基础物理实验课后的思考

高　红，李朝荣，张俊英，王　玫，李英姿，李　华

(北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院，北京　100191)



基础物理实验课后的思考

高红，李朝荣，张俊英，王玫，李英姿，李华

(北京航空航天大学 物理科学与核能工程学院，北京100191)

摘 要：物理实验课的课后讨论需要引起重视，同时这是尊重和提高学生的自主创新能力的必要途径。提出物理实验课课后开设讨论答疑课的必要性和重要性。阐述了开设实验课后讨论答疑课可以采取的方式和方法，目的是实现学生与教师的综合素质在学与教的过程中相互促进与相互提高。

关键词：物理实验；实验讨论；实验教学；自主创新

物理学正在渗透到各个学科领域，而这种渗透无不与实验密切相关。显然，物理实验正是从物理基础理论到其他应用学科的桥梁。只有真正掌握了物理实验的基本功，才能顺利地把物理原理应用到其他学科进而产生质的飞跃[1]。基础物理实验课教学对学生掌握物理实验基本功，培养创新精神和实践能力有着极其重要的意义，但是，目前基础物理实验的教学效果不理想也是很多高校普遍存在的问题[2-5]。针对实验教学模式老化、方法死板等弊端，国内很多高校都在实验教学改革中做出了探索和实践，比如开设预习课[6]，开放式实验教学模式[7]，分级式教学[8]等等。我校物理实验教学中心正在对“一制二式”物理实验教学模式进行探索和实践，在个性化培养和筛选优秀学生方面取得了较好效果，夯实了学生的实验基础，也培养了学生创新意识、创新思维和创新能力[9]。目前，基础物理实验的教学环节，一般都包含课前预习、课堂实验操作和课后实验报告[10]。对实验课程体系改革和优化主要依托并落实到这三个阶段中，其中课后的实验报告是最终环节，也是目前评价学生实验成绩的重要渠道。然而，学生是否真正理解了实验原理、是否真正掌握了实验仪器的操作，对实验中存在的问题、实验报告中出现的问题是否理解并彻底解决，是否通过该实验对生活中的物理现象有了新的认识，教师则很难了解并加以因人制宜的指导。作为对本校“一制二式”物理实验教学模式的探索和延伸，本文将以示波器的使用为例，强调实验课后环节的重要性和必要性。加强课后讨论，调动学生的积极性，培养学生的动手与自主创新能力，提高物理实验教学质量，使本校学生和教师能够同时受益，这是物理实验教学最终要达到的目标。

1基础物理实验课后的现象

教学实验与科学实验不同，在教学实验中实验结果往往是预知的，或有公认值的[10]。在教学实验过程中，很有可能发生实验结果与公认值不一致的情况。

这种不一致的原因，不一定是因为学生操作的失误、概念理解不当或计算错误，它也可能是由于仪器设备不正常或周围环境等其他原因造成的。决不可认为实验值与公认值越接近，就表明实验做得好，得分也会越高；更不可为追求实验结果与公认值的一致而编造或篡改实验记录。从学生学习的角度讲，能够理解基础物理的实验原理和学会操作实验仪器，进而提高动手能力，培养基本的物理思想才是最重要的，这也是基础物理实验课程的目标。

一个实验的最终结果，总是以实验报告的形式展现在人们的面前的。实验报告要完全真实地反映实验的所有情况。然而，有些同学往往只重视数据处理和得出实验结果，对于实验目的、原理和步骤只是大段的照抄教材的文字，并没有转化为自己对相关物理概念的理解，这是非常不可取的。实验条件包括实验的环境、所用的仪器设备、实验对象以及其他有关器材等。实验过程中要随时记下观察到的现象、发现的问题和自己产生的想法；特别当实际情况和预期不同时，要记下有何不同，分析为何不同；或者是看到的现象和理论好像矛盾的时候，更要认真记录，分析原因。但是，这些做法由于实验课程时间的限制，学生往往只追求最终实验结果，草草测试数据，在课后做实验报告时才发现问题，此时就很容易出现抄袭实验数据的现象[3]。

实验结果不是简单的测量结果，它应包括不确定度的评定、对测量结果与期望值的关系的讨论，分析误差的主要原因和改进方法，还应包括对实验现象的分析与解释，对实验中有关问题的思考和对实验结果的评价等。但是，在学生的实验报告中，学生往往只是机械地堆列一些公式对相关数据进行误差计算，简单地堆列一些误差原因。对于“问题分析与讨论”这一环节则不够重视。但是，“问题分析与讨论”是有关激发学生独立思考和创造性思维的内容。学生可以对实验内容、实验方法、实验仪器，测量数据结果等提出独特见解，这是反映学生创新能力的重要部分。需要注意地，有些学生对物理实验很感兴趣，想进一步与任课教师进行讨论，但是现有的教学模式给学生提供的机会不多。因此，这一环节有必要在教学过程中加强并且引起重视。

2课后讨论课的有效性

教师对学生的培养与评价，应该侧重于学生的实验态度和习惯，以及发现、分析、解决问题的能力。实验课后的讨论课无疑是调动学生积极性，培养学生的创新能力的有效途径。课后讨论课的目的是要完善教学思路，要引导学生具有创新性的思维方式。所以，实验讨论课是为有兴趣和疑问的学生专门准备的，老师不应把实验教材中关于数据处理等知识内容直接传授给学生，应以提出问题的方式让学生明确实验讨论课的要求：在掌握教材中基本知识的前提下，根据自己的实验条件，已经分析了自己的实验数据，并且完成了实验报告，在老师给出报告成绩后，提出实验过程中可能存在的问题以及能够改进的方法等等。如以常见的基础物理实验——示波器的使用为例，实验课后讨论课应该包含以下3方面的内容。

(1)讨论课上，老师首先引导学生对相关实验概念进行回顾。示波器的基本量测量是电压。随着各种换能技术的应用与发展，温度、压力、振动、速度、声、光、磁等非电学物理量都可以转换为便于观察、记录和测量的电学量，因此都可以用示波器进行观察。实验报告中，学生已经通过修改灵敏度旋钮和灵敏度微调旋钮计算出一系列不同的K值(偏转系数)，如表1所示。

表1　示波器校准信号不同档位偏转系数表

此时，教师就需要跟学生进行互动，引导学生独立思考，“在示波器测量电压时，灵敏度旋钮位于什么位置，测量电压才有意义？”此时，学生就很容易注意到用示波器测量电压时的注意事项，即只有当把“微调”旋钮沿顺时针方向旋到底至“标准”位置时，其垂直偏转系数灵敏度K才与面板上的值相符(在实验误差允许的范围内)，加深了学生对实验中物理概念的理解，同时引导学生能够从具体的测量结果中发现并总结实验规律。

(2)学生明确了基本概念以后，对教师所评定的报告成绩提出质疑。大部分学生不清楚自己实验报告成绩低的原因，往往错误地认为是自己的实验数据跟公认值相差太远，往往很有可能只是在一些细节上出了小问题。如图1所示为某学生实验报告的部分截图，在测量二极管伏安特性曲线中，可以看出该学生在实验报告中很认真地绘制了曲线，但是，对横纵坐标的物理意义、数值和单位均未进行标注，这是一种不规范的作图习惯，而并不能就此判断学生对该实验未能掌握，所以教师此时应该做的是，在课后讨论课上及时对此类学生的做法加以纠正，使其引起重视，而不是简单地以实验报告分数来评价该学生对此实验的掌握程度。所以，教师需要在课后讨论课上引导学生发现问题，激发学生的主体性；同时，学生需要在课后讨论课上对不严谨、不合理的实验习惯加以改正，及时接受到任课教师对自己物理实验能力的真实评价。

图1　学生实验报告部分截图：用模拟示波器测量二极管的伏安特性曲线图

(3)就实验相关内容展开广泛讨论。在批改实验报告过程中我们发现每位同学对自己的实验结果、误差分析以及实验心得都有不同的想法和见解。如图2、3，图中所示为两位学生的实验报告的结尾部分，他们分别对此次实验和自己的实验结果有所分析和感悟，但是目前只有教师被动地接受学生的想法，学生之间以及学生与教师之间则很难形成互动交流。因此，在课后讨论答疑课上，需要教师从不同方面对实验报告中所反映的问题以及学生的想法进行归类，分配给每个小组进行讨论，完成教师分配的议题之后提出自己组针对该实验过程所关心的问题。然后，由每个小组所选出的组长进行总结发言。最后，教师对整个讨论进行总结。在此过程中，不仅能为学生解决疑惑，同时也能充分发挥学生的主观能动性，尊重学生的创新性。

图2　学生1实验报告结尾部分截图

图3　学生2实验报告结尾部分截图

实验课后开展有针对性的广泛讨论，让学生自觉主动地发现问题，进而积极地解决问题，培养其主观能动性；与此同时，提高实验教师的专业素质，拓宽教学思路，改进基础物理实验的教学。

3实验课后讨论的必要性

基础物理实验教学对学生掌握物理实验的基本功，培养综合素质有着极其重要的意义，要让强化课后讨论落到实处，尊重学生的自主创新性，进而从根本上达到物理实验的目标，还需要建立健全相配套的软件和硬件措施[11-12]。壮大具有高素质实验教学的师资队伍[13-15]。强化课后实验讨论需要实验指导老师有较强的课堂影响力，因此，实验教师需要提高自身专业水平并且更新教育理念，优化实验教材的编写，给学生留出自主空间；设定开放式的课后思考题，给学生提供机会按所掌握的知识考虑实验方法、设计实验步骤进行创新实验，目的是提高学生的自主学习的能力，增强学生的创新能力。

4结论

开设课后讨论答疑课目的是调动学生积极性，启发学生的物理思想，通过“提问”、“讨论”、“总结”与“展望”，拓宽学生的知识面和分析问题的思路；同时，提高教师的教学素养。从教与学两方面增强了基础物理实验教学的有效性，使学生分析问题解决问题的能力、团结协作能力、独立工作能力都得到了锻炼和提高。总之，积极有效的课后讨论，将作为“一制二式”物理实验教学模式的组成部分，在我校有计划地逐步开展，使基础物理实验教学水平达到更高的层次。

参考文献：

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[6]曹强.强化预习环节，提高物理实验教学质量[J].实验科学与技术，2012，10(3)：107-109.

[7]范淑媛，张洪，熊永红.开放式实验教学学生成绩评价方法的研究[J].实验科学与技术，2008，6(4)：283-339.

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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

中图分类号：O 436.1

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.033

文章编号：1007-2934(2016)01-0124-04

基金项目：北京航空航天大学基础教学改革项目

收稿日期：2015-09-15