物理实验教学研究

彭勇 付姚

摘要：根据"新工科"建设的需要，在大学物理实验教学中，如何构建设计性物理实验教学的新模式，分析了设计性物理实验的程序，并提出了具体的措施和实施步骤，从而达到培养科学精神和探索精神以及提高学生的实践动手能力的教学目的。

关键词：设计性实验;科学精神;探索精神;实践动手能力

一、引言

设计性物理实验不同于以掌握科學实验的基本知识、基本方法和基本技能为基础的常规教学实验，又不同于在工程实践中以解决生产科研中的具体问题帷幕的实际性实验。设计性实验是一种较高层次的实验训练，它要求学生自己查找和阅读各种参考资料，在此基础上，根据一定的实验目的要求和实验条件，由学生自行选择实验仪器，设计实验步骤、设计实验方案、观察和记录实验现象和数据、研究实验过程发现的种种问题，最后完成实验，它涉及的物理基础理论知识范围较宽，仪器调节更加精细，偏重于实验知识、方法和技能的灵活运用和开拓学生智力，更有助于较全面地培养学生的学习能力、实验动手能力和创新能力。虽然这种实验往往要经历某些失败，甚至多次的失败，但经过这样的实验锻炼都可以大大提高学生的创新能力。

二、设计性物理实验过程

大学生在完成一定基础性物理实验后，可以开设一些具有科学性和趣味性的实验，充分调动大学生的学习积极性和创新精神。让他们切身感受到所学物理知识的实际用途，在完成这些实验的过程中体会到学习的乐趣与探索知识的信心。设计性物理实验首先要查找与实验相关的专业知识。例如：所需要的相关公式、原理、规律和目前此类实验所采用的实验方法等相关知识。其次，确定与实验相关的参考书籍与材料，看看能否找到可以借鉴的理论依据及各种方法。搜索资料的过程既是收集资料的过程，又是调查研究的过程，其中所涉及的内容对实验设计是否科学、合理和具有可操作性具有极大的参考价值。在搜索资料的基础上，分析实验目的及实验数据可能的操作方法，参考与其相类似的实验所采用的实验方法，结合本实验初步确定实验的方法。分析实验器材的合理性，看是否需要另配或增加器材设备，最好是充分合理地运用现有的实验器材完成实验。在分析实验及资料搜索的基础上，初步拟订实验方案。实验方案包括：实验研究的目的和要求、实验原理、实验器材、实验步骤、数据处理及结果分析的方法等具体方案。在拟订的方案论证后，最终确定实验方案。方案要具有科学性、可操作性、简化性。在确定了实验方案以后，要对实验设备进行准备与调试，做好正式实验的准备工作。其工作内容包括：实验整体布局、仪器选择和调试、观察与记录方式、材料配备等。

三、设计性物理实验具体措施

设计性实验作为人才培养的一个重要环节，应着重于学生综合运用知识与技能的培养，培养学生独立分析与解决问题的能力。设计性实验的选题应强调知识的综合性、新颖性和实践性，把握难易程度与工作量，紧扣专业当前发展方向， 向市场需求靠拢， 提高学生对实验的兴趣， 充分调动学生的主观能动性。一个好的选题应恰当地体现知识覆盖面、题目的设计与创新性、实验量、技能训练等方面的要求。对于新的实验设备积极开拓新的设计性题目，及时淘汰简单陈旧的题目。我校物理实验示范中心现有实验仪器种类多，能够利用的空间大，只是部分设备的台套数少，功能不是很完善，但是完全能够提供给学生作为实验性实践和拓展思路空间的平台，只是需要投入更多的实验管理和实验指导的人力。购置部分必要的新的实验设备，可以让设计性物理实验的质量再上新台阶，同时也解决了实验设备不足的问题。事实上一个好的设计性物理实验，前期的准备工作是十分重要的。在指导教师给学生提供适当的参考资料的同时尽可能要求学生独立进行资料查询，查询各种参考书籍和专业网站，有助于学生了解相关科研方向的最新资料与发展趋势，培养学生基本科研能力。如果一个学生在前期的准备工作中能够查阅到大量相关的文献，在实施实验方案时就不会局限于一个小范围的参考，这样有利于拓展学生的发散性思维。因此作为指导教师也不能只参考学生是否完成实验方案，而应将学生的所有工作加以综合考虑。几名同学集中在同一个题目上共同探讨，每个学生都熟悉该题目整体的设计构想， 将各自的设计方案加以综合，扬长避短，精诚协作，既有效的激发了大家的创作热情，又培养了大学生的团队精神，充分发挥了设计性实验的优越性。

四、设计性物理实验教学效果

设计性实验这种独立解决问题的全面训练，既提高了学生的实验热情、激发了创造性思维，又巩固了所学的知识和技术，培养了学生的科研能力，深受学生们的欢迎。通过设计性实验教学改革，取得了如下成效：

1、提高了学生自我动手能力

学生们在进行设计性实验后的体会中写到：“设计性实验提高了查阅资料及独立分析、解决问题的能力，具有极强的实践性，极大地提高了进行化学实验的兴趣，是培养学生自我动手能力的有效方法”

2、为学生的毕业论文打下良好的基础

查找资料，提出实验方案，严格的实验训练以及对实验现象的观察记录和分析总结，有利于培养学生严格的科学思维和科学实验能力，提高科学研究能力。综合性设计性实验培养了学生认真仔细的科学态度，严谨踏实的工作作风，增强了他们分析问题、解决问题的能力。

五、结论

设计性物理实验能够充分激发学生的自主探究性学习兴趣，培养学生创新精神和创新能力，开设设计性物理实验是顺应高校教学改革的发展，也是时代的要求，论文提出了设计性物理实验的过程、具体措施及教学效果，为如何开展设计性实验提出了建议，但如何更好的开展设计性实验还需要进一步的探索与实践。

参考文献

[1]汪连城 吴庆春 金远伟 赵斌 唐春红，基于PASCO平台的设计性物理实验教学，科技视界，2021，（20）

[2]徐瑛 王思涵 李海军 陈长波 刘俊杰，基于新工科背景下大学物理实验课程的改革探讨，大学物理实验，2021，34（02）

[3]李莉 裴艺丽 张师平 陈森 邱红梅 吴平，新工科大学物理实验课程教学调研与改革实践，物理与工程，（录用定稿）网络首发时间：2021-09-22

[基金项目] 大连海事大学教改项目，项目名称：开展融合物理问题讨论教学与科研促教学研究暨学习成绩评价方法改革（项目编号：2020Y100）