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摘 要:目前高校大学物理实验课普遍采用的教学模式是滞后理论课一学期,学生先预习后实验。本文结合作者多年教学实践总结出了大学物理实验学生预习的四个层次,做到这四个层次的学生实验时都是滞后理论课一学期,学生先预习后实验。较顺利,至少杜绝了实验完全进行不下去或进行到一半不知所措的现象。
关键词:物理学大学物理实验学生预习
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0181-01
1 前言
大学物理学是理工科学生的基础必修课,教学内容包括理论教学和实验教学。大学物理实验在学生能力培养上有着不可替代的作用,因此实验单独设课已经被各高校普遍采用,其教学模式是滞后理论课一学期,学生先预习后实验。这显然是不符合学习规律的。最理想的教学模式应该是学生理论学完后立刻实验,周小红等教师在西南交通大学理学院两个专业班级进行了这种理想教学模式的实践,取得了很好的实验教学效果[1]。
但是,这种理想教学模式在大规模化上是不可能实现的。原因就是学生人数太多,实验设备很少,同时在短时间内给这么多的学生安排同一内容的实验课根本不可能。例如我们学校,全校要上大学物理实验课的学生四千多人,而每个实验项目的器材只有十三套,根本不可能在短时间内给这么多的学生排同一内容的实验课。所以各高校仍采用实验课滞后理论课的教学模式。
2 预习的四个层次
在理论课和实验课脱节的现实条件下,学生的实验课前预习就显得非常重要了。如果不预习,实验根本无法进行。然而,预习什么,预习到什么程度才能在实验课上比较顺利的进行实验？对这个问题,很多教师并没有给学生明确的指导,只是笼统的讲“好好预习”,“多拿出点时间预习”等命令性的话语。
结合我多年的教学实践,总结出了要按前后顺序做好以下四个层次的预习。
第一层次是复习理论知识。要重新翻阅教材和相关参考书全面复习物理概念和定理。此外,还有一个重要的细节,就是要预习实验中所测量的物理量的理论数值和单位。从根本上讲,大学物理实验都是验证性实验,所测物理量的数值是早已明确的,预习时应该查阅手册搞清楚这些物理量的数值和单位,尤其是单位。只有预习到这个程度,做实验时才能对出现的实验值做出大体正确或错误的判断,从而指导自己正确进行实验。例如预习《液体表面张力系数测定》时不仅复习了液体表面张力和表面张力系数等物理概念,更要查手册知道水在室温下表面张力和表面张力系数的大小,再有就是牛顿单位到底有多大,牛顿和毫牛的换算关系。我带这个实验时发现很多学生不假思索的就把所测的室温下水的表面张力写成几十牛顿,甚至上百牛顿,这就说明学生没有预习到这样的细节,不能用理论指导实验,理论预习又有何用呢？
第二层次是预习实验原理和实验公式。很多物理理论或公式是没法直接测量的,要测量它们,就要经过一系列的推导最终落实到实践中可以测量的物理量上。这种推导过程一般是实验教材上实验原理所要讲解的内容。只有预习这样的推导过程,才能明白理论是怎样落到实验中,从而接受实验检验的。这里也有一个很重要的细节,就是推导过程中所假定的限制条件。有了这些限制条件,理论才最终落到了可操作的实验上,形成了实验公式。因此这些限制条件在实验时是要首先满足的,是要具体实现的。很多学生没有注意这些限制条件,对实验中出现的现象,无论正确的或错误的,不能做出理论上的解释。例如《不良导体导热系数测定》这个实验所依据的是傅里叶一维传热方程,一维就是一个很重要的限制条件,这个限制条件是必须在实验中最大限度实现的。它在实验中是如何实现的呢?就是把加热盘,样品盘和散热盘在满足机械性能的前提下,形状上做的尽量薄,而不是做成块状的立方体。“为什么把加热盘,样品盘和散热盘做成扁的圆盘状？”我就这个问题问过很多学生,他们都不能正确回答。这就说明学生预习时不知道限制条件在实验中的重要意义。
第三层次是预习仪器设备。复习了理论知识和预习了实验原理后,某个实验里要在实验室进行直接测量的物理量就一清二楚了。那么这一层次要解决的主要问题就是:使用什么仪器测量这些直接测量量？哪些仪器是这个实验特有的？哪些是简单的以前学过的？等问题。简单的以前学过的仪器设备老师在课堂上一般不会再讲,如果自己还没有掌握,预习时一定要彻底解决。某个实验特有的测量仪器,预习时要从测量原理,机械结构,面板分布等几个方面预习。仪器都有一个或几个主要测量原理,预习时只要了解这些测量原理从而知道仪器是如何工作的就可以;然后预习机械结构:这些结构如何调节,调节到什么程度会出什么实验现象,这些现象是用眼睛观察还是用仪器测量,如果是用仪器测量,仪器的面板分布如何,功能区如何划分的,仪器的读数单位是什么等这些操作性很强的细节。实验时老师一般都会重点讲解这些特有的仪器,你已经预习了,又听了老师的讲解,实验时在新仪器操作上就能少犯错误,顺利进行实验。预习仪器和在实验室操作仪器是一个互相加强的良性循环过程,在这个过程中就会渐渐培养出动脑规划、动手实践的能力来,实验绝不仅仅是动手,而是动脑在前,动手在后,脑指挥手的过程。
第四层次是提前设计好原始数据记录表格。原始记录就是直接测量量,对待它的正确做法就是提前设计好原始记录表格。设计表格时,注意表格里所用的单位要与测量该物理量的仪器的单位保持一致,例如有些仪器自带的数字电压表量程是毫伏,设计的表格就用毫伏做单位。这样一来在实验时就不用考虑单位换算问题,只需照原样记录,也就可以一边进行实验,一边观察现象,一边记录仪器产生的数据。此外,当原始数据很多时也不会记乱了,因为每个数据在表格里的位置已经提前设计好了。很多学生没有这样做,而是实验时临时记在一张纸上,完成后再整理,这种做法当原始数据很多时,就记得很混乱,整理时自己都搞不清楚了。表格是最直接最有效的原始数据记录方式。
3 结语
就我的教学观察和调研,做到这四个层次的学生,实验时都比较顺利,至少杜绝了实验完全进行不下去或进行到一半不知所措的现象。预习实际上是一个自学过程,一个自己规划实验的过程。自学和规划能力是人生很重要的能力,也是要在大學阶段着重培养的,最能培养这方面能力的课程就是实验课。
参考文献
[1] 周小红,吴平,王莉,等.大学物理课程理论与实验教学新模式的探索与实践[J].大学物理实验,2008(3).
[2] 张欣,牟中飞.加强大学物理实验教学中的物理科学方法教育[J].科技创新导报,2009(25).
[3] 柏亚基,邱成峰,尹霖,等.提高物理实验教学效果的实践和思考[J].科技创新导报,2010(1).
[4] 郜小勇.浅谈工科大学物理教学改革的思路[J].科技创新导报,2010(1).
关键词:物理学大学物理实验学生预习
中图分类号:G4 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0181-01
1 前言
大学物理学是理工科学生的基础必修课,教学内容包括理论教学和实验教学。大学物理实验在学生能力培养上有着不可替代的作用,因此实验单独设课已经被各高校普遍采用,其教学模式是滞后理论课一学期,学生先预习后实验。这显然是不符合学习规律的。最理想的教学模式应该是学生理论学完后立刻实验,周小红等教师在西南交通大学理学院两个专业班级进行了这种理想教学模式的实践,取得了很好的实验教学效果[1]。
但是,这种理想教学模式在大规模化上是不可能实现的。原因就是学生人数太多,实验设备很少,同时在短时间内给这么多的学生安排同一内容的实验课根本不可能。例如我们学校,全校要上大学物理实验课的学生四千多人,而每个实验项目的器材只有十三套,根本不可能在短时间内给这么多的学生排同一内容的实验课。所以各高校仍采用实验课滞后理论课的教学模式。
2 预习的四个层次
在理论课和实验课脱节的现实条件下,学生的实验课前预习就显得非常重要了。如果不预习,实验根本无法进行。然而,预习什么,预习到什么程度才能在实验课上比较顺利的进行实验？对这个问题,很多教师并没有给学生明确的指导,只是笼统的讲“好好预习”,“多拿出点时间预习”等命令性的话语。
结合我多年的教学实践,总结出了要按前后顺序做好以下四个层次的预习。
第一层次是复习理论知识。要重新翻阅教材和相关参考书全面复习物理概念和定理。此外,还有一个重要的细节,就是要预习实验中所测量的物理量的理论数值和单位。从根本上讲,大学物理实验都是验证性实验,所测物理量的数值是早已明确的,预习时应该查阅手册搞清楚这些物理量的数值和单位,尤其是单位。只有预习到这个程度,做实验时才能对出现的实验值做出大体正确或错误的判断,从而指导自己正确进行实验。例如预习《液体表面张力系数测定》时不仅复习了液体表面张力和表面张力系数等物理概念,更要查手册知道水在室温下表面张力和表面张力系数的大小,再有就是牛顿单位到底有多大,牛顿和毫牛的换算关系。我带这个实验时发现很多学生不假思索的就把所测的室温下水的表面张力写成几十牛顿,甚至上百牛顿,这就说明学生没有预习到这样的细节,不能用理论指导实验,理论预习又有何用呢？
第二层次是预习实验原理和实验公式。很多物理理论或公式是没法直接测量的,要测量它们,就要经过一系列的推导最终落实到实践中可以测量的物理量上。这种推导过程一般是实验教材上实验原理所要讲解的内容。只有预习这样的推导过程,才能明白理论是怎样落到实验中,从而接受实验检验的。这里也有一个很重要的细节,就是推导过程中所假定的限制条件。有了这些限制条件,理论才最终落到了可操作的实验上,形成了实验公式。因此这些限制条件在实验时是要首先满足的,是要具体实现的。很多学生没有注意这些限制条件,对实验中出现的现象,无论正确的或错误的,不能做出理论上的解释。例如《不良导体导热系数测定》这个实验所依据的是傅里叶一维传热方程,一维就是一个很重要的限制条件,这个限制条件是必须在实验中最大限度实现的。它在实验中是如何实现的呢?就是把加热盘,样品盘和散热盘在满足机械性能的前提下,形状上做的尽量薄,而不是做成块状的立方体。“为什么把加热盘,样品盘和散热盘做成扁的圆盘状？”我就这个问题问过很多学生,他们都不能正确回答。这就说明学生预习时不知道限制条件在实验中的重要意义。
第三层次是预习仪器设备。复习了理论知识和预习了实验原理后,某个实验里要在实验室进行直接测量的物理量就一清二楚了。那么这一层次要解决的主要问题就是:使用什么仪器测量这些直接测量量？哪些仪器是这个实验特有的？哪些是简单的以前学过的？等问题。简单的以前学过的仪器设备老师在课堂上一般不会再讲,如果自己还没有掌握,预习时一定要彻底解决。某个实验特有的测量仪器,预习时要从测量原理,机械结构,面板分布等几个方面预习。仪器都有一个或几个主要测量原理,预习时只要了解这些测量原理从而知道仪器是如何工作的就可以;然后预习机械结构:这些结构如何调节,调节到什么程度会出什么实验现象,这些现象是用眼睛观察还是用仪器测量,如果是用仪器测量,仪器的面板分布如何,功能区如何划分的,仪器的读数单位是什么等这些操作性很强的细节。实验时老师一般都会重点讲解这些特有的仪器,你已经预习了,又听了老师的讲解,实验时在新仪器操作上就能少犯错误,顺利进行实验。预习仪器和在实验室操作仪器是一个互相加强的良性循环过程,在这个过程中就会渐渐培养出动脑规划、动手实践的能力来,实验绝不仅仅是动手,而是动脑在前,动手在后,脑指挥手的过程。
第四层次是提前设计好原始数据记录表格。原始记录就是直接测量量,对待它的正确做法就是提前设计好原始记录表格。设计表格时,注意表格里所用的单位要与测量该物理量的仪器的单位保持一致,例如有些仪器自带的数字电压表量程是毫伏,设计的表格就用毫伏做单位。这样一来在实验时就不用考虑单位换算问题,只需照原样记录,也就可以一边进行实验,一边观察现象,一边记录仪器产生的数据。此外,当原始数据很多时也不会记乱了,因为每个数据在表格里的位置已经提前设计好了。很多学生没有这样做,而是实验时临时记在一张纸上,完成后再整理,这种做法当原始数据很多时,就记得很混乱,整理时自己都搞不清楚了。表格是最直接最有效的原始数据记录方式。
3 结语
就我的教学观察和调研,做到这四个层次的学生,实验时都比较顺利,至少杜绝了实验完全进行不下去或进行到一半不知所措的现象。预习实际上是一个自学过程,一个自己规划实验的过程。自学和规划能力是人生很重要的能力,也是要在大學阶段着重培养的,最能培养这方面能力的课程就是实验课。
参考文献
[1] 周小红,吴平,王莉,等.大学物理课程理论与实验教学新模式的探索与实践[J].大学物理实验,2008(3).
[2] 张欣,牟中飞.加强大学物理实验教学中的物理科学方法教育[J].科技创新导报,2009(25).
[3] 柏亚基,邱成峰,尹霖,等.提高物理实验教学效果的实践和思考[J].科技创新导报,2010(1).
[4] 郜小勇.浅谈工科大学物理教学改革的思路[J].科技创新导报,2010(1).