實(shí)驗方案，更要注重組織學(xué)生對實(shí)驗方案進(jìn)行分析。這樣才能使學(xué)生將所學(xué)的理論與實(shí)驗操作相結合，在不斷的分析過(guò)程中找到操作過(guò)程中的不足，進(jìn)而提高學(xué)生分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。
3對比教學(xué)模式的評價(jià)體系
在采取多種實(shí)驗方案對比教學(xué)的時(shí)候，由于供學(xué)生選擇的實(shí)驗方案不是唯一的，各種方案的難易程度未必相同。這種情況下如果沒(méi)有一個(gè)合理的評分標準，學(xué)生為快速完成實(shí)驗往往會(huì )選擇容易的實(shí)驗方案，這樣就達不到預期的教學(xué)效果。所以在給出學(xué)生成績(jì)時(shí)，必須充分考慮實(shí)驗方案的難易程度，才能達到較好的教學(xué)效果，準確體現學(xué)生的實(shí)驗水平。我們根據學(xué)生選擇實(shí)驗方案的難易程度在評分時(shí)引入權重系數，課堂實(shí)驗分數=對所選實(shí)驗方案進(jìn)行實(shí)驗操作得分×權重系數。由于各實(shí)驗所涉及的實(shí)驗方案難度不同，所以權重系數并不是一個(gè)定值，而是根據實(shí)驗的特點(diǎn)分成幾種情況。
�。�1）對于兩種實(shí)驗方案難度相近，實(shí)驗操作難度低的實(shí)驗，兩種方案都做權重系數為1，只用一種方案為0.6。
�。�2）對于兩種實(shí)驗方案難度相近，操作難度高的實(shí)驗，兩種方案都做權重系數為1，只用一種方案為0.8。
�。�3）對于兩種實(shí)驗方案難度明顯不同的實(shí)驗，兩種方案都做權重系數為1，選擇難的實(shí)驗方案的為0.9，選擇簡(jiǎn)單實(shí)驗方案的為06。權重值由教師在課前給出，學(xué)生可根據自己的水平及想要取得的成績(jì)選擇實(shí)驗方案。為了鼓勵學(xué)生勇于創(chuàng )新、積極思考，學(xué)生在實(shí)驗時(shí)有創(chuàng )新或在實(shí)驗后能對實(shí)驗方案進(jìn)行深入分析時(shí)，可以給其適當加分。
4結語(yǔ)
教學(xué)實(shí)踐證明，通過(guò)課堂實(shí)驗和演示實(shí)驗的對比、多種實(shí)驗方法的對比以及合理的評分方法，學(xué)生對實(shí)驗課的興趣和做實(shí)驗的積極性都得到了提高。實(shí)驗能力強的學(xué)生采用多種實(shí)驗方案的機會(huì )多，在對各實(shí)驗方案對比分析過(guò)程中收獲較多，相應的實(shí)驗成績(jì)也較高。實(shí)驗能力差的學(xué)生，也能為取得較好的成績(jì)積極努力，在討論環(huán)節更加用心，任課教師如果能及時(shí)對他們的表現進(jìn)行肯定，再適當鼓勵，這些學(xué)生也能逐漸融入課堂。甚至有一部分同學(xué)看到了自己在理論方面的優(yōu)勢，在操作過(guò)程中注重理論分析，以理論帶動(dòng)實(shí)踐，不但能很好的完成實(shí)驗還能提出創(chuàng )新方案也取得了不錯的成績(jì)。
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