時(shí)間:2023-03-22 17:33:56
導(dǎo)語:在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)論文的撰寫旅程中,學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑,好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文,愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感,引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞:半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;專業(yè)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高校教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分,不僅因?yàn)槠涫钦n堂教學(xué)的延伸,更由于通過實(shí)驗(yàn)教學(xué),可以加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解,培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,拓展學(xué)生的創(chuàng)造思維[1,2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)兩部分[3,4]:基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)面向全校學(xué)生,如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)、普通化學(xué)實(shí)驗(yàn)等,其主要任務(wù)是鞏固學(xué)生對(duì)所學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和規(guī)律的理解,旨在提高學(xué)生的觀察、分析及解決問題的能力,提供知識(shí)儲(chǔ)備[5,6];與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)不同,專業(yè)實(shí)驗(yàn)僅面向某一專業(yè),是針對(duì)專業(yè)理論課程的具體學(xué)習(xí)要求設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,對(duì)于學(xué)生專業(yè)方向能力的提高具有極強(qiáng)的促進(jìn)作用[7~8]。通過專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使學(xué)生能夠更好的理解、掌握和應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí),提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業(yè)的實(shí)際問題,為學(xué)生開展專業(yè)創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[9~11]。
1半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程存在的問題與困難
半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)專業(yè)電子材料與器件工程方向必修的一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課,旨在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)半導(dǎo)體材料和器件的制備及測(cè)試方法的實(shí)踐操作能力,其教學(xué)效果直接影響著后續(xù)研究生階段的學(xué)習(xí)和畢業(yè)工作實(shí)踐。通過對(duì)前幾年本專業(yè)畢業(yè)生的就業(yè)情況分析,發(fā)現(xiàn)該專業(yè)畢業(yè)生缺乏對(duì)領(lǐng)域內(nèi)前沿技術(shù)的理解和掌握。由于沒有經(jīng)過相關(guān)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,不少畢業(yè)生就業(yè)后再學(xué)習(xí)過程較長,融入企事業(yè)單位較慢,因此提升空間受到限制。1.1教學(xué)內(nèi)容簡(jiǎn)單陳舊。目前,國內(nèi)高校在半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置上大同小異,基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)居多,對(duì)于新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的相關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué),其實(shí)驗(yàn)效果遠(yuǎn)不如學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作。我校的半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)原有教學(xué)內(nèi)容主要參照上個(gè)世紀(jì)七、八十年代國家對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)的要求所設(shè)置,受技術(shù)、條件所限,主要以傳統(tǒng)半導(dǎo)體物理的基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)為主,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊。但是在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中添加新能源、新型電子器件等領(lǐng)域的技術(shù)方法,對(duì)于增加學(xué)生對(duì)所學(xué)領(lǐng)域內(nèi)最新前沿技術(shù)的了解,掌握現(xiàn)代技術(shù)中半導(dǎo)體材料特性相關(guān)的實(shí)驗(yàn)手段和測(cè)試技術(shù)是極為重要的。1.2儀器設(shè)備嚴(yán)重匱乏。半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生熟練掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備、基本物理參數(shù)以及物理性質(zhì)的測(cè)試原理和表征方法,為半導(dǎo)體材料與器件的開發(fā)設(shè)計(jì)與研制奠定基礎(chǔ)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,專業(yè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)隨著專業(yè)知識(shí)的更新及行業(yè)的發(fā)展及時(shí)調(diào)整,從而能更好的完成課程教學(xué)目標(biāo)的要求,培養(yǎng)新時(shí)代的人才。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整和更新需要有新型的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備做保障,但我校原有實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)備絕大部分生產(chǎn)于上個(gè)世紀(jì)六七十年代,在長期實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,不少儀器因無法修復(fù)的故障而處于待報(bào)廢狀態(tài)。由于儀器設(shè)備不能及時(shí)更新,致使個(gè)別實(shí)驗(yàn)內(nèi)容無法正常進(jìn)行,可運(yùn)行的儀器設(shè)備也因?yàn)槟甏眠h(yuǎn),實(shí)驗(yàn)誤差大、重復(fù)性低,有時(shí)甚至?xí)玫藉e(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,只能作學(xué)生“按部就班”的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),難以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的調(diào)整,將新技術(shù)新方法應(yīng)用于教學(xué)中。因此,在改革之前半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以基礎(chǔ)類實(shí)驗(yàn)為主,設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性、綜合性等提高類實(shí)驗(yàn)較少,且無法開展創(chuàng)新類實(shí)驗(yàn)。缺少自主設(shè)計(jì)、創(chuàng)新、協(xié)作等實(shí)踐能力的訓(xùn)練,不僅極大地降低學(xué)生對(duì)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的興趣,且不利于學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的培養(yǎng),半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程的改革勢(shì)在必行。
2半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程改革的內(nèi)容與舉措
半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)開設(shè)時(shí)間為本科大四秋季學(xué)期,該實(shí)驗(yàn)課與專業(yè)理論課半導(dǎo)體物理學(xué)、半導(dǎo)體器件、薄膜物理學(xué)在同一學(xué)期進(jìn)行。隨著半導(dǎo)體技術(shù)日新月異發(fā)展的今天,對(duì)半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容也提出了新的要求,因此,要求這門實(shí)驗(yàn)課程不僅能夠通過對(duì)半導(dǎo)體材料某些重要參數(shù)和特性的觀測(cè),使學(xué)生掌握半導(dǎo)體材料和器件的制備及基本物理參數(shù)與物理性質(zhì)的測(cè)試方法,而且可以在鋪墊必備基礎(chǔ)和實(shí)際操作技能的同時(shí),拓展學(xué)生在電子材料與器件工程領(lǐng)域的科學(xué)前沿知識(shí),為將來獨(dú)立開展產(chǎn)品的研制和科學(xué)研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.1實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。2013年年底,基于我校本科教學(xué)項(xiàng)目的資金支持,半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過調(diào)研國內(nèi)外高?,F(xiàn)行半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料,結(jié)合我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的自身特點(diǎn),按照創(chuàng)新教育的要求重新設(shè)計(jì)了半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,并根據(jù)所開設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容合理配置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備,新配置儀器設(shè)備具有一定的前瞻性,品質(zhì)優(yōu)良,數(shù)量合理,保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。由于作為一門專業(yè)實(shí)驗(yàn)課,每學(xué)年只有一個(gè)學(xué)期承擔(dān)教學(xué)任務(wù),為了提高儀器設(shè)備的利用率,做到實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源的不浪費(fèi),計(jì)劃成立一間半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)專屬的實(shí)驗(yàn)室,用于陳放新購置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,在沒有教學(xué)任務(wù)的學(xué)期,該實(shí)驗(yàn)室做為科研實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室使用。通過近三年的建設(shè),半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)專屬實(shí)驗(yàn)室———新能源材料與電子器件工程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建成并投入使用,該實(shí)驗(yàn)室為電子材料與器件工程方向的本科生畢業(yè)論文設(shè)計(jì)以及全院本科生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供了基本保障,更為重要的是該實(shí)驗(yàn)室的建成極大地改善了半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)的原有教學(xué)條件,解決了實(shí)際困難,使得半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果顯著提升。不僅加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)專業(yè)核心知識(shí)理解和掌握,而且啟發(fā)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)創(chuàng)造性地解決實(shí)際問題,有效提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。2.2實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的更新。半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)是一門72學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)課,在專屬實(shí)驗(yàn)室建成后,按照重視基礎(chǔ)、突出綜合、強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新、提升能力的要求,逐步培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和創(chuàng)新能力,構(gòu)建了“九—八—五”新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系,包括如下三個(gè)層次(表1)。第一層次為“九”個(gè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn),涵蓋對(duì)半導(dǎo)體材料的物理性質(zhì)(結(jié)構(gòu)、電學(xué)、光學(xué))的測(cè)定,通過對(duì)物理量的測(cè)量驗(yàn)證物理規(guī)律,訓(xùn)練學(xué)生觀察、分析和研究半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力,掌握常用基本半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)儀器的原理、性能和測(cè)量方法等。第二層次為“八”個(gè)提高型實(shí)驗(yàn)(綜合、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)),學(xué)生通過第一層次的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練后,已掌握了基本的實(shí)驗(yàn)方法和技能,在此基礎(chǔ)上,開展綜合性實(shí)驗(yàn),可以培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)以及分析和解決問題的能力。通過應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生將來利用設(shè)備原理從事生產(chǎn)或者技術(shù)服務(wù)的能力。第三層次為“五”個(gè)設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn),學(xué)生需運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)、綜合多學(xué)科內(nèi)容,結(jié)合教師的科研項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)新研究,通過設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)可以鍛煉學(xué)生組織和自主實(shí)驗(yàn)的能力,著力培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力和基本的科研素質(zhì)。每個(gè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí),提高型實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí),創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí),規(guī)定基礎(chǔ)型為必修實(shí)驗(yàn),提高型、創(chuàng)新型為選作實(shí)驗(yàn)。九個(gè)基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)全部完成后,學(xué)生可根據(jù)興趣和畢業(yè)設(shè)計(jì)要求在提高型、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)中各分別選做一定數(shù)量的實(shí)驗(yàn),在開課學(xué)期結(jié)束時(shí)完成至少72個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)并獲得成績方為合格。2.3實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的優(yōu)化。在教學(xué)方式上,建立以學(xué)生為中心、學(xué)生自我訓(xùn)練為主的教學(xué)模式,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。將之前老師實(shí)驗(yàn)前的講解轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生代表講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,然后老師提問并補(bǔ)充完善,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)安排過程中,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深、由簡(jiǎn)單到綜合、逐步過渡至設(shè)計(jì)和研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容形成連貫的實(shí)驗(yàn)梯度教學(xué)體系,在充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自發(fā)解決問題的能力。2.4實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制的改革。目前大部分實(shí)驗(yàn)課的成績由每次實(shí)驗(yàn)后的“實(shí)驗(yàn)報(bào)告”的平均成績決定,然而單獨(dú)一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告并不能夠完整反應(yīng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手操作能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的熟悉程度。因此,本課程將此改革為總成績由每次“實(shí)驗(yàn)”的平均成績決定。每次實(shí)驗(yàn)成績包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分,實(shí)驗(yàn)開始前通過問答以及學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來給出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)成績;實(shí)驗(yàn)操作成績是個(gè)團(tuán)隊(duì)成績反映每組實(shí)驗(yàn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的動(dòng)手能力以及組員之間的相互協(xié)助情況;針對(duì)提高型和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),特別是創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn),要求以科技論文的形式來撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告,以此來鍛煉本科生的科技論文寫作能力。通過三部分綜合來給出的實(shí)驗(yàn)成績更注重對(duì)知識(shí)的掌握、能力的提高和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)等方面的考核。
3半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)課程改革后的成效
半導(dǎo)體物理實(shí)驗(yàn)在我校本科教學(xué)項(xiàng)目的支持下,購置并更新了實(shí)驗(yàn)設(shè)備建立了專屬實(shí)驗(yàn)室,構(gòu)建了“九—八—五”新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體系,并采用新的教學(xué)方式和考核機(jī)制,教師和學(xué)生普遍感覺到新實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的目的性、整體性和層次性都得到了極大的提高。教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的調(diào)整,使學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力得到增強(qiáng),提高了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)中學(xué)生實(shí)際動(dòng)手的機(jī)會(huì)增多,對(duì)知識(shí)的渴求程度明顯加強(qiáng),為了更好地完成創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),部分本科生還會(huì)主動(dòng)去查閱研中英文科技文獻(xiàn),真正做到了自主自覺的學(xué)習(xí)。通過實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué),學(xué)生掌握了科技論文的基本格式,數(shù)據(jù)處理的圖表制作,了解了科學(xué)研究的過程,具備了基本的科研能力,也為學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了良好的基礎(chǔ)。與此同時(shí),利用新購置的實(shí)驗(yàn)設(shè)備建立的實(shí)驗(yàn)室,在做為科研實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室使用時(shí),也取得了優(yōu)異的成績。依托本實(shí)驗(yàn)室,2015年“國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”立項(xiàng)3項(xiàng),2016年“國家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃”立項(xiàng)4項(xiàng)。
4結(jié)語
進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),引發(fā)認(rèn)知沖突。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,根據(jù)教學(xué)實(shí)際合理的安排對(duì)比試驗(yàn),可以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,從而更加全面深入的了解相關(guān)物理知識(shí)。如在講解閉合電路歐姆定律這一章節(jié)的知識(shí)時(shí),教師可以使用開關(guān)、新干電池、導(dǎo)線、小燈泡等實(shí)驗(yàn)器材構(gòu)成一個(gè)回路,然后閉合開關(guān),此時(shí)小燈泡會(huì)發(fā)光。教師再用將新干電池?fù)Q成舊干電池,其他器材保持原狀,在重新閉合新電路之前,教師可以提出相關(guān)問題,引起學(xué)生興趣和思考:與上次試驗(yàn)相比,本次試驗(yàn)小燈泡能否發(fā)亮?光亮程度如何?在學(xué)生給出答案之后,重新閉合電路,小燈泡幾部沒有發(fā)出亮光,這與大部分學(xué)生的答案都不一樣,于是便可以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,激起學(xué)生的求知欲,進(jìn)而自己動(dòng)手投入實(shí)驗(yàn),探尋原因和結(jié)果。
二、優(yōu)化自主實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生積極性
除了演示實(shí)驗(yàn),在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)也是常用的教學(xué)手段。學(xué)生在自主實(shí)驗(yàn)中可以親自操作,從而積累更加豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,自主實(shí)驗(yàn)主要包括課外實(shí)驗(yàn)和課堂實(shí)驗(yàn)兩大類。自主實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)類型呈現(xiàn)出多樣化特征,既有分組實(shí)驗(yàn),又有個(gè)體實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在增強(qiáng)自主學(xué)習(xí)和獨(dú)立思考意識(shí)的同時(shí),也提高合作學(xué)習(xí)的能力。
1.增強(qiáng)課堂自主實(shí)驗(yàn)
課堂自主實(shí)驗(yàn)是目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)最常用的實(shí)驗(yàn)?zāi)J?,在課堂自主實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生是操作的主體,教師主要負(fù)責(zé)指導(dǎo)和評(píng)價(jià)。例如在進(jìn)行用單擺測(cè)定重力加速度這一實(shí)驗(yàn)時(shí),教師可以安排學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn),并提出“單擺簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的條件是什么?如何運(yùn)用單擺檢測(cè)重力加速度?”等問題。讓小組帶著這些問題選擇實(shí)驗(yàn)器材,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,教師可以為學(xué)生提供擺線、米尺、小球、卡尺等器材,讓學(xué)生先自主研究卡尺和秒表的用法,然后教師再做正確的示范和講解。教師可以對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)加以指導(dǎo)和糾正,并組織各小組交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果和過程,最后要求學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過自主實(shí)驗(yàn)不僅可以引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)態(tài)度,還可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,提高學(xué)生的實(shí)踐能力。
2.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行課外實(shí)驗(yàn)
創(chuàng)新是事物發(fā)展過程中量的積累,是量變過程。同時(shí)創(chuàng)新又是創(chuàng)造,是事物的突變,是一個(gè)全新事物和方法,是事物發(fā)展過程中的質(zhì)變。物理的實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠很好的體現(xiàn)這一質(zhì)變過程。我們下面就在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來探索創(chuàng)新教育的具體實(shí)施。
一、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思路
創(chuàng)新不是憑空的胡編亂造,而是通過對(duì)客觀事物的觀察、分析、總結(jié),在客觀事實(shí)的基礎(chǔ)上來得到前人沒有得到的結(jié)果結(jié)論,或者是用前人的正確結(jié)論創(chuàng)建新的領(lǐng)域。如果把創(chuàng)新等同于建造空中樓閣,那是對(duì)創(chuàng)新的一個(gè)歪曲,是非常容易誤入唯心主義的泥潭的。
物理就是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,也就是物理的定義、定理、規(guī)律、定律都建立在大量的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)中,那么我們所說的實(shí)驗(yàn)也就不僅僅局限于現(xiàn)行初中物理教科書中所安排的十九個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),兩百一十一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)和若干課外小實(shí)驗(yàn)。我們的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以在課上,也可以在課下;可以使用實(shí)驗(yàn)室所配備的器材,也可以自備自制教具,甚至可以使用我們?nèi)粘I钪械默F(xiàn)有物品,經(jīng)常用學(xué)生身邊的物品做實(shí)驗(yàn),如用鉛筆和小刀做壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn),用雪碧瓶做液體壓強(qiáng)與深度關(guān)系的實(shí)驗(yàn),用汽水瓶做大氣壓實(shí)驗(yàn)用眼藥瓶做物體的浮沉實(shí)驗(yàn),用水和玻璃做光的色散實(shí)驗(yàn)等,這些器材學(xué)生更熟悉,更有利于使學(xué)生明白物理就在身邊,物理與生活聯(lián)系非常緊密。而且通過這些課本上沒有出現(xiàn)的器材啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力:大家一起來想一想,還可以用什么來說明我們要知道的內(nèi)容?;蛘撸@種類似的方法我們可以用來解決其他什么問題,等等。調(diào)動(dòng)學(xué)生剛剛起步的創(chuàng)新的意識(shí)和創(chuàng)新的精神。
總之,我們不是為做實(shí)驗(yàn)而做實(shí)驗(yàn),我們做實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)這種研究事物內(nèi)在聯(lián)系,研究問題的方法。
二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的改革
1、觀察是創(chuàng)新的前提
觀察是實(shí)驗(yàn)的第一步,也是創(chuàng)新的前提。沒有對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)是談不到創(chuàng)新的。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中首先應(yīng)該使學(xué)生知道:所謂觀察就是要有目的地辨明觀察對(duì)象的主要特征,注意發(fā)現(xiàn)引起變化的條件和原因,其次,要使學(xué)生了解觀察是要經(jīng)過一定的努力,克服一定的困難,才能發(fā)現(xiàn)問題,才能得到對(duì)事物的正確認(rèn)識(shí)和正確的結(jié)論。
需要指出的是:在教學(xué)中應(yīng)該讓學(xué)生知道,觀察事物是科學(xué)方法中提取大量事實(shí)的第一步,也是我們要進(jìn)行任何創(chuàng)造和超越的第一步,我們所需要的不僅僅是大家觀察到的結(jié)果,更重要的是觀察這個(gè)活動(dòng)的本身,觀察在生活中無處不在。比如觀察水的沸騰實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生注意觀察在給水加熱的過程中,能看到什么?在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)同學(xué)討論觀察的方法和應(yīng)注意的問題??梢蕴崾究吹降牟煌默F(xiàn)象是由不同的原因引起的,但是具體到是哪些原因,應(yīng)該由學(xué)生通過多次的實(shí)驗(yàn)得出一定的結(jié)論,而不是老師在黑板上把各種條件羅列出,再提供給學(xué)生實(shí)驗(yàn)。那樣做實(shí)際限制了學(xué)生的思維,是不利于學(xué)生形成創(chuàng)新思維的。
2、實(shí)驗(yàn),在學(xué)習(xí)中創(chuàng)新。
人們的許多物理知識(shí)是通過觀察和實(shí)驗(yàn)認(rèn)真地加以思索和總結(jié)得到的。如對(duì)于彩虹,自然界在特定雨天后才能看到,平時(shí)看不到。在序言中教學(xué)中用三棱鏡做光的色散實(shí)驗(yàn)讓彩虹出現(xiàn)在教室里,使學(xué)生感到新奇,通過這段教學(xué)師生共同討論,形成共識(shí),知道什么是實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)就是在人工控制條件下使物理現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)供人們觀察的工作。通過實(shí)驗(yàn),能夠?qū)ξ锢硎聦?shí)獲得具體的明確的認(rèn)識(shí),有助于理解物理概念和規(guī)律。那么在這里學(xué)習(xí)的就不是色散的知識(shí),更重要的學(xué)習(xí)了這種探索事實(shí)根本的方法——實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)中要有實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。教育學(xué)生每做一個(gè)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該:了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康模_使用儀器,作必要的記錄,得出相應(yīng)的結(jié)論整理好實(shí)驗(yàn)器材。根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象和結(jié)果得出結(jié)論,做出正確的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。向?qū)W生適當(dāng)介紹一些物理學(xué)大師所做的物理實(shí)驗(yàn)以及所取得的成績,而在以后的學(xué)習(xí)中能夠運(yùn)用這些方法來探索知識(shí)。
3、重視方法的總結(jié),動(dòng)手動(dòng)腦
科學(xué)方法提出這樣幾個(gè)步驟:收集大量資料,證據(jù);總結(jié)分析;得出結(jié)論;提出意見和建議。實(shí)驗(yàn)做完了,結(jié)果出來了,我們的實(shí)驗(yàn)是不是就結(jié)束了?沒有。應(yīng)用才是我們的最終目的,這也完全符合唯物主義方法論中關(guān)于從實(shí)踐到理論再由理論到實(shí)踐的辨證原則。
當(dāng)學(xué)生做了基本實(shí)驗(yàn)后,教師應(yīng)當(dāng)對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)提出較高層次的要求--做驗(yàn)證性的和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)。比如在做完測(cè)平均速度的實(shí)驗(yàn)后應(yīng)該總結(jié)實(shí)驗(yàn)時(shí)所采用的物理方法:控制變量的方法,這種方法在物理的實(shí)驗(yàn)中是最常用的,是應(yīng)該掌握的。這樣在學(xué)完密度知識(shí)后根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所能提供的器材可以要求學(xué)生解決如何測(cè)金屬塊的密度問題,學(xué)生可以根據(jù)控制變量的方法提出設(shè)計(jì)方案,也可以提出一些具體問題,自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這不僅對(duì)前面知識(shí)的應(yīng)用,也是一種對(duì)物理方法的使用。
運(yùn)用現(xiàn)有的知識(shí)內(nèi)容推論后面的學(xué)習(xí)內(nèi)容是一種物理研究的思路,更是學(xué)生應(yīng)該掌握的物理方法之一。在這個(gè)研究的過程中也更容易有新的突破。在做固體融化的實(shí)驗(yàn)過程中(直接加熱),開始的實(shí)驗(yàn)結(jié)論和課本上總是不一致,學(xué)生甚至考慮了課本的大膽想法。在引導(dǎo)學(xué)生考慮小學(xué)學(xué)習(xí)的熱平衡的知識(shí)后,就有學(xué)生考慮是不是加熱不均勻的問題,通過討論,最終使用了水浴的方法來解決了問題,結(jié)論與課本基本一致。這就是運(yùn)用來探討新知識(shí)新方法,在探討中學(xué)生也品嘗到了成功的喜悅。
三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)中的新意識(shí)
教師對(duì)教學(xué)目標(biāo)的完成情況進(jìn)行評(píng)估,為制訂下一個(gè)目標(biāo)做準(zhǔn)備,這是一個(gè)學(xué)科目標(biāo)的結(jié)束。如果說學(xué)生已經(jīng)掌握了知識(shí)的重點(diǎn)、難點(diǎn),形成了相應(yīng)的技能技巧,那么教師應(yīng)該對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行總結(jié),學(xué)生掌握了什么,超越了什么?誰做得最好,由教師和學(xué)生總結(jié)這個(gè)的經(jīng)驗(yàn),從而形成再創(chuàng)新能力,這個(gè)環(huán)節(jié)是必不可少的。
關(guān)鍵詞:大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程;教學(xué)改革
大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科院校的必修課,也是1門實(shí)踐性和應(yīng)用性很強(qiáng)的課程。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能幫助學(xué)生正確理解物理概念和規(guī)律,而且與課堂理論教學(xué)相比,在培養(yǎng)和提高學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力等方面都更具優(yōu)勢(shì)。同時(shí)也為學(xué)生的研究能力、開拓能力、創(chuàng)新意識(shí)等綜合科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)提供了較好途徑。因此,實(shí)驗(yàn)課程在大學(xué)物理教學(xué)中具有不可替代的作用——是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。同時(shí),大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也是培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)厚、實(shí)踐能力強(qiáng)的創(chuàng)新人才的重要基礎(chǔ)。但是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,學(xué)生往往過分依賴教師指導(dǎo),幾乎所有實(shí)驗(yàn)都由教師安排內(nèi)容、準(zhǔn)備儀器。教師在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前先講解實(shí)驗(yàn)的目的、原理、步驟并做演示,學(xué)生只要按照現(xiàn)成的步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最后把結(jié)果寫在統(tǒng)一設(shè)計(jì)好的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的報(bào)告紙上即可。這種僵化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式在很大程度上抑制了學(xué)生的積極性和主動(dòng)性。要從根本上提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果必須從大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、管理制度和方法等方面進(jìn)行積極有效地改革。3年來,淮陰工學(xué)院作為省級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)點(diǎn),對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革提出了具體措施,并且進(jìn)行了初步實(shí)踐,并收到了預(yù)期的效果。
一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系改革
傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是按力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等內(nèi)容進(jìn)行劃分,并分別形成各自的封閉體系,這種封閉體系突出了學(xué)科的系統(tǒng)性,但忽視了學(xué)科之間的兼容互補(bǔ)性,各學(xué)科相互獨(dú)立,限制了學(xué)生跨學(xué)科思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此,淮陰工學(xué)院從2000年開始就使用自己編寫的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材,截至2005年,先后進(jìn)行了兩次修訂。其中,最大的修訂在2006年,淮陰工學(xué)院根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平和需要,結(jié)合其現(xiàn)有物理實(shí)驗(yàn)儀器的具體情況以及教學(xué)大綱,編寫并公開出版了適合該校學(xué)生使用的《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》(趙亞林、周在進(jìn)主編)教材。依據(jù)大綱要求和以往的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),該院的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目打破了按照力學(xué)、電磁學(xué)和近代光學(xué)的順序,而是按照基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類,確定了適合我院學(xué)生的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這種安排雖然打破了力、熱、光、電順序,但是在具體操作上還是實(shí)現(xiàn)了與物理理論課的同步。這樣的實(shí)驗(yàn)安排打破了各部分的封閉體系,突出的體現(xiàn)了學(xué)科的系統(tǒng)性、學(xué)科之間的兼容互補(bǔ)性,同時(shí)也打破了各學(xué)科之間的相互獨(dú)立,加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生跨學(xué)科思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。這種新的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)體系由易到難、由淺入深、由低到高、循序漸進(jìn),既吸收傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的精華,又突出現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),通過對(duì)各類實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,整體優(yōu)化,在突出基本方法、基本技能訓(xùn)練的同時(shí),加強(qiáng)綜合性、設(shè)計(jì)性和研究性實(shí)驗(yàn)力度,從而達(dá)到學(xué)生素質(zhì)和能力的提高。這種結(jié)構(gòu)的安排,既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造能力和實(shí)驗(yàn)技能,又能使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)研究方法、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想等科學(xué)素質(zhì)方面得到鍛煉和提高。實(shí)驗(yàn)教材經(jīng)學(xué)生試用,已經(jīng)取得了預(yù)期的效果——給學(xué)生的專業(yè)實(shí)驗(yàn)打下了良好的基礎(chǔ)。
二、實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)與管理改革
在以前的實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)過程中,教師要將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)告訴學(xué)生,還要詳細(xì)地講解實(shí)驗(yàn)原理、方法、步驟、儀器使用、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理等等,甚至老師還要在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前把實(shí)驗(yàn)從頭到尾的演示,讓學(xué)生看得清清楚楚、明明白白,因此學(xué)生就完全不用預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn),也不用思考問題,只要將上課時(shí)老師講的內(nèi)容記下即可完成思考題,這樣就造成了實(shí)驗(yàn)課堂收效甚微。有的學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都測(cè)完了還不知道儀器用的是什么原理,就更談不上提高他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力了。
基于改變這種現(xiàn)象的考慮,淮陰工學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心從2006-2007學(xué)年第1學(xué)期開始對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了試探性改革:在完成普通物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上增加了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的過程,主要是由教師提出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目和要求以及實(shí)驗(yàn)室所能提供的儀器,對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)以及涉及到的實(shí)驗(yàn)原理知識(shí)則由學(xué)生自己根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行資料查詢。有些教材上一般只提出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的、儀器及簡(jiǎn)單的方法提示,為了完成預(yù)習(xí)報(bào)告,要求學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)要求,自己設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案或電路,擬出可行的實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng);要求學(xué)生自己查閱資料,并對(duì)資料進(jìn)行理解、分析、選擇,設(shè)計(jì)出完整的預(yù)習(xí)報(bào)告。因此,設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生技能的提高,思考問題方法的訓(xùn)練,知識(shí)的綜合運(yùn)用起到很大的促進(jìn)作用,同時(shí)還能有效地提高和培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。如在測(cè)量薄紙厚度的實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生就給出了光杠桿法、劈尖法、螺旋測(cè)微器測(cè)量法等多種方法。這樣通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,加深了學(xué)生的理解能力,激發(fā)了學(xué)生獨(dú)立思考和不斷創(chuàng)新的精神。又如在測(cè)量不規(guī)則物體密度的實(shí)驗(yàn)中,幾組同學(xué)分別從不同角度利用排水法對(duì)不規(guī)則物體的體積進(jìn)行測(cè)量,方法新穎,學(xué)生思維活躍開闊,學(xué)習(xí)氣氛濃厚。另外,實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系、內(nèi)容、方法等的革新與調(diào)整也對(duì)教學(xué)管理提出了新的、更高的要求。淮陰工學(xué)院從2005-2006學(xué)年第2學(xué)期開始實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理,學(xué)生可以在網(wǎng)上選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)教師,在網(wǎng)上預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、與教師討論實(shí)驗(yàn)問題等。教師也可以在網(wǎng)上批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告、公布實(shí)驗(yàn)成績等。為了使開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理更加科學(xué)、規(guī)范、合理。在校園網(wǎng)上向?qū)W生公布大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式和教學(xué)要求以及考核辦法,使學(xué)生全面了解物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程;要求學(xué)生每次課前必須寫預(yù)習(xí)報(bào)告,弄清實(shí)驗(yàn)時(shí)要完成數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理方法,在實(shí)驗(yàn)開始前交給老師檢查,使教師能夠及時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)和更正,使得實(shí)驗(yàn)課更具實(shí)效性和完整性。
三、實(shí)驗(yàn)考核方法改革
改進(jìn)實(shí)驗(yàn)考核方法,旨在提高教與學(xué)兩方面的積極性,目前該校物理實(shí)驗(yàn)考核由兩大部分構(gòu)成,即平時(shí)成績與期末考試成績。平時(shí)成績包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告和出勤率以及實(shí)驗(yàn)課堂上的表現(xiàn)占60%,期末考試成績占40%。實(shí)驗(yàn)課程考核的內(nèi)容,主要包括學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、操作過程、數(shù)據(jù)處理方法等的掌握。
為了進(jìn)一步保證實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量,提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的想法,淮陰工學(xué)院對(duì)2005級(jí)的學(xué)生的期末考試采用了操作考核的方法。每位學(xué)生抽簽決定其考試項(xiàng)目和內(nèi)容,并單人進(jìn)行操作,教師對(duì)照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)場(chǎng)給出操作成績,取得了明顯效果。自改革以來,由于實(shí)施了期末單人操作考試,學(xué)生的平時(shí)實(shí)驗(yàn)態(tài)度與以往相比發(fā)生了很大變化,由只注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果轉(zhuǎn)向注重平時(shí)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作步驟及實(shí)驗(yàn)報(bào)告,實(shí)驗(yàn)態(tài)度積極認(rèn)真,也改變了以前有的學(xué)生在做完物理實(shí)驗(yàn)以后進(jìn)行專業(yè)課實(shí)驗(yàn)時(shí),連基本物理儀器都不會(huì)使用的尷尬情況。
四、小結(jié)
改革后的課程體系和教學(xué)內(nèi)容,真正以學(xué)生為主體,激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性,培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣,更好地鍛煉了學(xué)生應(yīng)用理論知識(shí)、掌握實(shí)驗(yàn)原理、正確選擇與操作儀器、確定測(cè)量條件等方面的能力。同時(shí),大學(xué)物理教學(xué)改革還能進(jìn)一步給學(xué)生一個(gè)更加廣闊的思考空間和選擇余地,激發(fā)他們的想象力,增強(qiáng)其創(chuàng)新意識(shí),培養(yǎng)其堅(jiān)忍不拔的思想品質(zhì)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、相互幫助的協(xié)作精神,使其將來更好地服務(wù)于社會(huì)。
參考文獻(xiàn):
1、趙亞林,周在進(jìn).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].南京大學(xué)出版社,2006(3).
2、徐曼等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的初步實(shí)踐[J].石家莊聯(lián)合技術(shù)職業(yè)學(xué)院學(xué)術(shù)研究,2007(3).
一、運(yùn)用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生形成正確的物理概念
有些物理概念比較抽象學(xué)生難于理解,設(shè)計(jì)對(duì)比性實(shí)驗(yàn),邊引導(dǎo)邊實(shí)驗(yàn)邊分析,抽象出事物的本質(zhì)特征,幫助學(xué)生形成概念,完成認(rèn)識(shí)上的飛躍。例如,大氣壓強(qiáng)這一概念,對(duì)初中學(xué)生來說是比較抽象的,教學(xué)中我設(shè)計(jì)兩個(gè)對(duì)比性實(shí)驗(yàn),每做一個(gè)實(shí)驗(yàn),都引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象,思考問題,分析問題,步步深入。講課開始,教師做“水杯--厚紙片”演示實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生思考,放開手后,厚紙片會(huì)不會(huì)掉下來?當(dāng)學(xué)生看到厚紙片不會(huì)掉下來這個(gè)意想不到的現(xiàn)象時(shí),無不感到新奇有趣。這時(shí),教師因勢(shì)利導(dǎo)提出:“上述實(shí)驗(yàn)中厚紙片受到哪些向下的作用?為什么厚紙片不會(huì)掉下來?”學(xué)生很自然領(lǐng)會(huì)到厚紙片不會(huì)掉下來一定受到一個(gè)向上的壓力作用,這個(gè)壓力只能是大氣產(chǎn)生的,由此可見,大氣對(duì)厚紙片產(chǎn)生了壓強(qiáng)。
進(jìn)而向?qū)W生提出:“課本上要求做這個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí),杯里要裝滿水,若杯里只盛少量水,甚至不裝水,這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒艹晒??”為了開闊學(xué)生的思路,又進(jìn)一步提出若用小刀片把厚紙片與杯的接觸處撬開一個(gè)小口子,將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?然后再做實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析、推理的一致性,加深了學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)的認(rèn)識(shí),同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力。接著進(jìn)行“馬德堡半球”實(shí)驗(yàn),證明大氣對(duì)任何方向都有壓強(qiáng),而且大氣壓強(qiáng)可以產(chǎn)生很大的力。從而使學(xué)生對(duì)大氣壓的理解具體而鮮明。
二、用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)糾正學(xué)生的錯(cuò)誤概念
為了糾正學(xué)生在生活經(jīng)驗(yàn)中形成的錯(cuò)誤觀念,建立正確概念,恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)也能收到較好的教學(xué)效果。例如關(guān)于“自由落體運(yùn)動(dòng)”的教學(xué),我針對(duì)學(xué)生認(rèn)為質(zhì)量大的物體下落得快,質(zhì)量小的物體下落得慢的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),設(shè)計(jì)了以下的對(duì)比性實(shí)驗(yàn)。先從相同高度處同時(shí)釋放一個(gè)小鐵球和一張紙片,結(jié)果小球下落得快。不少學(xué)生錯(cuò)誤地認(rèn)為小鐵球質(zhì)量大,下落快,因而得出下落加速度由其質(zhì)量決定的錯(cuò)誤結(jié)論。此時(shí)教師不要急于糾正學(xué)生的錯(cuò)誤,而是接著分別演示:①兩張相同的紙片,其中一張揉成一個(gè)小團(tuán),再從同樣高度同時(shí)釋放,結(jié)果觀察到紙團(tuán)下落快。②將一張質(zhì)量較小的小紙片揉成一團(tuán)與一張質(zhì)量較大的紙片,同時(shí)從同樣高度開始下落,可觀察到質(zhì)量小的紙團(tuán)反而下落得快。當(dāng)學(xué)生弄清紙片之所以比紙團(tuán)下落得慢是因?yàn)榭諝庾枇?duì)紙片影響大以后,進(jìn)而提出:“如果沒有空氣阻力的影響,將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象”,讓學(xué)生思考。然后再過渡到解決問題的對(duì)比性實(shí)驗(yàn):“錢毛管”實(shí)驗(yàn)。先觀察抽成真空的“錢毛管”中的金屬片、小羽毛、小軟木塞在沒有空氣阻力時(shí),下落加速度都相同。接著打開“錢毛管”上的開關(guān),讓空氣進(jìn)入“錢毛管”里,再把“錢毛管”倒立起來,這時(shí)可以看到這些物體下落的快慢是不同的,前后兩次實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析,突出了阻力對(duì)下落快慢的影響,形成了“重力加速度g與質(zhì)量無關(guān)”的正確概念。
三、運(yùn)用對(duì)比性實(shí)驗(yàn)導(dǎo)出物理規(guī)律
對(duì)于學(xué)生易于形成片面認(rèn)識(shí)的物理規(guī)律,設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)的對(duì)比性實(shí)驗(yàn),可以幫助學(xué)生完成認(rèn)識(shí)上的飛躍,例如,初中學(xué)生對(duì)“二力平衡”條件覺得很簡(jiǎn)單,似乎沒有什么困難,但又往往形成片面的認(rèn)識(shí)。在課堂教學(xué)中,我從日常生活中吊在電線上的電燈,放在桌子上的書籍等物體保持靜止?fàn)顟B(tài)等實(shí)例引發(fā),進(jìn)而做“二力平衡的條件”的演示實(shí)驗(yàn)(課本中安排的),讓學(xué)生仔細(xì)觀察并讀出小車保持靜止時(shí)兩邊吊盤里砝碼的重力,并向?qū)W生提出探索性問題:“二力在什么條件下才會(huì)平衡?”學(xué)生往往得出片面的結(jié)論:“二力平衡條件是二力的大小相等,方向相反?!边@時(shí)引導(dǎo)學(xué)生再仔細(xì)觀察如下兩個(gè)有針對(duì)性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。①兩個(gè)力大小相等,方向相反,分別作用在兩個(gè)物體上(即用兩個(gè)小車拼合在一起代替原來的小車實(shí)驗(yàn));②兩力大小相等,方向相反,作用在同一個(gè)物體(小車)上,但兩力的作用線不在同一條直線上。通過這兩個(gè)實(shí)驗(yàn),學(xué)生自己否定了原先的片面論斷,從而得出科學(xué)的結(jié)論:“作用在一個(gè)物體上的兩個(gè)力,如果在同一條直線上,大小相等,方向相反,這兩個(gè)力就平衡?!?/p>
筆者之一曾在美國考察訪問過八所中學(xué),給筆者留下深刻印象的是:美國中學(xué)物理教師普遍很重視實(shí)驗(yàn)。他們一般都有自己的專用教室,各班學(xué)生輪流來上課。教室里四周靠墻的桌子上,常常擺了一圈演示實(shí)驗(yàn)儀器。教室旁邊還有一間準(zhǔn)備室,準(zhǔn)備室里也放滿了教師的各種教具與實(shí)驗(yàn)器材。這些演示教具和實(shí)驗(yàn)器材大多是教師自己設(shè)計(jì)制作的。許多自制的實(shí)驗(yàn)器材構(gòu)思巧妙,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,效果良好。例如,ROYAL中學(xué)的貝克爾先生設(shè)計(jì)的將沉重的長方木從中點(diǎn)水平支起來,用塑料的高爾夫桿套經(jīng)毛皮摩擦后吸引長方木一端使之水平旋轉(zhuǎn)的靜電實(shí)驗(yàn);磁鐵在豎直的銅管中緩緩下落的渦流阻尼實(shí)驗(yàn),塑料瓶中裝有界限明顯的兩色液體的模仿龍卷風(fēng)的實(shí)驗(yàn);數(shù)字顯示不同物體的溫度的實(shí)驗(yàn)等;VANNUYS中學(xué)的羅伯特先生用蘋果和南瓜在教學(xué)樓頂上做的自由落體實(shí)驗(yàn);自制木頭飛機(jī)在鐵絲上滑行投彈的平拋實(shí)驗(yàn)及“射擊猴子”實(shí)驗(yàn);SANFERNANDO中學(xué)的克朗代爾博士的水流反沖實(shí)驗(yàn),用玩具槍在不同角度做的斜拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)等。這些實(shí)驗(yàn)器材大部分是他們自己掏腰包購買材料,不惜時(shí)間精力制作起來的,表現(xiàn)了美國中學(xué)物理教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視和敬業(yè)精神。他們通常一天5節(jié)課,另一節(jié)用于備課和批改作業(yè)等,天天如此,還有的周課時(shí)達(dá)到30多節(jié)的。即便如此,他們也是想方設(shè)法設(shè)計(jì)各種教具及實(shí)驗(yàn)器材以改進(jìn)教學(xué)。
值得一提的是“射擊猴子”問題,這在中國的中學(xué)物理課本上也有:樹上吊著一只猴子,有一管獵槍的槍口直接對(duì)準(zhǔn)猴子,獵槍開火的一瞬間,猴子從樹上掉下,問槍彈能否擊中猴子。我國的有關(guān)報(bào)刊曾專門對(duì)此問題進(jìn)行過討論,稿件幾乎全是從理論和計(jì)算方面來證明或是討論的。而在美國,筆者先后四次看到不同的美國教師用實(shí)驗(yàn)回答這個(gè)問題。最精密的實(shí)驗(yàn)是加州洛杉磯大學(xué)(UCLA)的霍夫曼博士設(shè)計(jì)的用激光瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)距離射擊,在猴子快要落地時(shí)命中的演示實(shí)驗(yàn)。最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)是上面提到的羅伯特先生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn):他用一根3米長的塑料管做為獵槍,用木頭削制子彈,猴子用電磁鐵吊在空中,電磁鐵開關(guān)用一導(dǎo)線連至塑料管口。他從管子另一頭瞄準(zhǔn)猴子,用嘴使勁一吹,子彈飛出管口,斷開電源,猴子落下,飛出的子彈恰好擊中下落的猴子。如此簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn),就能得到良好效果。這一“射猴”例子生動(dòng)地說明了美國中學(xué)物理教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的重視程度。
美國教師認(rèn)識(shí)到,實(shí)驗(yàn)教學(xué)比起直接講述來,確實(shí)要花費(fèi)更多的時(shí)間和精力,而且在得到結(jié)論方面常常反不如直接講述來的簡(jiǎn)潔而明確。但物理科學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),學(xué)生從物理實(shí)驗(yàn)中所獲得的感性認(rèn)識(shí),探索能力和動(dòng)手技巧等,不是直接講述所能給予的,而且物理實(shí)驗(yàn)在增加物理教學(xué)的趣味性方面,也有它不可替代的作用。所以,雖然在美國中學(xué)物理教材中一般并沒有列舉需要作什么樣的物理實(shí)驗(yàn),教學(xué)大綱上也沒有規(guī)定這部分內(nèi)容[1],但美國中學(xué)物理教師普遍很重視實(shí)驗(yàn),這已成為一種風(fēng)氣和共識(shí)。
二、關(guān)于物理實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性及多樣性
在我國比較正規(guī)的中學(xué)中,學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性及實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)越,顯然是大部分美國中學(xué)所不及的。筆者曾看過他們的一份實(shí)驗(yàn)講義,上面列舉了七,八個(gè)實(shí)驗(yàn),內(nèi)容涉及力學(xué),電磁學(xué),聲學(xué),熱學(xué)等多項(xiàng)內(nèi)容,在實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性及與教學(xué)內(nèi)容的緊密配合方面,顯然不如我們的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。曾到中國中學(xué)訪問過的美國教師對(duì)中國中學(xué)中實(shí)驗(yàn)設(shè)備的齊全、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的充足感到十分羨慕。他們說:“中國的中學(xué)是很富裕的?!彼悦绹鴮W(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的條件反而不及我國學(xué)生優(yōu)越。我們應(yīng)該重視我們?cè)谶@一方面的長處,加強(qiáng)管理,提高儀器設(shè)備的利用率,充分挖掘?qū)嶒?yàn)儀器在培養(yǎng)學(xué)生能力方面的潛力。
但從另一方面說,儀器的缺乏也激發(fā)了美國中學(xué)師生在實(shí)驗(yàn)方面的創(chuàng)造性。如上所述,美國中學(xué)物理教師自制了大批的教具和實(shí)驗(yàn)器材,此外他們還領(lǐng)導(dǎo)學(xué)生搞各種各樣的課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。例如,有一所學(xué)校的老師領(lǐng)著一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)小組利用儀器接收從人造衛(wèi)星上發(fā)來的信號(hào),并以此驗(yàn)證相對(duì)論的理論。筆者曾參加洛杉磯1992年中學(xué)生發(fā)明競(jìng)賽的評(píng)判工作。他們中學(xué)生制作的各種各樣的參賽展品擺滿了一個(gè)體育館的偌大一周圈門廊,充分顯示了他們中學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的豐富多彩。筆者在美國參加過多次學(xué)術(shù)會(huì)議,其中教師以及學(xué)生演示他們?cè)O(shè)計(jì)制作的各種實(shí)驗(yàn)常常是會(huì)議的一項(xiàng)重要內(nèi)容。
前兩年,計(jì)算機(jī)在美國中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已開始使用,但還不是那么普遍。在筆者訪問過的八所美國中學(xué)中,有一所中學(xué)的物理教室中擺滿了一周遭黑白屏幕的計(jì)算機(jī),學(xué)生們正在上有關(guān)的課程。他們的課本就叫做“計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)”[2],目錄如下:
實(shí)驗(yàn)一統(tǒng)計(jì)規(guī)律
1.隨機(jī)事件的分布2.分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤差
實(shí)驗(yàn)二拋體運(yùn)動(dòng)
1.平拋2.斜拋3.獵人和猴子。
實(shí)驗(yàn)三非勻加速運(yùn)動(dòng)
1.空氣阻尼2.諧振動(dòng)3.非諧振動(dòng)
實(shí)驗(yàn)四行星運(yùn)動(dòng)
1.環(huán)繞一個(gè)恒星運(yùn)動(dòng)2.環(huán)繞兩個(gè)恒星運(yùn)動(dòng)
實(shí)驗(yàn)五波動(dòng)
1.正弦波2.波的迭加3.駐波。
實(shí)驗(yàn)六電場(chǎng)
1.兩個(gè)點(diǎn)電荷2.三個(gè)點(diǎn)電荷3.未知電荷。
與教材相適應(yīng)有配套的軟盤。學(xué)生當(dāng)時(shí)正在津津有味地做著“獵人射擊猴子”的模擬實(shí)驗(yàn)。由目錄可知,這一教材是綜合性的,并不直接配合某一部分物理教學(xué)內(nèi)容,但部分彌補(bǔ)了他們學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的不足,同時(shí)也能使學(xué)生獲得操作計(jì)算機(jī)的基本技能。此外,有些計(jì)算機(jī)模擬的物理實(shí)驗(yàn)也是用實(shí)物實(shí)驗(yàn)很難實(shí)現(xiàn)的,例如“行星運(yùn)動(dòng)”。所以,預(yù)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬物理實(shí)驗(yàn)以后會(huì)有大的發(fā)展。
1.1培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣
良好的初中物理教學(xué)模式,應(yīng)該是以學(xué)生興趣培養(yǎng)為基點(diǎn),那么教學(xué)中應(yīng)該如何培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣呢?初中生的認(rèn)知水平還比較低,對(duì)于抽象知識(shí)的接受能力有限,另外加之年齡的原因,很多初中學(xué)生還是憑著興趣來學(xué)習(xí),課堂的趣味性很大程度上影響了學(xué)生學(xué)習(xí)某一學(xué)科積極性的重要因素。利用演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)⒁恍┛菰锏闹R(shí)變得充滿樂趣,符合初中學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)特點(diǎn)。例如:在講到電磁知識(shí)的應(yīng)用(例如電話、電鈴等)時(shí),如果僅僅靠理論上的解釋,很容易讓學(xué)生失去興趣,這時(shí)不妨將模擬電話機(jī)、電鈴帶進(jìn)課堂,讓學(xué)生在演示實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真觀察,學(xué)生的積極性會(huì)空前高漲,大大提高了學(xué)習(xí)效率。
1.2增強(qiáng)知識(shí)的直觀性
初中物理知識(shí)許多都是理論性較強(qiáng)、較抽象的,這給學(xué)生的理解和掌握帶來了極大的困擾。將抽象的知識(shí)變得直觀具體,符合初中學(xué)生的認(rèn)知能力水平和學(xué)習(xí)習(xí)慣,從而能夠幫助學(xué)生理解和掌握相關(guān)的物理知識(shí)。初中物理中力學(xué)、電學(xué)、能等知識(shí)所涉及到的東西往往是看不見摸不著的,再加上學(xué)生在學(xué)習(xí)中受主觀因素的影響很多時(shí)候不能正確掌握。教學(xué)中利用演示實(shí)驗(yàn)的方法可以輕松解決這一問題。例如,在講到摩擦力時(shí),可以用演示實(shí)驗(yàn)的方法讓學(xué)生清楚地看到影響摩擦力的各種因素;再如,電學(xué)中接線柱的繞線方法,教師通常會(huì)說“順時(shí)針繞線,不然容易在緊固接線柱上的螺母時(shí)把線擠出來”,然而,有的學(xué)生因?yàn)槲站€的位置不對(duì)而無法理解,這時(shí)通過演示實(shí)驗(yàn)便可以輕松解決。
1.3有助于知識(shí)的生成
灌輸?shù)闹R(shí)始終掌握的不夠牢固,很難變成自己的真正本領(lǐng),只有通過觀察、探究自己得來的知識(shí)才能夠真正內(nèi)化成自己的知識(shí)和能力,這也是新課程標(biāo)準(zhǔn)提出的新的要求。擺正物理教學(xué)的意義與實(shí)際理念,充分培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力,并加強(qiáng)學(xué)生們發(fā)散思維的培養(yǎng),這樣才可以更加全面的體現(xiàn)物理教學(xué)的意義,培養(yǎng)現(xiàn)代化人才。例如:在講電學(xué)中的電路問題時(shí),可以通過演示實(shí)驗(yàn)的方式,幫助學(xué)生克服連接電路時(shí)出現(xiàn)的短路等問題,并且能夠讓學(xué)生在實(shí)際觀察中真正找到問題的癥結(jié);講慣性問題時(shí),可以運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)的方式,讓學(xué)生在觀察中以往對(duì)于慣性的主觀認(rèn)識(shí)。
1.4克服分組實(shí)驗(yàn)中的不足
中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)主要包括學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn),分組實(shí)驗(yàn)雖然能夠讓學(xué)生直接參與其中,對(duì)于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)作用很大,但是也存在著一些不足。分組實(shí)驗(yàn)需要實(shí)驗(yàn)室提前準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)器材,并且一般需要一個(gè)課時(shí)的時(shí)間來進(jìn)行,這樣的實(shí)驗(yàn)如果是為了教學(xué)中的某一個(gè)問題而進(jìn)行顯然費(fèi)時(shí)費(fèi)力,演示實(shí)驗(yàn)可以克服這一問題。有一些實(shí)驗(yàn)可能帶有一定的危險(xiǎn)性(例如關(guān)于交流電的實(shí)驗(yàn)),學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中如果組織不善就可能導(dǎo)致學(xué)生受傷害,通過教師演示實(shí)驗(yàn)可以盡量避免學(xué)生直接參與危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn),最大限度地減少事故發(fā)生的幾率。有一些實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)于實(shí)驗(yàn)操作有嚴(yán)格的要求,如果不能夠規(guī)范操作則可能使得出的結(jié)論與理論相悖,進(jìn)而可能導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于理論知識(shí)的不信任。教師演示實(shí)驗(yàn)可以避免因?qū)W生的誤操作而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等。
2.正確發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的作用
2.1課前做好充分準(zhǔn)備
演示實(shí)驗(yàn)前,教師一定要事先進(jìn)行多次的模擬實(shí)驗(yàn),為課堂上演示實(shí)驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的狀況做好預(yù)案,避免課堂上出現(xiàn)突發(fā)狀況而手足無措。
2.2充分利用現(xiàn)有條件
有些演示實(shí)驗(yàn)并不需要多么專業(yè)的實(shí)驗(yàn)器材,這時(shí)教師要自制教具或者直接利用現(xiàn)有條件進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。例如,慣性試驗(yàn)可以借助一支粉筆、一個(gè)紙條和一把直尺進(jìn)行,這時(shí)教師可以就地取材,既方便了實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行,同時(shí)也使教師的個(gè)人魅力得以提升。
2.3利用多媒體進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)
1.1實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的開放研究
徐州工程學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心(以下簡(jiǎn)稱為實(shí)驗(yàn)中心)作為省級(jí)示范建設(shè)中心,每年承擔(dān)著學(xué)校所有理工科專業(yè)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課。針對(duì)不同專業(yè)、不同年級(jí)設(shè)置了不同的實(shí)驗(yàn)類型,比如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)A1、A2、B、C,普通物理實(shí)驗(yàn)1、2、3及近代物理實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)了一定程度上的“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容開放”,但是依然是采用傳統(tǒng)的統(tǒng)一排課、教師確定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,漠視了學(xué)生之間的差異性,不利于學(xué)生個(gè)性發(fā)展;其次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏重經(jīng)典和驗(yàn)證,無法激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性。因此需要進(jìn)一步開放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,具體研究方案如下:
將整個(gè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段,第一個(gè)階段采用傳統(tǒng)教學(xué)模式,進(jìn)行預(yù)備性實(shí)驗(yàn)和基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),教學(xué)過程為:撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告-課堂講解-實(shí)驗(yàn)操作-數(shù)據(jù)處理-完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,按照課表,分小組循環(huán)上課,每人一臺(tái)儀器,獨(dú)立操作、獨(dú)立完成,教師給予適當(dāng)?shù)闹v解和演示,這種形式效率高、容易監(jiān)控和管理。預(yù)備性實(shí)驗(yàn)包括螺旋測(cè)微器、游標(biāo)卡尺、萬用表等一些基本測(cè)量工具的使用,以及誤差處理、有效數(shù)字保留不確定度計(jì)算等數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理能力的訓(xùn)練;基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)包括示波器的基本使用、測(cè)電阻的基本方法、基本電路測(cè)量等實(shí)驗(yàn),這個(gè)階段實(shí)驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重一些主要儀器的使用、常用物理量的測(cè)量方法的訓(xùn)練。
第二個(gè)階段采用開放式教學(xué)模式,安排綜合性和設(shè)計(jì)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,側(cè)重于學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。教學(xué)過程為:確定課題-設(shè)計(jì)方案-預(yù)約時(shí)間-完成實(shí)驗(yàn)-撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告/科技小論文。不同專業(yè)學(xué)生可根據(jù)自身能力及興趣選擇不同的綜合性實(shí)驗(yàn),尊重了學(xué)生的主體地位,體現(xiàn)了因材施教的原則。而設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)分為兩種類型:一種是教師給出必做的實(shí)驗(yàn)課題、實(shí)驗(yàn)的目的要求,只給予一定的背景介紹、提示和引導(dǎo),由學(xué)生自己自行思考、分析、討論和查閱資料,完成預(yù)習(xí)報(bào)告,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn),最后得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告;另一種是學(xué)生根據(jù)已做過的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)儀器,結(jié)合自己的興趣愛好,采用現(xiàn)代化的技術(shù)手段,自擬實(shí)驗(yàn)課題,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案步驟,自制實(shí)驗(yàn)教具、儀器設(shè)備,最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告,這種實(shí)驗(yàn)內(nèi)容能夠提高學(xué)生獨(dú)立分析與解決問題的能力、收集信息與分析信息的能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),學(xué)生也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的難易程度組成實(shí)驗(yàn)興趣小組,共同發(fā)現(xiàn)、解決問題,培養(yǎng)團(tuán)體合作意識(shí)。這種教學(xué)內(nèi)容的開放從側(cè)面對(duì)實(shí)驗(yàn)教師提出了更高的要求,要求教師、技術(shù)人員要不斷學(xué)習(xí)掌握更多的新知識(shí)、新技術(shù),師生切磋,教學(xué)相長,可增強(qiáng)教師的科研水平和責(zé)任心。
1.2實(shí)驗(yàn)時(shí)間、空間的開放研究
有些難度系數(shù)較大的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),可以分多次完成,或者學(xué)生對(duì)某個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不滿意,可另選時(shí)間重做。實(shí)驗(yàn)室時(shí)間開放有兩種形式:一種是進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間可根據(jù)自身情況選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間,需要提前預(yù)約時(shí)間;另一種是完全開放,實(shí)驗(yàn)中心每學(xué)期為學(xué)生提供一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,對(duì)學(xué)生自由開放,不限制時(shí)間,學(xué)生可自由進(jìn)行創(chuàng)新研究,這種自由的氛圍可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情和靈感,充分施展他們的創(chuàng)新能力??臻g開放是指設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所不受限制,實(shí)驗(yàn)可以在室內(nèi),亦可在室外,甚至可以通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)等。為創(chuàng)新教育提供物質(zhì)基礎(chǔ),實(shí)驗(yàn)中心可以將實(shí)驗(yàn)室的部分資源向?qū)W生開放,比如實(shí)驗(yàn)設(shè)備、機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)資源、多媒體教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)視頻等均向?qū)W生免費(fèi)開放,為學(xué)生的自主創(chuàng)新活動(dòng)提供條件,提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。
1.3實(shí)驗(yàn)考核方式的開放研究
目前實(shí)驗(yàn)中心對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)由實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績*70%+期末考試成績*30%得到,其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績包含了預(yù)習(xí)等級(jí)、課堂操作等級(jí)及數(shù)據(jù)處理成績,而學(xué)生在撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告時(shí)大多是盲目抄書,并不清楚實(shí)驗(yàn)的目的、原理。課堂操作方面由于每組學(xué)生人數(shù)較多,教師無法準(zhǔn)確獲得學(xué)生實(shí)際操作情況。數(shù)據(jù)處理是在課后完成的,這就導(dǎo)致同學(xué)間互相作弊、抄答案的現(xiàn)象,而且由于實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績占比例較大,導(dǎo)致學(xué)生對(duì)期末考核并不重視,也就放松了平時(shí)課堂的實(shí)驗(yàn)操作;期末考試成績是隨機(jī)抽選一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行考核,查看學(xué)生的操作步驟、儀器使用、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理,而每個(gè)小組的考核實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是不同的,這就存在很大的不公平性,比如伏安法測(cè)電阻,電路簡(jiǎn)單易記,數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單;比如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,公式復(fù)雜,計(jì)算量大;比如電表改裝電路難記等。另外還有實(shí)驗(yàn)時(shí)間的先后,有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是開學(xué)初做的,有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是在考試前做的,可見這樣的考核方式并不能很好地檢測(cè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Αi_放式教學(xué)模式應(yīng)該引入相應(yīng)的開放式考核模式,具體實(shí)施途徑如下:
(1)現(xiàn)場(chǎng)操作考核,對(duì)于同一組學(xué)生(16人,每4人的實(shí)驗(yàn)桌排在一起),考核教師設(shè)計(jì)4個(gè)難度相近的操作環(huán)節(jié),讓學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)手操作,記錄數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù),安排兩個(gè)考核教師,可以較準(zhǔn)確地考查學(xué)生動(dòng)手操作能力。這種考核方式適合第一階段實(shí)驗(yàn)的考核,適當(dāng)減少實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績的比例。
(2)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)都要填寫實(shí)驗(yàn)記錄,記錄本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、結(jié)果,在教學(xué)過程中,教師要檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告、設(shè)計(jì)方案,安排學(xué)生科技演講以便明確學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作具體情況,可以反映到實(shí)驗(yàn)成績中。最后查閱學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)分析討論。這種考核方式比較全面,能夠考查實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、分析問題能力、發(fā)現(xiàn)解決問題能力、實(shí)驗(yàn)操作能力、實(shí)驗(yàn)研究態(tài)度、數(shù)據(jù)處理分析能力及撰寫報(bào)告能力。
二、開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在的問題思考
從傳統(tǒng)的教學(xué)模式到開放式教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變是一個(gè)非常大的教學(xué)改革,是勢(shì)在必行的,然而開放式教學(xué)要求的條件比較高,運(yùn)行的難度也比較大,必然面臨一些困難和挑戰(zhàn)。比如管理者、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師及學(xué)生都沒有充分認(rèn)識(shí)到開放式教學(xué)的重要性;硬件環(huán)境支持不夠,網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)不完善;實(shí)驗(yàn)室人力、物力、多媒體課件等缺乏;開放實(shí)驗(yàn)工作量的計(jì)算方式不合理,導(dǎo)致教師投入不夠等。
如前所述,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)總的效果并不等于各個(gè)要素效果的機(jī)械總和。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)要素分為由課內(nèi)到課外,由演示實(shí)驗(yàn)到學(xué)生自制教具和學(xué)具等六個(gè)方面。在實(shí)驗(yàn)中,我們把這六個(gè)要素進(jìn)行綜合分析,認(rèn)為課堂教學(xué)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、教具學(xué)具的制做、小發(fā)明和小創(chuàng)造、實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽、專題講座六個(gè)要素組成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的總功能不是各個(gè)部門各自直接地、單獨(dú)地體現(xiàn)出來的。而是通過它們之間的特殊聯(lián)系間接地、綜合地表現(xiàn)出來。例如,在《浮力》這一章的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,我們首先讓學(xué)生自制學(xué)具——一個(gè)茶水杯,幾塊形狀不相同的木塊,一塊鐵皮。
在課堂教學(xué)中,教師利用演示實(shí)驗(yàn),調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性,激發(fā)學(xué)生興趣,并根據(jù)教學(xué)進(jìn)度,不斷提出問題,如,形狀不同的物體受到的浮力相同嗎?鐵皮放在水里,它一定會(huì)沉入水底嗎?同一物體分別放在水里、煤油里,它露在液面上的體積相同嗎?等等。課堂提出問題,要求學(xué)生利用自制的學(xué)具在課外活動(dòng)分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),回答上面提出的問題。學(xué)生通過自己做實(shí)驗(yàn)得出正確的結(jié)論,興趣很高,增添了學(xué)生積極進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的信心。在學(xué)完了這一章以后,教師還進(jìn)一步提出,浮力在生活、生產(chǎn)中的運(yùn)用有哪些?一公斤的水能浮起二公斤的物體嗎?裝在船里石頭,卸一部分在水池子里,水面會(huì)上升嗎?等問題。要求學(xué)生通過觀察生活或自己動(dòng)手回答問題。這樣,通過課內(nèi)、課外,演示實(shí)驗(yàn)和自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的有機(jī)聯(lián)系,學(xué)生既學(xué)到了物理知識(shí),又會(huì)運(yùn)用于生活,更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生利用物理實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題的能力。這些效果只有通過整體結(jié)構(gòu)這個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系才能取得。單靠演示實(shí)驗(yàn),學(xué)生實(shí)驗(yàn)在有限的時(shí)間內(nèi)是難以達(dá)到的。因此,每個(gè)學(xué)期,根據(jù)教材進(jìn)度制定教改方案,確定總體目標(biāo),建立配套的組織和確定專人負(fù)責(zé)。
使各個(gè)部分為達(dá)到這個(gè)目的要求而采取相應(yīng)的措施。從而發(fā)揮整體結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。
二、抓好課堂內(nèi)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),寓實(shí)驗(yàn)課改革于趣味之中
實(shí)驗(yàn)教學(xué)能否達(dá)到最優(yōu)目的,系統(tǒng)各部分能否協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn),關(guān)鍵的問題是看我們?cè)谡n堂教學(xué)中能否引起學(xué)生較大的興趣。如果學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)感到乏味,那是難以達(dá)到目的的。興趣的培養(yǎng)必須是通過多種途徑,多種形式綜合進(jìn)行。物理學(xué)科是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué),我們把中學(xué)物理的42個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn),700多個(gè)演示實(shí)驗(yàn),逐一研究,在揭示物理規(guī)律的原則下,每一個(gè)實(shí)驗(yàn)都做一些趣味性改進(jìn)。如在演示水的不善于傳熱的實(shí)驗(yàn)時(shí),把事先準(zhǔn)備好的小魚放到試管底部,然后在試管上部加熱使水沸騰時(shí),魚卻在管底沒有什么異樣。學(xué)生感到十分驚奇。從而引起了學(xué)生的興趣,增添了學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的積極性。為了充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,在演示實(shí)驗(yàn)時(shí),我們吸收少數(shù)學(xué)生參加演示實(shí)驗(yàn),為做學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)培養(yǎng)了一批骨干。這樣在演示實(shí)驗(yàn)時(shí),同學(xué)們觀察十分認(rèn)真,收到良好的效果。
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三、以學(xué)生實(shí)驗(yàn)為主要內(nèi)容,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的學(xué)風(fēng)
通過演示實(shí)驗(yàn)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性,同學(xué)們躍躍欲試,但由于課堂時(shí)間限制只能吸收少數(shù)參加。在這種情況下,學(xué)生對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)就非常重視了。我們除了讓學(xué)生做完課本上的學(xué)生實(shí)驗(yàn)外,還通過制做教具、學(xué)具,把許多演示實(shí)驗(yàn)也改成學(xué)生實(shí)驗(yàn),給學(xué)生提供了自己動(dòng)手動(dòng)腦的機(jī)會(huì)。如演示浮力的大小,電流強(qiáng)度跟電壓的關(guān)系等實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中,我們除了要求學(xué)生用科學(xué)的態(tài)度做好實(shí)驗(yàn)外,更重要的是要求學(xué)生寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告,這是將感性知識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)的一項(xiàng)重要工作。通過認(rèn)真檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告,促使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中,正確理解原理,明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,認(rèn)真設(shè)計(jì)步驟,詳細(xì)記錄數(shù)據(jù),分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。特別是一些實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)了誤差后,要求學(xué)生認(rèn)真討論,分析產(chǎn)生誤差的原因。使學(xué)生逐步形成了一種嚴(yán)肅認(rèn)真,一絲不茍的學(xué)風(fēng)。
四、把課外活動(dòng)納入實(shí)驗(yàn)教學(xué)的范圍是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要環(huán)節(jié)
為了從多方面培養(yǎng)學(xué)生做物理實(shí)驗(yàn)的興趣,在學(xué)生掌握了一些基本實(shí)驗(yàn)技能后,應(yīng)按統(tǒng)一計(jì)劃,組織好課外活動(dòng),配合課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué),具體措施,一是根據(jù)教材實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)和青少年的心理要求,精心設(shè)計(jì)課外活動(dòng)的內(nèi)容。做到既注意內(nèi)容和形式的統(tǒng)一,又注意活動(dòng)的趣味性。保證兩課的內(nèi)在聯(lián)系。二是抓好落實(shí),一學(xué)期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要事先確定,建立活動(dòng)小組,安排好輔導(dǎo)老師,以保證課外活動(dòng)經(jīng)?;⒅贫然?。
例如:在學(xué)習(xí)液壓機(jī)前,借來油壓千斤頂,利用課外活動(dòng)操作給學(xué)生看并讓學(xué)生自己操作,在學(xué)了光學(xué)后,指導(dǎo)學(xué)生自制望遠(yuǎn)鏡、潛望鏡等等。這樣把課內(nèi)和課外內(nèi)容銜接好,課內(nèi)課外就能相互補(bǔ)充。
此外,利用課外活動(dòng)這塊陣地,我們還舉行了許多別開生面的專題講座、專題答辯會(huì)、科技信息講座、小制作、小發(fā)明等,對(duì)促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了很好的作用。
五、舉辦綜合性實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽,將知識(shí)性、趣味性、科學(xué)性和群眾性融為一體
為了鞏固實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量,使課外活動(dòng)具有更大的吸引力,每學(xué)期定時(shí)舉辦兩次規(guī)模較大的實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽活動(dòng)。如:每學(xué)年秋季,當(dāng)初三學(xué)生學(xué)完了電學(xué)知識(shí)后,舉行一次“自制直流電路接線板”的競(jìng)賽活動(dòng),要求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),同時(shí)用串、并混聯(lián)方法把三個(gè)燈泡接亮,?方法是以班編隊(duì),每隊(duì)若干人。舉行物理實(shí)驗(yàn)60m接力賽。分別接力領(lǐng)取試題,畫電路圖,安裝,讀數(shù),優(yōu)勝者給予獎(jiǎng)勵(lì)。在這一活動(dòng)中,初三學(xué)生人人動(dòng)手就地取材,自己設(shè)計(jì)安裝,自己測(cè)試評(píng)價(jià),當(dāng)電路接通,小燈泡以各種明暗程度發(fā)光時(shí)學(xué)生們都?xì)g呼雀躍。這樣既增加了學(xué)生學(xué)好電學(xué)知識(shí)的信心,又培養(yǎng)了學(xué)生集體主義的思想和設(shè)計(jì)能力。特別是有自卑心理的差生,當(dāng)發(fā)現(xiàn)自己能夠設(shè)計(jì)比較合理的電路圖,迅速安裝電路時(shí),一種我不比別人差,我能學(xué)好物理的自信心油然而生。除了在初三年級(jí)舉行外,還在二年級(jí)和高中一年級(jí)進(jìn)行“小制作”,“小發(fā)明”競(jìng)賽活動(dòng),五分鐘的實(shí)驗(yàn)操作競(jìng)賽活動(dòng),一分鐘實(shí)驗(yàn)題競(jìng)賽活動(dòng)。
六、引導(dǎo)學(xué)生日制學(xué)具、教具,參加“小發(fā)明、小制做”活動(dòng),培養(yǎng)創(chuàng)造型人才