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關鍵詞:物理實驗;教學改革;電類專業;創新能力
物理實驗教學改革的主要任務是在有限學時內提高教學效果[1],使學生的各種能力得到最好的訓練和培養。目前,由于國內大部分高校存在實驗設備投入相對不足,造成大部分高校對工科所有專業開設同樣的實驗教學項目和內容[2]。鮮有高校針對某一類工科專業或某一專業開設特定的物理實驗教學項目和內容;另外,物理實驗室也存在儀器較為陳舊,實驗教學內容不能與時俱進,實驗教學形式較單一等現象[3-5];除此之外,高校由專才教育向通識教育的轉變,減少學生的基礎課時,造成學生的基礎不扎實,削弱了學生學習基礎課程的興趣。這些原因使物理實驗教學難于達到較好的效果。因此,探索更有效的物理實驗教學方法,對促進學生各種能力的培養具有積極的意義。為此,我們以電類專業學生為研究對象,結合電類專業后續課程的需要和對該類人才的需求,探討了電類專業的物理實驗教學改革。
1各專業特點
1.1課程結構特點
電類專業在理工科高校中占有半壁江山,是國內理工高校專業的重要組成部分。電類專業包括通信工程、電子信息工程、電子科學與技術、電氣工程、微電子技術等專業。其培養目標是:主要培養從事通信工程及計算機網絡系統、系統分析、系統設計、系統運行等方面的研究、制造、開發和應用,且具有扎實基礎、寬廣知識面的、寬口徑就業的高級人才[6-7]。電類專業即與“電”相關的專業,主要課程有:電路理論系列課程,如電路分析、電子線路、電路原理、電子技術基礎;通信理論系列課程,如電磁場理論、微波技術與天線、光纖通信、移動通信、計算機網絡通信;自動控制系列課程,如自動控制理論、信號分析與處理;以及計算機技術等課程。這些專業課程的基礎必修課程為高等數學、大學物理、大學物理實驗、電工實驗等。國內有不少高校對高等數學、大學物理等基礎課程對后續專業課程的影響作了較深入的研究[8-10]。得到了扎實的基礎課程理論對后續課程的學習具有很大的幫助。另外,基礎課程的開設及內容選擇對后續專業課程的學習也具有較大的影響。工科專業的課程任務較重,各學科課時也顯得較為緊張,特別是目前大學教育呈現寬口徑就業人才培養的情況下,表現尤為突出。因此在壓縮基礎課程時間的前提下,如何設置基礎課程,結合各工科專業需要,選擇基礎課程的教學內容,提高教學效果是工科各專業教研教改的探索方向。大學物理實驗作為高等理工科院校的必修基礎課之一,在人才培養方面啟到了非常重要的作用。但目前全國理工高校仍采用各專業統一實驗教學內容的模式。這種情況嚴重脫離各專業發展需求和社會發展需要,沒有達到與時俱進的目的。因此,結合各專業后續課程研究大學物理實驗教學內容的選擇對探索人才培養具有積極意義。
1.2就業方向及要求
近年來,電類行業快速發展,電類專業的畢業生如沐春風[11],如華為、中興、UT斯達康等知名企業給電類專業的畢業生提供了很多就業崗位,而且是誘人的高薪職位。因此,電類專業畢業生的前景較好。畢業生的就業方向分為研發職位、非研發職位以及其它職位。研發職位包括硬件工程師、通信工程師、電子工程師、電氣工程師等;非研發職位包括電氣運行與維護、測試工程師、技術支持等;除此之外有部分電類畢業生也走上公務員、教師、管理等崗位或繼續深造。隨著社會的發展,社會各崗位對電類專業畢業生的基本素質要求除了要有扎實的基礎知識、寬廣的知識面外,還必須具有較強的創新能力。除此之外,隨著高校培養電類人才總數的增多,各類企業對該類人才需求相對減小,因此高校必須培養更具競爭力的畢業生才能更適應社會的需求。這種競爭力包括學生的創新能力。因為創新能力的培養不僅要有扎實的專業基礎,而且必須有扎實的高等數學、大學物理知識和大學物理實驗和電工實驗技術,所以基礎課程的教學必須更有效,基礎課程的教學內容也必須與時俱進。各類實驗對培養學生動手能力和創新能力起著關鍵的作用。其中物理實驗是基礎的基礎,對學生的創新能力的培養具有不可代替的作用。因此基于教學內容分類模式研究不同專業的物理實驗教學內容,對激發學生學習興趣,擴大學生的專業基礎知識面,培養學生各種能力具有重要意義。
2教學改革
目前,我國高校專業設置多樣化,新專業、熱門專業層出不窮[12]。受高校硬件條件和師資條件影響,針對每個專業定制特定的物理實驗教學項目并不現實。因此,把同類型的專業按大類開設相應的物理實驗教學項目是一種較優化的方式。所以我們以電類專業為例,針對該專業探討物理實驗教學項目與內容的改革。
2.1實驗項目的改革
改革前,我校理工科專業的物理實驗課時共64學時,包含緒論課學4學時,共2學分,在大一下學期和大二上學期開課。全校理工科專業的實驗項目相同,也即所有理工科專業必須完成相同的20個實驗項目才能取得相應的學分。改革前后的實驗項目同樣分為基礎實驗(A類)、綜合性實驗(B類)、設計性或探索性實驗(C類)。但實驗項目和內容突出“電“的特點。在保證課時不改變的前提下,擬對減少電類專業的實驗項目,但深化每個實驗項目的教學內容,開展探索性實驗項目教學。減少實驗項目的目的有二方面:一是改變以前教學中各實驗項目平均用力的現象,導致每個實驗內容完成并不理想;另一方面是雖然減少實驗項目,但每個實驗項目的內容加深,讓學生能更深入地研究改革后的實驗項目,從而讓學生的思維能力和創新能力得到更好的培養。如表1為改革前后的實驗項目及學時數。為了更好地結合后續專業課程,深化學生知識的運用能力和培養學生的創新能力,所以增加了霍爾效應的應用及基于霍爾效應的漏電開關設計的探索性實驗,而且把探索性實驗作為電類專業學生實驗項目中的重要內容,學時共為12學時。
2.2實驗項目的選擇依據
實驗項目和內容選擇的主要依據為與電類專業后續課程相關,有利于畢業生的思維能力、創新能力、動手能力的培養,突出“電類“的特點。如示波器(包括數字示波器和模擬示波器)是電子技術、醫療檢測技術中使用最廣泛的測量儀器之一。它能直接測量電信號或能轉化為電信號的物理量的波形。電類專業的后續課程電路分析、電子線路等課程均要用示波器檢測的基本知識。學生通過該實驗項目的訓練,掌握示波器的基本原理,以及測量電信號和分析電信號波形的方法。電類專業畢業生走上專業對口的工作崗位仍需用到示波器檢測電子設備的信號波形。因此,開設示波器的基礎實驗項目能起到為專業課程的學習和工作崗位奠定基礎;又如巨磁阻效應在硬盤存儲技術中應用非常廣泛,由于巨磁阻效應的發現,改變了硬盤的讀寫方式,巨大地促進了硬盤的存儲密度,使硬盤的存儲容量以MB字節計到GB到TB字節計的飛躍發展,通過該實驗,讓學生了解巨磁阻效應現象及其基本原理,以及在計算機中的應用;霍爾效應傳感器是一種靈敏度極高的傳感器,它可直接測量磁場或磁場的變化,而且測量數據非常精確。根據磁場的變化還衍生出位置傳感器等等。因此霍爾效應傳感器廣泛應用于各類的電子產品或其它工業,如手機、汽車等。因此增設霍爾應用的應用及基于霍爾效應的漏電開關設計的探索性實驗項目,旨在深化電類專業學生對知識運用能力、思維能力,更好地培養學生的創新能力。總之,實驗教學項目改革體現讓學生掌握物理基礎知識,培養學生各種能力的同時,讓物理實驗內容更好地成為專業課程的基礎和學生走上工作崗位的基礎。
2.3考核評價方式
考核評價是對學生學習過程和學習效果的一種總結,也是教學效果的反饋之一。因此,一個合理的考核評價方式是教學改革的成敗的體現之一。改革前的考核方式采用實驗報告評分制,但每個實驗報告權重一致,最后得到平均值,然后再轉化為“優秀”、“良好”、“中等”、“及格“、”不及格“的五級制。改革后,為了體現實驗項目要求和實驗內容的難易,簡單將基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗分別標為A、B、C類等級,A、B、C類等級的權重分別為0.2、0.3、0.5,然后將全部實驗報告分數采用A、B、C類等級的加權平均算法得到一個平均實驗成績,(1)根據公式(1)的加權平均值,將平均成績轉化為五級制等級。采用不同權重的目的不僅是為了突出實驗教學改革后的重點教學內容,更重要的是突出教學內容背后創新能力和思維能力的培養。
3結束語
目前的物理實驗教學模式存在二方面的不足:一方面與后續專業課程結合不緊密,另一方面存在實驗項目過多,不利學生在有限時間內掌握過多的基礎知識和對某一知識點的深入研究。因此,結合后續專業課程的特點和需求,探索不同專業的物理實驗教學改革對人才培養具有積極的意義。我們以電類專業的物理實驗教學為例,研究了電類專業物理實驗教學的改革,并在部分電類專業作了嘗試,取得了良好的教學效果。在保證學時不變的情況下,結合實驗室已有的實驗儀器和專業后續課程,并突出“電”相關實驗的特點,減少實驗項目,但深化每個實驗項目的教學內容和深度。并增加了具有研究性的實驗項目:霍爾效應及其應用及基于霍爾效應的漏電開關設計。通過探索性研究實驗項目,深化學生的知識基礎,激發了學生探索研究物理的積極性,同時強化了電類學生對霍爾傳感器在電子技術中的應用能力,培養了學生的創新精神。因此,這種結合專業特點的基礎學科教學方式能較好地激發學生對物理實驗的興趣和積極性,也能較好地培養學生的各種能力,以及促進學生掌握專業的基礎知識。
參考文獻
[1]徐志君,隋成華,徐來定.物理實驗模塊式教學改革和實踐[J].實驗室研究與探索,1998,4:20-24
[2]陳志強.基于建構主義理論的中學和大學物理實驗教學銜接問題研究[J].科學與信息化,2016(18):133-135.
[3]王合英,陳宜保,孫文博,等.信息技術在大學物理實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理,2016,33(8):141-144.
[4]姜蓉.大學物理實驗網絡輔助教學平臺的探究與實踐[D].湖南大學2014.
[5]崔連敏.MATLAB可視化在大學物理實驗教學中的應用[J].信息技術,2016(1):104-107.
[6]李瑞金,周孟然,張小兵.電氣類專業校企共建“工作室制”模式研究[J].實驗科學與技術,2016,14(2):158-161.
[7]李秋,劉重軒,袁觀娜.電氣工程專業人才培養模式的研究與實踐[J].西部素質教育,2017,3(4):70-71.
[8]閏守峰,楊文光,劉海生.工科后續課程對高等數學需求的問卷調查與分析[J].廊坊師范學院學報(自然科學版),2015,15(1):111-112.
[9]周慶新,楊光崇,楊英.CDIO模式下高等數學與理工專業其它后續課程的教學探討[J].大學數學,2011,27(1):26-28.
[10]陳愛喜,邱萬英.對我校工科物理后續課程的拓展設想[J].華東交通大學學報,2007,24(12):193-195.
[11]譚萬禹,孟祥萍,張紅.如何提高應用型本科院校電力類專業學生的實踐和創新能力[J].長春工程學院學報(社會科學版),2007,8(4):78-80.
[關鍵詞]應用型;大學物理;教學改革
[中圖分類號]G642
[文獻標識碼]A
[文章編號]2095-3712 2015 13-0070-02
[作者簡介]宗波 1981― ,男,江蘇泰州人,碩士,南京理工大學泰州科技學院講師,研究方向:稀土合金和鐵氧體材料研究。
一、地方應用型本科院校大學物理教學現狀
隨著經濟的發展,市場的人才需求也不斷發生變化,應用型人才是當今市場急需的具有扎實的理論基礎知識,同時具有較強的實踐應用能力,專業口徑寬、思維能力強,能將所學理論技術知識應用于生產當中解決實際問題的復合型人才。[1]《大學物理課程教學大綱》明確規定,大學物理課程教學應側重幫助學生總結得到相關理論知識的方法與過程。通過構建物理模式讓學生理解物理知識,同時培養學生分析問題和解決問題的能力。[2]為滿足市場的人才需求,應用型本科院校正改革大學物理教學。但縱觀我國地方應用型本科院校的大學物理教學可發現其仍有許多不足之處。
第一,教學內容陳舊,與社會需求脫節。受蘇聯教育模式的影響,為體現知識的完整性和嚴密性,我國地方應用型本科院校大學物理教學所使用的教材多是以理論為主,輔以公式和數學推導來解決問題。傳統教材過分注重理論知識而忽略了知識的應用,很少有與實際生活相聯系的物理知識應用方面的內容,教學內容與社會需求嚴重脫節,難以實現培養應用型人才的目標。
第二,教學方式落后,難以激發學生學習興趣。受傳統教學思想的影響,很多教師采取傳統的教學方式,用“教師講,學生聽”“教師演,學生看”的方式進行教學。這種教學方式未認識到學生的主體性,采取“填鴨式”的方法將知識灌入學生腦中,導致學生不明所以,長此以往地使用這種教學方式不僅不利于學生消化知識,還會使學生逐漸失去學習物理的興趣。
第三,教師素質不高,影響教學質量。即使是處于信息化的現代社會,還是有很多教師難以跟上時代步伐,在教學的過程中“照本宣科”。就算是物理實驗教學,也有部分教師依照教材所示方法給學生講解和演示,或要求學生依照其事先擬好的方案進行實驗,這完全違背了培養應用型人才的要求,也影響了教學質量。導致這種現象出現的主要原因是教師素質不高。有些教師因忙于科研工作而忽略了教學,有些教師則是因為專業基礎不扎實,缺乏創新精神導致難以引導學生順利進行實驗或創新課堂教學方法。
第四,成績考核體系不科學。現大多數地方應用型本科院校的大學物理課程考核多是采取筆試成績為主、實驗成績為輔的方式,其中實驗成績主要包括學生平時的實驗報告和實驗過程中的表現。但很多學生的實驗報告只是在網上搜索的,有些甚至是抄襲的,而學生在實驗過程中的表現教師也難以全面了解;筆試又多是考理論知識,難以全面、客觀地反映學生的真實學習情況,在很大程度上打擊了學生學習物理的自信心和積極性。
二、地方應用型本科院校大學物理教學改革措施
培養應用型人才既是現代社會經濟發展的必然需求,也是本科院校立足于教育市場的有效方法。大學物理是很多地方應用型本科院校的必修課程,這門課程可幫助學生打好扎實的專業基礎、提高學生的科學素養及創造性思維能力。[3-4]因此,地方應用型本科院校大學物理教學現存在的問題必須解決。
第一,更新教學內容,實施“模塊組合”教學。教學內容是學生獲取知識的主要來源之一,不同教學內容的組合是激發學生學習興趣的一種手段。首先要更新教學內容,將最新的前沿成果融入教材當中,讓學生了解所學知識與實際生活的聯系,使其認識到大學物理在社會生活中所發揮的作用。如在講波動光學時可引入激光、光信息、光刻等方面的技術知識,聯系生活中常見的光盤記錄、激光防偽等技術,使學生感受到物理知識與實際生活有密切的聯系,對物理產生濃厚的興趣。此外,大學物理的課時有限且多為公共課,不同專業的學生對這門課程的需求也不盡相同,教師要恰當地選擇教學內容,將其模塊化,并科學、合理地進行組合,實施“模塊組合”教學。如將大學物理中相對獨立的質點力學、剛體力學、振動和波、熱學、電磁學、波動學列為縱向模塊,將近代物理及物理應用歸為橫向模塊,這樣可以根據課時安排或不同專業的培養目標組合各模塊,讓學生既能學到物理知識,又能提高邏輯分析能力及應用能力。
第二,改善教學方式,聯系實際應用。傳統的教學方式難以觸及學生興趣點,導致課堂氣氛沉悶,教學效果不佳。教師可以采用探究式教學法、實驗教學法、演示教學法等方式,活躍課堂氛圍,激發學生學習的積極性和主動性。如在講“紅限”時,因其概念抽象,教師可用演示實驗的方法,用不同強度的紅光照射于金屬鉀電極表面,都不會產生任何光電流,但用綠光進行照射卻有光電流出現。通過這個實驗,學生很容易就能理解“紅限”的概念。此外,為加強學生的實際應用能力,教師應將課堂教學與實際應用相聯系,激發學生興趣,引導學生將所學知識應用于實際生活當中。如在講“霍爾效應”時,可引入新聞“量子反常霍爾效應”,這樣不但增長了學生的課外知識,而且通過前沿問題的反應讓學生了解到大學物理在實際生活中的作用,使學生樂于深入探索物理知識。
第三,提高教師職業素養,加強教師教學能力。教師在教學的過程當中起主導作用,教師的職業素養是影響整個課堂效果的主要原因之一,要想提高教學質量就必須提高教師的職業素養,加強教師的教學能力。為此,可讓教師進入專業的培訓中心進修,轉變教師的教育理念、改善其教學方式、端正其教學態度。另外,借助教研活動讓教師在授課之余了解最新的物理科技動態及科研成果,豐富教師的物理應用知識。鼓勵教師加強自身的創新能力,在實驗的過程中深入思考新問題,這樣才能為學生樹立榜樣,激發學生的創新熱情,培養學生的創新思維。
第四,完善成績考核體系。成績考核是對學生學習成果的檢驗,成績考核的方式在一定程度上影響成績考核的結果。為全方位、客觀地考查學生的學習成績,教師可采取多元化的考核方式,根據實驗的不同層次采取不同的考核方式。如針對基礎實驗可采取實驗成績加筆試成績的考核方式,其中實驗成績包括預習成績、實驗過程中的表現及實驗總結報告三方面。通過考查學生的預習成績可提高學生學習的主動性;實驗過程中的表現考查學生的動手能力和綜合素質;實驗總結報告考查學生的數據分析及處理能力。另外,通過筆試成績可清楚地了解學生對理論知識、實驗原理、操作步驟的掌握程度。這種考核方式是改善了傳統的考核方式,全面體現了學生的綜合素質及能力。
三、結語
大學物理是地方應用型本科院校的專業課程之一,同時也是培養應用型人才的基礎課程之一。對于地方應用型本科院校來說,大學物理教學有著舉足輕重的作用。為此,在實際的教學過程當中,不僅要重視物理理論知識的教學,更要注重學生實際操作能力的培養,讓學生能將所學知識應用于實際生產、生活當中,提高學生的實際應用能力。
參考文獻:
[1] 劉冬冬,樊秋波,張文濤.應用型本科院校大學物理教學的探討[J].佳林斯教育學院學報,2013 5 :205-206.
[2] 孫厚謙,洪林,史友進,等.應用型工科“大學物理”課程教學改革的實踐與思考[J].中國大學教學,2010 12 :49-51.
關鍵詞:實驗教學;實驗故障;物理實驗
中圖分類號:G642.41 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2013)52-0278-02
一、引言
物理實驗教學是物理教學的重要組成部分,通過物理實驗不但可以加深學生對物理知識的理解,同時可以鍛煉學生的動手能力和分析解決問題的能力。因而,物理實驗教學對本科生的基礎物理教學及后續的專業實驗教學都起到重要的作用。在物理實驗教學中,各種實驗故障經常發生。實驗故障的發生直接影響了實驗的教學進度,從而影響了對實驗現象的觀察和對實驗數據的測量。在實驗教學中教師總是采取各種必要的措施來盡量減少實驗故障的發生幾率,而在對學生的評價中也更傾向于正面評價實驗中沒有出現任何故障的學生。雖然從實際測量的角度來講,實驗故障應該盡量避免,但是從教學的角度來講,實驗故障起到的作用并非全是負面的。從一定程度上來講,實驗故障反而能使學生更好地深入理解該實驗,更能培養學生分析解決問題的能力。因而,從教育、教學的角度來講,積極地有效利用實驗故障是提高實驗教學質量的一個重要途徑。本文結合作者在實驗教學中的經驗和積極利用實驗故障促進實驗教學的嘗試就物理實驗中的實驗故障在教學中的積極作用進行闡述,重點闡述對實驗故障的分類方法和如何有效利用實驗故障的教學方法。
二、實驗故障的分類和特點
為更好地說明實驗故障對實驗教學的作用有必要對實驗教學中的常見故障進行分類。根據不同的特點,可以采用不同的分類方法。首先根據實驗故障產生的原因進行分類,實驗故障的產生原因可以分為儀器故障、操作失誤、環境影響和虛假故障等。顧名思義儀器故障是由于儀器本身出現故障造成實驗中斷或實驗現象出現異常。在基礎物理實驗中,出現儀器故障最多的是電磁學部分的實驗,在電磁學實驗中最常見的儀器故障則是所用導線的斷裂或接觸不良,如高阻直流電勢差計實驗或霍爾效應測量螺線管磁場等。當然還有些是由于實驗儀器本身出現了這樣那樣的問題造成的,在任課教師準備充分的情況下,儀器狀態通常較好,出現這種問題的可能性較小。因操作失誤造成的實驗故障出現的概率也是很大的,這主要是由于學生接觸實驗儀器較少,對實驗操作不夠熟練。而最主要的原因在于部分學生課前預習不充分,對實驗原理、實驗內容及實驗步驟都不熟悉,加之“野蠻操作”就容易做出錯誤操作。操作失誤是應該通過課前預習和實驗中教師的講解盡量避免的,而且由操作失誤引起的實驗故障通過仔細檢查操作或重新開始全部操作能夠比較快地得到排除。周圍環境也會對某些光學或聲學實驗產生顯著的影響。例如在全息照相實驗中實驗臺的穩定性起到關鍵性作用,如果在實驗中有同學碰到了實驗臺使得實驗臺發生輕微的震動,此時對全息圖像的觀察和拍攝就會受到影響。或者在聲學實驗中周圍的噪聲可能對實驗造成不可預知的影響。以上分類中的虛假故障并不是真正的實驗故障,而是因為學生對實驗原理、實驗現象和實驗結果不熟悉,得到了實驗結果而不能辨識,或者對實驗操作的精細程度沒有客觀的認識,對儀器的調節缺乏足夠的耐心。這種現象多出現在光學實驗中,光學實驗對光路的調節有較高的要求,需要學生有較好的實驗操作技能基礎和足夠的耐心。例如在邁克耳遜干涉儀實驗中,如果學生沒有對固定反射鏡的方位進行精確調節,無論怎么調節螺旋手輪均觀測不到合適的干涉圖像。而在分光計測量三棱鏡折射率實驗中,由于分光計的調節步驟比較多,如果學生在前邊的步驟中調節不到位,則后邊就觀察不到正確的現象,整個實驗調節只能中斷并重新開始。根據實驗故障的現象特點同樣可以對實驗故障進行分類。我們可以將實驗故障分為定量故障和定性故障。定量故障主要是指在出現實驗故障時所表現出來的現象不明顯,如果不仔細觀察或不熟悉正確的實驗現象可能會被忽略。學生完成了全部的實驗內容而得到的結果卻出現問題,大部分都是此類故障所引起的。這類實驗故障的產生原因有學生操作不規范引起的,也有實驗儀器本身的問題引起的。對于實驗儀器的問題,在實驗前的準備階段實驗教師應重點排查,將實驗儀器維護到最佳狀態。另外一種則是現象非常明顯的故障,我們稱之為定性故障。這主要表現為該有的實驗現象沒有出現或者出現的現象明顯不同于預期。這類故障主要表現為在實驗中儀器現象異常或者在光學實驗中觀察不到任何現象等。這類故障比較容易發現,也是發現后需要立即解決的實驗故障。
三、不同類型實驗故障在實驗教學中的作用
在實驗教學中,以上各分類的實驗故障所起到的作用也是不同的,可以說是千差萬別的。實驗故障對實驗教學除具有影響教學進度等負面的影響外還具有積極的正面作用。這主要表現在,出現因儀器故障造成的實驗故障后,學生在積極解決實驗故障過程中必須能夠深入理解實驗原理,并進一步熟悉實驗儀器。從微觀上來講通過對實驗故障的排除能夠加深對實驗原理的理解和對實驗儀器的熟悉;而從宏觀上來講,則為學生提供了一個難得的鍛煉機會,對培養學生分析問題和解決問題的能力極其重要。不管是微觀上的作用還是宏觀上的作用都是一帆風順的正常實驗步驟所無法提供的。對于操作失誤做成的實驗故障則應該在教學中盡量避免,雖然這類實驗故障也能起到一定的積極的作用,但是操作失誤往往容易損害實驗儀器或對學生的安全造成傷害,所以必須設法避免。對于環境因素產生的實驗故障有些不容易排除,但是通過對現象和產生原因的分析卻能很好的鍛煉學生的分析能力,因而也具有一定的積極意義。在實驗中出現的虛假故障則是由于學生對實驗儀器的調節認識不足或馬虎造成的,這類故障的出現具有更多的負面影響,從實驗教學的角度很難找到其積極的意義,因而應盡量避免。在學生報告這類故障后,任課老師應對學生進行必要的指導,建議他們多思考并更加仔細地對待實驗,對于這類問題的解決應主要依賴于學生的實驗能力,要避免老師越俎代庖。從實驗故障的現象分類上來說,定性實驗故障相比定量實驗故障對實驗教學和學生培養更具有積極的意義。這主要是因為定性實驗故障從現象上非常明顯,在出現故障后學生能及時發現并設法排除這些故障,在排除故障過程中能夠從中學到更多的知識。而對于定量故障則難于發揮出積極的作用,定量故障對實驗教學的影響幾乎是負面的。這是因為,第一,定量故障的現象不明顯,僅和正常實驗現象有細微的差異或和正確的結果有較小的偏差。出現定量故障時學生通常難于及時發現,不能引起學生的注意。第二,這種實驗故障對學生觀察實驗現象和測量實驗數據都具有一定的負面影響。因而在實驗教學中定量故障是應該努力避免的。
四、如何在實驗教學中恰當處理實驗故障
為在實驗教學中取得良好的教學效果,任課教師應盡量避免在實驗中出現定量實驗故障,尤其是具有較小差異的實驗故障。這類故障需要根據產生的原因分別進行排除。首先定量故障主要是由于儀器本身沒有調零或者儀器元器件老化、損壞等因素造成的,在實驗之前應對每一組儀器進行校準,對實驗全程的操作進行重復或采用較簡單的方法對關鍵的實驗現象或實驗數據進行核對,在實驗前消除實驗儀器出現定量故障的隱患。學生的操作失誤也是產生定量故障的重要原因,這主要是由于個別學生實驗操作不夠仔細或存在誤操作所引起的。在實驗教學中應強調按照正確的操作步驟進行操作,并提醒學生仔細認真。而對于環境因素引起的故障也多屬于定量故障,由于環境很多時候難于改變,應在實驗前盡量消除。而我們所說的虛假故障則大多屬于定性故障,定性故障相比定量故障具有更明顯的正面作用。由于定性故障對實驗教學具有明顯的正面影響,在實驗教學中應注意利用這些定性故障來培養學生的分析和解決問題的能力。要有效利用定性實驗故障需要根據定性故障產生的原因注意以下幾點。一是強調課前預習,正常實驗教學要求學生做好課前預習,而要做到能夠排除實驗故障對課前預習的要求更高,要求學生通過課前預習理解實驗原理并對實驗儀器的操作有所了解。遇到問題能否順利解決也就成為檢驗課前預習效果的重要指標。二是實驗過程中要求學生認真操作并仔細觀察每一步的實驗現象,及時發現可能出現的實驗故障。當學生將實驗故障報告給任課老師時,應首先判斷實驗故障的類型和產生原因。如果僅僅是虛假故障,這時候應該明確告訴學生實驗儀器的調節是需要耐心和一定實驗技能的,要根據實驗步驟仔細認真地進行每一步調節,不能有急躁的心理。此時學生可能會希望老師幫其排除實驗故障,作為老師應該鼓勵學生依靠自己的能力進行解決。可以對學生進行啟發性指導,從以下幾點對學生進行啟發:你是如何確定出現了實驗故障的;你能確定你的操作過程沒有問題嗎;環境因素有沒有可能對實驗結果產生影響;如果是儀器故障你覺得根據故障現象判斷可能出問題的是哪些部分;你對以上實驗故障產生原因的判斷依據是什么;對故障每一種可能的產生原因,你覺得可以采取什么樣的方法進行排除。學生通過對這些問題的思考和回答將極大的加深對實驗原理的理解和對實驗儀器的熟悉。在學生拿出可行的解決方案后,鼓勵學生按照既定方案嘗試排除實驗故障。對學習確有困難的學生,教師可以幫助他們調節儀器或排查故障,但在做每一步操作的同時應該給該學生講解操作的原理。將教師排查實驗故障的思路告訴該學生,能有利于培養學生自主完成后續實驗的能力。在實驗故障排除并順利完成實驗后,要求學生在實驗報告中對實驗中出現的故障和排除過程進行較詳細的總結。為保證學生在實驗報告中能如實地總結實驗中遇到的問題和解決過程,老師首先應該強調實驗故障的發現和排除對提高實驗技能的重要作用,另外還可以通過一定的分數杠桿來調動學生的積極性。通過在實驗報告中的總結可以使學生將自己解決實驗故障的思考過程和處理方法系統化,有利于后續實驗的學習。
五、討論和結論
在實驗教學中,實驗故障并非總是起到負面的作用。本文通過實驗故障的分類說明了有些實驗故障是可以起到積極作用的。實驗故障在很大程度上可以說是實驗中不可避免的問題,傳統觀念上教師在準備實驗中總是盡量避免實驗故障的發生,而學生也將實驗故障看作是實驗失敗,在出現了實驗故障后比較緊張,或強烈依賴于任課教師來解決。我們對實驗故障進行較詳細的分類后發現,實驗故障并不都是壞事,有些實驗故障的出現和排除對實驗教學可以說起到了非常正面的作用,或者說其對實驗教學的獨特作用是正常實驗過程所沒有的。要想在實驗教學中盡可能地利用實驗故障培養學生良好的實驗習慣和分析解決問題的能力,首要的任務就是對實驗故障進行詳細的分類,根據不同類型的實驗故障的特點分析其對實驗教學的作用。在此基礎上,對實驗故障采取差別化處理,對定量故障而言,在實驗準備前盡量消除;而對定性故障,在實驗中出現后可不急于幫助學生排除,而是鼓勵學生自主分析問題,提出故障解決方案。要做到這一點,首先要嚴格要求學生課前預習,另外在實驗過程中要求學生手腦并用,及時發現實驗中出現的不正常現象。
總之在實驗教學中對于實驗故障要做到合理分類、區別處理、適當引導。在這些措施的保障下,實驗故障的正面影響才能夠更好地發揮出來。
參考文獻:
[1]于建勇,物理實驗教程[M].徐州:中國礦業大學出版社,2013.