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大学物理实验自主参与性探讨

 论文栏目:大学物理论文     更新时间:2018/12/25 8:59:44   

摘要:本文探讨了如何在大学物理实验课程中激发学生的自主参与性,阐述了教学改革所采用的“适当省略加合理引导”这一方法。通过一个常见的大学物理实验,给出了这一方法的具体教学实施示范以及成效,体现了激发自主参与性的必要和它带来的优势。

关键词:大学物理实验;教学改革;自主参与性

大学物理实验这门课程,作为面向理工科各专业学生的一门必修基础课程,是构成大学物理课程的一个重要组成部分。大学物理实验作为理论知识应用的一个理想场所,不仅可以帮助学生巩固所学理论知识,更可以进一步锻炼学生的实际动手能力,培养协调合作的精神和激发自主探索的意识。但是在实际教学过程中,发现了学生在自主参与方面存在着缺失,需要通过课程设计的优化改革来改善这种情况。

一、物理实验进行过程中,在自主参与性方面值得改进的地方

目前进行的大学物理实验课程,在实验步骤部分,一般都参考实验教材,将具体实验的操作顺序详尽有序地罗列出来。当教师指导学生进行具体实验时,只需要按照教材步骤,一一逐步执行,就基本可以完成整体实验流程。[1]然而这样一种模式,难免使得整个实验流程固定僵化,学生只是按部就班操作,在主动思考实验操作意义,体会实验设计精妙之处,难以有个人深刻的理解和体会。同时也无法产生自己主动探索的兴趣,无法发现更多教材没有囊括的有趣现象。[2][3]因此在这一方面,值得加以改革,以获得更好的教学效果。

二、改进的思想、方法和具体实施

人最主要的一个特点便是具有主观能动性。学生作为知识的接受个体,并不是完全被动的对象,在教学方法合适的情况下,完全可以激发出学生的自主性意识。[4]在这样的思想指导下,针对大学物理实验课程的特点,可以在实验各环节进行一些改进。采用的方法称为“适当省略加合理引导”,“省略”即省略去某些固定详细的标准实验操作步骤,“引导”则是在其他部分给予学生充分思考的机会,设置启发性的问题以及情境,引导实际步骤的进行。下面通过《气垫导轨上的碰撞》(后简称《碰撞》)这样一个典型的大学物理实验,对具体改进的方法和实施加以阐述。

(一)实验目的部分对主动探索经行强调

在实验目的部分,需要强调主动探索的必要性。如在《碰撞》实验中,补充一条“探索总结不同组合情况下的两物体碰撞的规律,并与理论结果验证比较”。通过设置这样的实验目的,引导学生探索不同的速度、质量组合,对滑块碰撞结果的影响。

(二)实验原理部分增加启发引导性的设置

在实验原理部分,要对思考的方向给出足够的提示引导。如在《碰撞》实验中,经过改进,只给出根据动量守恒和能量守恒,两滑块弹性碰撞前后速度应该满足的方程。并且引导学生自行进行理论的计算,算出理论预测的结果。如表述“请根据动量和能量守恒这两个方程,算出碰撞后速度的表达式”。

(三)实验步骤部分省略去固定条件,引导学生设计进行探索

在保留最基本的必要操作外,省略详细的标准步骤,引导学生自主设计实验项目,尝试多种情况。如在《碰撞》实验中,典型的实验图示如下图所示:现有的实验教材中,除熟悉滑块滑动、电子天平以及光电门的使用外,详细标准步骤按照碰撞情形分为:设置v20=0,考虑m1>m2、m1=m2、m1<m2三种情况。遵循本文思路改进之后,不再设置具体三组滑块质量组合数字,而是由学生自行选取多种不同负重,来改变所用滑块的质量。另外在初始速度设定方面,也省略去教材上设定的v20=0,让碰撞前的速度选择也由学生自己设定。同时将数据记录的表格设计交由学生自己进行。

(四)实验结果讨论部分,针对每一组学生不同的探索结果,进行总结性讨论

在记录实验数据并处理之后,针对每一组学生所得的不同结果,总结出共性结论进行讨论。对个别小组做出的额外发现,加以解释和鼓励。对学生自主性发挥得到的成果,给予积极的反馈。三、选择不同班级作为对照组,实践改进方法,进行效果对比依据以上所指定的方法,挑选了本校建筑工程专业的两个不同班级进行了对比,分为A、B两组。所进行的实验为《气垫导轨上的碰撞》。A组:共40人,20个实验组。采用现有的实验教材,按照改进之前的标准步骤统一进行教学,分别测量了“m1=250g、m2=200g”,“m1=200g、m2=250g”,“m1=200g、m2=200g”三种质量组合的碰撞情形,同时速度设定统一为v20=0。B组:共42人,21个实验组。按照改进之后的“适当省略加合理引导”步骤进行教学。在其他实验条件保持一致的情况下,这两组的实验表现差异主要呈现在以下几点:(1)从整个实验完成所用时间来看,A组最后时间截止在96分钟,B组最后时间截止在132分钟。(2)由于未设定具体的滑块质量数据,与A组统一的质量组合有别,B组学生在质量选择上呈现出了大量不同的组合。如对于v20=0,m1>m2的完全弹性碰撞情形,所有21组中有19组进行了测量,分别采用了“m1=250g、m2=200g”,“m1=450g、m2=250g”,“m1=500g、m2=300g”等几十种不同组合。在实验结果讨论阶段,引导学生总结,发现了以上情形所共有的实验现象:“碰撞后两滑块均按照碰撞前滑块1的速度方向运动”,并且将此现象与他们理论计算结果进行了比较,得到吻合。(3)由于同时省去了对速度v20=0的限定,B组学生也尝试了大量对于速度的选择。21组学生中有14组测试了v20>0,v20=0,v20<0的完整三种情形,有5组测试了两种速度选择情形,有1组只测试了v20<0的情形,有1组只测试了v20=0的情形。通过观察不同情况下的实验现象,引导学生总结,发现“滑块2初始速度的方向和大小,两滑块质量的大小关系会共同影响碰撞之后的滑块运动方向”。通过与理论计算结果比较,也得到了验证。(4)在对结果误差分析方面,A组学生中,有2个小组发现了实验结果与理论预测有较大差别的地方,但无法通过自身有限数据给出具体误差的来源。而在B组学生中,由于尝试了多种组合,共有9个小组提出自己实验中有个别结果与理论预测不完全符合之处。通过引导学生对结果的具体分析,同时结合理论,发现“此类现象主要发生在质量组合、速度选择为某些特殊值的情况下”。此后学生总结出:“在此种特殊情况下,由导轨不完全水平、碰撞导致侧向振动、摩擦力等误差来源对实验结果的影响可以达到非常明显的程度”,并提出为了尽量减少这种误差影响,在以后的实验中的可以改进的地方。通过以上对比,可以明显看出使用改进教学方案后的B组,相对于A组而言,实验内容得到了丰富,对实验现象的分析理解更加深刻,对理论知识的理解更加全面。学生自主参与性得到了有效激发,整体教学效果得到了改善。

四、总结

综上所述,通过对传统实验授课方法的改进,采用“适当省略加合理引导”这一方法,可以在物理实验教学中很好地激发学生的自主参与性,能够帮助他们更好地理解实验的原理和设计思路,更全面地分析实验的结果,更深刻地领悟相关的理论知识。其中教师对教材内容的修改加工、对实验过程的改进设计以及对学生的帮助引导至关重要。沿用这个思路,可以进一步在以后优化实验教学,以逐步提升整体的教学效果。

参考文献:

[1]陈杭,廖棱.关于大学物理实验教学改革的几点看法[J].教育教学论坛,2015,(33).

[2]徐志君,魏高尧,隋成华.改革大学物理实验教学培养自主实验能力[J].实验室研究与探索,2011,30(6).

[3]魏平.在大学物理实验课程中培养学生的自主学习能力[J].物理与工程,2017,27(Z1):175-177,184.

[4]张宏剑.在物理实验教学中提升学生自主学习能力[J].实验技术与管理,2010,27(1).

作者:范杨 单位:南通理工学院

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