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大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主參與性探討論文
摘要：:本文探討了如何在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程中激發(fā)學(xué)生的自主參與性，闡述了教學(xué)改革所采用的“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”這一方法。通過(guò)一個(gè)常見(jiàn)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，給出了這一方法的具體教學(xué)實(shí)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(lái)的優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;自主參與性
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)這門(mén)課程，作為面向理工科各專業(yè)學(xué)生的一門(mén)必修基礎(chǔ)課程，是構(gòu)成大學(xué)物理課程的一個(gè)重要組成部分。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為理論知識(shí)應(yīng)用的一個(gè)理想場(chǎng)所，不僅可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí)，更可以進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)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(shí)。但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了學(xué)生在自主參與方面存在著缺失，需要通過(guò)課程設(shè)計(jì)的優(yōu)化改革來(lái)改善這種情況。
一、物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，在自主參與性方面值得改進(jìn)的地方
目前進(jìn)行的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，在實(shí)驗(yàn)步驟部分，一般都參考實(shí)驗(yàn)教材，將具體實(shí)驗(yàn)的操作順序詳盡有序地羅列出來(lái)。當(dāng)教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)驗(yàn)流程。［1］然而這樣一種模式，難免使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程固定僵化，學(xué)生只是按部就班操作，在主動(dòng)思考實(shí)驗(yàn)操作意義，體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)精妙之處，難以有個(gè)人深刻的理解和體會(huì)。同時(shí)也無(wú)法產(chǎn)生自己主動(dòng)探索的興趣，無(wú)法發(fā)現(xiàn)更多教材沒(méi)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(xué)效果。
二、改進(jìn)的思想、方法和具體實(shí)施
人最主要的一個(gè)特點(diǎn)便是具有主觀能動(dòng)性。學(xué)生作為知識(shí)的接受個(gè)體，并不是完全被動(dòng)的對(duì)象，在教學(xué)方法合適的情況下，完全可以激發(fā)出學(xué)生的自主性意識(shí)。［4］在這樣的思想指導(dǎo)下，針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，可以在實(shí)驗(yàn)各環(huán)節(jié)進(jìn)行一些改進(jìn)。采用的方法稱為“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”，“省略”即省略去某些固定詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)操作步驟，“引導(dǎo)”則是在其他部分給予學(xué)生充分思考的機(jī)會(huì)，設(shè)置啟發(fā)性的問(wèn)題以及情境，引導(dǎo)實(shí)際步驟的進(jìn)行。下面通過(guò)《氣墊導(dǎo)軌上的碰撞》(后簡(jiǎn)稱《碰撞》)這樣一個(gè)典型的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，對(duì)具體改進(jìn)的方法和實(shí)施加以闡述。
(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟糠謱?duì)主動(dòng)探索經(jīng)行強(qiáng)調(diào)
在實(shí)驗(yàn)?zāi)康牟糠�，需要�?qiáng)調(diào)主動(dòng)探索的必要性。如在《碰撞》實(shí)驗(yàn)中，補(bǔ)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(yàn)證比較”。通過(guò)設(shè)置這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)康�，引�?dǎo)學(xué)生探索不同的速度、質(zhì)量組合，對(duì)滑塊碰撞結(jié)果的影響。
(二)實(shí)驗(yàn)原理部分增加啟發(fā)引導(dǎo)性的設(shè)置
在實(shí)驗(yàn)原理部分，要對(duì)思考的方向給出足夠的提示引導(dǎo)。如在《碰撞》實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，只給出根據(jù)動(dòng)量守恒和能量守恒，兩滑塊彈性碰撞前后速度應(yīng)該滿足的方程。并且引導(dǎo)學(xué)生自行進(jìn)行理論的計(jì)算，算出理論預(yù)測(cè)的結(jié)果。如表述“請(qǐng)根據(jù)動(dòng)量和能量守恒這兩個(gè)方程，算出碰撞后速度的表達(dá)式”。
(三)實(shí)驗(yàn)步驟部分省略去固定條件，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)進(jìn)行探索
在保留最基本的必要操作外，省略詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，嘗試多種情況。如在《碰撞》實(shí)驗(yàn)中，典型的實(shí)驗(yàn)圖示如下圖所示:現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教材中，除熟悉滑塊滑動(dòng)、電子天平以及光電門(mén)的使用外，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)步驟按照碰撞情形分為:設(shè)置v20=0，考慮m1＞m2、m1=m2、m1＜m2三種情況。遵循本文思路改進(jìn)之后，不再設(shè)置具體三組滑塊質(zhì)量組合數(shù)字，而是由學(xué)生自行選取多種不同負(fù)重，來(lái)改變所用滑塊的質(zhì)量。另外在初始速度設(shè)定方面，也省略去教材上設(shè)定的v20=0，讓碰撞前的速度選擇也由學(xué)生自己設(shè)定。同時(shí)將數(shù)據(jù)記錄的表格設(shè)計(jì)交由學(xué)生自己進(jìn)行。
(四)實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論部分，針對(duì)每一組學(xué)生不同的探索結(jié)果，進(jìn)行總結(jié)性討論
在記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并處理之后，針對(duì)每一組學(xué)生所得的不同結(jié)果，總結(jié)出共性結(jié)論進(jìn)行討論。對(duì)個(gè)別小組做出的額外發(fā)現(xiàn)，加以解釋和鼓勵(lì)。對(duì)學(xué)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(jí)作為對(duì)照組，實(shí)踐改進(jìn)方法，進(jìn)行效果對(duì)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(gè)不同班級(jí)進(jìn)行了對(duì)比，分為A、B兩組。所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)為《氣墊導(dǎo)軌上的碰撞》。
A組:共40人，20個(gè)實(shí)驗(yàn)組。采用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教材，按照改進(jìn)之前的標(biāo)準(zhǔn)步驟統(tǒng)一進(jìn)行教學(xué)，分別測(cè)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(shí)速度設(shè)定統(tǒng)一為v20=0。B組:共42人，21個(gè)實(shí)驗(yàn)組。按照改進(jìn)之后的“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”步驟進(jìn)行教學(xué)。在其他實(shí)驗(yàn)條件保持一致的情況下，這兩組的實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)差異主要呈現(xiàn)在以下幾點(diǎn):(1)從整個(gè)實(shí)驗(yàn)完成所用時(shí)間來(lái)看，A組最后時(shí)間截止在96分鐘，B組最后時(shí)間截止在132分鐘。
(2)由于未設(shè)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(xué)生在質(zhì)量選擇上呈現(xiàn)出了大量不同的組合。如對(duì)于v20=0，m1＞m2的完全彈性碰撞情形，所有21組中有19組進(jìn)行了測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果討論階段，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)，發(fā)現(xiàn)了以上情形所共有的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:“碰撞后兩滑塊均按照碰撞前滑塊1的速度方向運(yùn)動(dòng)”，并且將此現(xiàn)象與他們理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，得到吻合。
(3)由于同時(shí)省去了對(duì)速度v20=0的限定，B組學(xué)生也嘗試了大量對(duì)于速度的選擇。21組學(xué)生中有14組測(cè)試了v20＞0，v20=0，v20＜0的完整三種情形，有5組測(cè)試了兩種速度選擇情形，有1組只測(cè)試了v20＜0的情形，有1組只測(cè)試了v20=0的情形。通過(guò)觀察不同情況下的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)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(huì)共同影響碰撞之后的滑塊運(yùn)動(dòng)方向”。通過(guò)與理論計(jì)算結(jié)果比較，也得到了驗(yàn)證。
(4)在對(duì)結(jié)果誤差分析方面，A組學(xué)生中，有2個(gè)小組發(fā)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)有較大差別的地方，但無(wú)法通過(guò)自身有限數(shù)據(jù)給出具體誤差的來(lái)源。而在B組學(xué)生中，由于嘗試了多種組合，共有9個(gè)小組提出自己實(shí)驗(yàn)中有個(gè)別結(jié)果與理論預(yù)測(cè)不完全符合之處。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)結(jié)果的具體分析，同時(shí)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(xué)生總結(jié)出:“在此種特殊情況下，由導(dǎo)軌不完全水平、碰撞導(dǎo)致側(cè)向振動(dòng)、摩擦力等誤差來(lái)源對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可以達(dá)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(shí)驗(yàn)中的可以改進(jìn)的地方。通過(guò)以上對(duì)比，可以明顯看出使用改進(jìn)教學(xué)方案后的B組，相對(duì)于A組而言，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容得到了豐富，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析理解更加深刻，對(duì)理論知識(shí)的理解更加全面。學(xué)生自主參與性得到了有效激發(fā)，整體教學(xué)效果得到了改善。
四、總結(jié)
綜上所述，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)授課方法的改進(jìn)，采用“適當(dāng)省略加合理引導(dǎo)”這一方法，可以在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中很好地激發(fā)學(xué)生的自主參與性，能夠幫助他們更好地理解實(shí)驗(yàn)的原理和設(shè)計(jì)思路，更全面地分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，更深刻地領(lǐng)悟相關(guān)的理論知識(shí)。其中教師對(duì)教材內(nèi)容的修改加工、對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的改進(jìn)設(shè)計(jì)以及對(duì)學(xué)生的幫助引導(dǎo)至關(guān)重要。沿用這個(gè)思路，可以進(jìn)一步在以后優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以逐步提升整體的教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn):
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