高校物理实验教改透析

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物理学是一门建立在实验基础上的学科。几乎所有物理规律的发现和物理理论的建立都要以严格的实验为基础，并受到实验的检验。据统计，诺贝尔物理学奖从1901年第一次授奖至今已110年的历史，有190多名获奖者，其中因物理实验方面的伟大发现或发明而获奖的占三分之二以上。可见物理实验在物理学发展中的重要地位。现代科学技术已经得到了高度的发展。物理实验的构思、方法和技术极广泛地渗透到自然科学学科、工程技术领域以及人文学科等。它们与非物理学科自身的实验技术互相结合、互相推动，促进了各学科的完善与进步。物理学在人的科学素质培养中具有重要的地位，而物理实验为物理学的基础，它反映了理工科实验的共性和普遍性问题，在本科生科学素质培养中起着不可替代的重要作用。大学物理实验是大学生进入大学后的第一门科学实验课程，其目的是对学生进行系统的实验方法和实验技能的训练，培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，为其进行科学实验奠定良好的基础。为了培养以实践动手能力为核心的石油类应用型人才，应对新形势的国际能源挑战。中国石油大学（北京）从2007年开始每年都创办一个创新实验班〔1〕，约80人。学校设立专项经费通过每学期单独进行教改立项的方式，组织教师在创新班课程中改革教学内容。大学物理实验教改也在创新班得以实施。目前多数工科院校的大学物理实验教学方式大致都是：课前让学生写预习报告；上课时，任课教师讲授实验原理、注意事项等内容，将实验演示给学生，然后学生操作；课后让学生写实验报告。这种方式留给学生思考分析的机会不多，学生处于被动接收的地位。学生潜在的创新意识并没有得到真正的发挥。往往出现应付实验的情况。针对传统教学模式存在的弊端，我们课题组在创新班大学物理实验的教学中做了如下尝试。

1重视学生在教学中的地位，发挥学生的主观能动性

1.1每学期末要求学生提交实验总结报告在大学物理实验绪论课上，我们要求学生在学期末对本学期自己所做的实验进行总结，写出总结报告。报告内容包括自己做实验的感受，对实验课的建议，可否对实验方法和实验仪器进行改进等。促进学生对实验进行思考，这种方式取得了一定的效果。例如，学生各自在做自组惠斯登电桥测电阻实验时，发现检流计灵敏度产生的误差远大于精密电阻箱的误差，因此改善检流计灵敏度可以大大提高实验的测量精度。通过大量调研，他提出了两种方式改善测量精度，一是改善检流计灵敏度，二是完善测量方法。最后利用完善测量方法，达到了改善自组惠斯登电桥测量精度已在《大学物理实验》上发表〔2〕。又例如，在做刚体转动惯量测量实验时，由于该实验内容较多，在3个课时内很少有学生能完成实验。学生在期末总结报告中提出，独立设计接口，实现转动惯量仪与计算机的数据传递，然后编制程序，实现数据的实时处理，大大节省了实验时间。可以看出，期末总结报告方法不仅极大调动学生的积极性，发挥学生在教学中的主导地位，而且为培养学生以后进行科学实验奠定良好的基础。

1.2采用互动授课方式在课堂上，我们改变老师授课为主的方式，采用互动授课方式。实验原理和注意事项由学生讲述，其他同学补充，最后老师总结，老师不进行实验演示。我们将实验中难懂和难理解的部分做成PPT，要求学生课前自学PPT。例如示波器实验，学生普遍反映，看完书后对自己做实验也没有什么帮助。这个问题在于学生对示波器的面板功能键不熟悉上。为此，我们编写了一张PPT，把示波器功能键做较详细说明（见图1）。学生很快就能理解并能独立完成实验。类似的其它实验还有很多，比如分光计实验等。

2注重学生的创新意识的培养

2.1激发学生对物理实验的兴趣每学期组织学生参观高能物理研究所、科技馆等。另外我校是北京市科普基地，有诸多演示实验。学生也可以利用科普基地平台设计实验仪器和装置进行实验，如学生研究制作的“电动激光李萨如图形演示仪和伯努利综合演示仪”等。极大激发了学生创新欲望。

2.2增加选作实验，扩展实验内容针对动手能力强的学生，紧扣实验内容，相应增加选做实验。例如在示波器选做实验中，我们增加了关于“拍”的选做实验，让学生自己利用示波器产生拍信号，并研究拍信号的特征。增加学生对“拍”的理解。又例如，刚体转动惯量实验，我们增加了选做实验内容，让同学自己研究转动惯量仪的误差来源，并对误差进行定性分析。还例如，自组惠斯登电桥测电阻实验，让学生分析电桥比例臂偏离1：1对实验结果的影响等等。尽管有些选做实验课堂完成不了，但很多学生对这些选做实验的积极性很高，主动要求课余时间进实验室继续研究。

3物理实验与专业相结合

我校是石油特色鲜明的工科综合性大学。学校的地质工程、石油工程等在全国属于前列，而创新班的学生也主要来自这些专业。物理实验与专业结合也会提高学生对物理实验的兴趣。为此，我们建立了创新实验室，现在创新实验室主要有光学仪器和超声仪器等。创新实验室主要为创新班学生提供研究性实验。学生3人一组，根据实验仪器及自己所学专业经过调研，提交研究性实验报告，教师审核后，学生独立完成实验。目前学生完成的研究性实验有：超声油管探伤，超声测液面高度，超声测量油水饱和度，全息光弹观测透明材料的应力分布，偏振光观察矿石等。通过实验使学生了解到物理实验对专业的作用。

4改革考核方式

物理实验成绩的考核是物理实验教学的关键环节之一，考核的目的在于全面考核与评定学生的综合实验能力。对创新班的大学物理实验的考核主要包括以下几个方面：

4.1实验操作包括实验操作熟练度、解决问题能力和数据记录规范性。占期末总成绩20%；

4.2预习报告和实验报告成绩预习报告主要是学生对预习问题的回答好坏。实验报告主要包括实验原理的概述、实验数据的处理、分析（包括误差）、实验结果的讨论以及课后习题。该项占期末总成绩20%；

4.3期末闭卷笔试主要考学生对实验数据的分析，包括数据处理方法、误差分析、作图等。该项占期末总成绩25%；

4.4期末操作考试选择与学期的实验内容相关的内容让学生操作，教师根据学生的实验操作、数据记录和数据分析情况打分。该项占期末总成绩25%；

4.5期末总结报告报告内容包括自己做实验的感受，对实验课的建议，可否对实验方法和实验仪器进行改进等。该项占期末总成绩10%。

5讨论

以上介绍了我们在中国石油大学（北京）创新班物理实验教学中进行教学改革的一些做法，虽然在教学实践中取得了一些成绩，如指导学生发表了若干论文。但仍存在一些问题，如与石油、地质特色专业相关的应用性物理实验较少，学时不够，经费不足等，如何充分发挥大学物理实验在培养石油石化人才的地位和作用，需要我们物理教师在教学中不断的探索和思考。