大學物理實驗自主參與性探討論文
摘要：:本文探討了如何在大學物理實驗課程中激發(fā)學生的自主參與性，闡述了教學改革所采用的“適當省略加合理引導”這一方法。通過一個常見的大學物理實驗，給出了這一方法的具體教學實施示范以及成效，體現(xiàn)了激發(fā)自主參與性的必要和它帶來的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:大學物理實驗;教學改革;自主參與性
大學物理實驗這門課程，作為面向理工科各專業(yè)學生的一門必修基礎(chǔ)課程，是構(gòu)成大學物理課程的一個重要組成部分。大學物理實驗作為理論知識應用的一個理想場所，不僅可以幫助學生鞏固所學理論知識，更可以進一步鍛煉學生的實際動手能力，培養(yǎng)協(xié)調(diào)合作的精神和激發(fā)自主探索的意識。但是在實際教學過程中，發(fā)現(xiàn)了學生在自主參與方面存在著缺失，需要通過課程設計的優(yōu)化改革來改善這種情況。
一、物理實驗進行過程中，在自主參與性方面值得改進的地方
目前進行的大學物理實驗課程，在實驗步驟部分，一般都參考實驗教材，將具體實驗的操作順序詳盡有序地羅列出來。當教師指導學生進行具體實驗時，只需要按照教材步驟，一一逐步執(zhí)行，就基本可以完成整體實驗流程。［1］然而這樣一種模式，難免使得整個實驗流程固定僵化，學生只是按部就班操作，在主動思考實驗操作意義，體會實驗設計精妙之處，難以有個人深刻的理解和體會。同時也無法產(chǎn)生自己主動探索的興趣，無法發(fā)現(xiàn)更多教材沒有囊括的有趣現(xiàn)象。［2］［3］因此在這一方面，值得加以改革，以獲得更好的教學效果。
二、改進的思想、方法和具體實施
人最主要的一個特點便是具有主觀能動性。學生作為知識的接受個體，并不是完全被動的對象，在教學方法合適的情況下，完全可以激發(fā)出學生的自主性意識。［4］在這樣的思想指導下，針對大學物理實驗課程的特點，可以在實驗各環(huán)節(jié)進行一些改進。采用的方法稱為“適當省略加合理引導”，“省略”即省略去某些固定詳細的標準實驗操作步驟，“引導”則是在其他部分給予學生充分思考的機會，設置啟發(fā)性的問題以及情境，引導實際步驟的進行。下面通過《氣墊導軌上的碰撞》(后簡稱《碰撞》)這樣一個典型的.大學物理實驗，對具體改進的方法和實施加以闡述。
(一)實驗目的部分對主動探索經(jīng)行強調(diào)
在實驗目的部分，需要強調(diào)主動探索的必要性。如在《碰撞》實驗中，補充一條“探索總結(jié)不同組合情況下的兩物體碰撞的規(guī)律，并與理論結(jié)果驗證比較”。通過設置這樣的實驗目的，引導學生探索不同的速度、質(zhì)量組合，對滑塊碰撞結(jié)果的影響。
(二)實驗原理部分增加啟發(fā)引導性的設置
在實驗原理部分，要對思考的方向給出足夠的提示引導。如在《碰撞》實驗中，經(jīng)過改進，只給出根據(jù)動量守恒和能量守恒，兩滑塊彈性碰撞前后速度應該滿足的方程。并且引導學生自行進行理論的計算，算出理論預測的結(jié)果。如表述“請根據(jù)動量和能量守恒這兩個方程，算出碰撞后速度的表達式”。
(三)實驗步驟部分省略去固定條件，引導學生設計進行探索
在保留最基本的必要操作外，省略詳細的標準步驟，引導學生自主設計實驗項目，嘗試多種情況。如在《碰撞》實驗中，典型的實驗圖示如下圖所示:現(xiàn)有的實驗教材中，除熟悉滑塊滑動、電子天平以及光電門的使用外，詳細標準步驟按照碰撞情形分為:設置v20=0，考慮m1＞m2、m1=m2、m1＜m2三種情況。遵循本文思路改進之后，不再設置具體三組滑塊質(zhì)量組合數(shù)字，而是由學生自行選取多種不同負重，來改變所用滑塊的質(zhì)量。另外在初始速度設定方面，也省略去教材上設定的v20=0，讓碰撞前的速度選擇也由學生自己設定。同時將數(shù)據(jù)記錄的表格設計交由學生自己進行。
(四)實驗結(jié)果討論部分，針對每一組學生不同的探索結(jié)果，進行總結(jié)性討論
在記錄實驗數(shù)據(jù)并處理之后，針對每一組學生所得的不同結(jié)果，總結(jié)出共性結(jié)論進行討論。對個別小組做出的額外發(fā)現(xiàn)，加以解釋和鼓勵。對學生自主性發(fā)揮得到的成果，給予積極的反饋。
三、選擇不同班級作為對照組，實踐改進方法，進行效果對比依據(jù)以上所指定的方法，挑選了本校建筑工程專業(yè)的兩個不同班級進行了對比，分為A、B兩組。所進行的實驗為《氣墊導軌上的碰撞》。
A組:共40人，20個實驗組。采用現(xiàn)有的實驗教材，按照改進之前的標準步驟統(tǒng)一進行教學，分別測量了“m1=250g、m2=200g”，“m1=200g、m2=250g”，“m1=200g、m2=200g”三種質(zhì)量組合的碰撞情形，同時速度設定統(tǒng)一為v20=0。B組:共42人，21個實驗組。按照改進之后的“適當省略加合理引導”步驟進行教學。在其他實驗條件保持一致的情況下，這兩組的實驗表現(xiàn)差異主要呈現(xiàn)在以下幾點:(1)從整個實驗完成所用時間來看，A組最后時間截止在96分鐘，B組最后時間截止在132分鐘。
(2)由于未設定具體的滑塊質(zhì)量數(shù)據(jù)，與A組統(tǒng)一的質(zhì)量組合有別，B組學生在質(zhì)量選擇上呈現(xiàn)出了大量不同的組合。如對于v20=0，m1＞m2的完全彈性碰撞情形，所有21組中有19組進行了測量，分別采用了“m1=250g、m2=200g”，“m1=450g、m2=250g”，“m1=500g、m2=300g”等幾十種不同組合。在實驗結(jié)果討論階段，引導學生總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了以上情形所共有的實驗現(xiàn)象:“碰撞后兩滑塊均按照碰撞前滑塊1的速度方向運動”，并且將此現(xiàn)象與他們理論計算結(jié)果進行了比較，得到吻合。
(3)由于同時省去了對速度v20=0的限定，B組學生也嘗試了大量對于速度的選擇。21組學生中有14組測試了v20＞0，v20=0，v20＜0的完整三種情形，有5組測試了兩種速度選擇情形，有1組只測試了v20＜0的情形，有1組只測試了v20=0的情形。通過觀察不同情況下的實驗現(xiàn)象，引導學生總結(jié)，發(fā)現(xiàn)“滑塊2初始速度的方向和大小，兩滑塊質(zhì)量的大小關(guān)系會共同影響碰撞之后的滑塊運動方向”。通過與理論計算結(jié)果比較，也得到了驗證。
(4)在對結(jié)果誤差分析方面，A組學生中，有2個小組發(fā)現(xiàn)了實驗結(jié)果與理論預測有較大差別的地方，但無法通過自身有限數(shù)據(jù)給出具體誤差的來源。而在B組學生中，由于嘗試了多種組合，共有9個小組提出自己實驗中有個別結(jié)果與理論預測不完全符合之處。通過引導學生對結(jié)果的具體分析，同時結(jié)合理論，發(fā)現(xiàn)“此類現(xiàn)象主要發(fā)生在質(zhì)量組合、速度選擇為某些特殊值的情況下”。此后學生總結(jié)出:“在此種特殊情況下，由導軌不完全水平、碰撞導致側(cè)向振動、摩擦力等誤差來源對實驗結(jié)果的影響可以達到非常明顯的程度”，并提出為了盡量減少這種誤差影響，在以后的實驗中的可以改進的地方。通過以上對比，可以明顯看出使用改進教學方案后的B組，相對于A組而言，實驗內(nèi)容得到了豐富，對實驗現(xiàn)象的分析理解更加深刻，對理論知識的理解更加全面。學生自主參與性得到了有效激發(fā)，整體教學效果得到了改善。
四、總結(jié)
綜上所述，通過對傳統(tǒng)實驗授課方法的改進，采用“適當省略加合理引導”這一方法，可以在物理實驗教學中很好地激發(fā)學生的自主參與性，能夠幫助他們更好地理解實驗的原理和設計思路，更全面地分析實驗的結(jié)果，更深刻地領(lǐng)悟相關(guān)的理論知識。其中教師對教材內(nèi)容的修改加工、對實驗過程的改進設計以及對學生的幫助引導至關(guān)重要。沿用這個思路，可以進一步在以后優(yōu)化實驗教學，以逐步提升整體的教學效果。
參考文獻:
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