[摘要]文章阐述了创建物理学开放实验平台对物理学教学的影响,说明了开放物理学实验平台,让学生进行自我设计性实验,有利于调动学生的学习积极性,培养学生自主学习的意识和创新能力,提高学生的科研综合素质。
[关键词]物理学实验 开放性 设计性
[作者简介]尹志会(1970- ),女,河北饶阳人,衡水学院物理与电子信息系,副教授,硕士,研究方向为光学工程;郑永春(1966- ),女,河北武强人,衡水学院物理与电子信息系,副教授,研究方向为物理学。(河北 衡水 053000)
[课题项目]本文系衡水学院2009年度校级科研课题“创建物理开放实验平台对大学物理学教学的影响”的研究成果。(课题编号:2009047)
[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]1004-3985(2010)24-0161-02
一、引言
自我设计实验教学是一种以学生为主体,让学生自己设计、独立实施实验过程的实验教学模式,在辅导教师的指导下,发挥学生的自主意识、培养学生的合作精神和激发学生的探究知识的欲望,通过自主设计实验让学生将所学到的知识融会贯通,理论和实践紧密结合,以研究性学习的方式去获取知识、应用知识、解决问题,培养学生独立获取知识以及应用这些知识的能力,真正有效地培养学生的创新能力和科研综合素质。目前国内外诸多高校都在探讨、实施这种教学模式并且已收到明显的效果,如德国汉堡大学、美国路易斯安那大学,国内的北京大学、中山大学等也开设了开放性的实验教学。为了实现自我设计实验教学,我们有针对性地创建了物理学开放实验平台,使学生可以按自己的知识结构层次和兴趣爱好,自主设计实验并在专业教师的指导下完成实验内容,达到了较好的教学效果。
二、物理学开放实验平台的意义
以往物理学实验大多是以理论课程基本规律为基础,以提高学生实验技能为目的,给学生设置的实验是各自独立的验证性实验,没有实验设计过程的训练,没有实验方法的创新,没有数据收集整理、结果讨论和归纳分析形成论文等整体环节的训练,导致学生的自主创造意识、创新思维不能发挥,不能提高学生对所学知识能力的综合运用,不能激发学生的创新和科研能力,不利于培养具有现代科学素质的研究人才。设计性实验在开放的实验平台上进行,由学生自己选择实验内容,自己设计实验,由学生自己提出问题、思考问题和寻找解决问题的方法,这对激发学生的求知欲望,培养学生的物理素质,提高学生的科学素养是非常重要的。因此为理工科类本科学生创建物理学开放实验平台,是学生进行自我设计性实验的前提。
物理学实验开放性教学平台有其自己的特点和优势:(1)物理实验设备的正常损耗小。物理实验设备均属可多次重复使用的设备,正确的使用操作不会对仪器造成损伤。(2)物理实验设备的可重组性强。同一设备可用到许多的物理实验中。如激光器的使用:在做干涉和衍射实验时,用它加上几组光栅就可让学生看到形状各异的干涉衍射花样,从而激发起学生探究各式各样的舞台镭射的兴趣。(3)实验内容可以贴近生活,提高学生的创新兴趣,激发创新思维。我们曾经做过的许多实验,学生都表现出了强烈的兴趣,如电梯的电路设计、超市出口的防盗设备设计、自动门的实现等等。学生通过自主设计实验的过程阅读了大量相关资料,获取了相关知识,达到了学以致用的目的,并且在理解物理知识的同时,开拓了空间想象力,真正将所学的知识运用到生活中,激发了探索自然、改造自然的热情。(4)物理实验受环境条件影响小,容易实现多次验证,以探求实验的可行性,选取最佳方案。物理实验可多次重复,可多种方法实现,可引导学生考虑其生产可行性,考虑成本、费用,体会将实验成果运用到实际生活中的细节,理解将知识转化为生产力仍需不断学习和创新。(5)整个实验过程以学生为主,指导教师为辅,极大地调动了学生的积极性和自主性,提高了学生的综合科研能力,形成了研究性学习。(6)实验结果直观真实,实验的成功可以验证学生创新思想的可行性,激起学生对科学研究的兴趣和成就感,从而提高学生的科学素养。大学物理及实验课程本身就具有很强的研究性特征。同时,高等数学、计算机、哲学等课程的开设,不但丰富了学生各方面的知识,开阔了学生视野,也为大学物理教育开展研究性学习提供了条件。特别是计算机技术的发展和网络多媒体技术的应用,为在大学物理教育中开展研究性学习提供了强有力的平台和支持。
三、开展开放性实验教学的过程
首先,我们整理了部分实验室的仪器设备(这个过程也让学生参与了进来,使学生了解我们现有的实验资源),对其进行分类归纳,并贴上标签。同时详细整理各仪器的使用说明书、能实现的功能等。将力学、电学、热学、光学分类放置,做到条理清楚、整齐。其次,物理学实验的设计需要以物理学基础知识和基本操作技能为基础,因此开展设计性实验前先让学生熟悉基本实验的操作规范,由辅导教师引导学生理解实验过程中的安全知识、基本操作规范、基本实验流程等。第三,指导学生查找资料,确定实验题目。由于学生没有做过研究,更没有系统地查阅文献的经验和方法,因此,指导教师需要引导学生从纸介文献资料和电子文献资料等多途径查阅文献。我们有图书馆、专业资料室和中国知网全文期刊数据库,学生可以组成小组到图书馆现场查阅。在此过程中教师要介绍查阅纸介文献的方法,并操作演示网络的常用查阅工具及知网数据库的使用方法,使学生能够独立查阅所需文献。学生根据查阅到的相关资料进行归纳整理,确定实验题目和内容。第四,形成实验设计报告。小组讨论分析选题的目的和意义,论证选题的实验创新性、综合性,是否能提高实验操作技能等相关问题。重点分析讨论设计性实验课题和内容的可行性,从实验设备、实验耗材、知识水平、安全条件等方面确定实验方案,把握选题大小,确保实验能够顺利实施。实验的可行性分析是顺利完成设计性实验的关键,所以教师应大量阅读相关资料提高自身知识积累,以指导学生对实验的可行性分析。教师指导学生形成实验设计报告应遵循以下几方面原则:维护学生实验设计思想的创新性,鼓励学生积极思考,大胆创新;围绕实验目的确定实验方案和实验进度,把握设计实验的实施环节连贯进行;尽力使用已有的设备和耗材,降低实验成本;确保实验各环节中学生人身和设备设施的安全。
四、教学效果与讨论
在我们近两年的实验室建设中,创建开放物理实验平台的实验教学得到了师生的强烈反响和好评,大部分学生对科学研究都产生了极大的兴趣。通过让学生自主投身于实验的设计和实施的过程,学生体会到了自主获取知识的快乐,形成了研究性学习的氛围;不仅学到了知识,同时学到了获取知识的方法;不仅提高了自己的实验能力,同时提高了和同学的合作意识;不仅提高了科学素养,同时体会到了科技是第一生产力的真正内涵。开放物理实验平台对教师的各方面素质也具有极大的推动作用,在此过程中辅导教师也要不断学习新的知识,积极思考,努力将知识贴近生活,努力接近科学前沿。
教学方法是多种多样的,如何寻找适合不同层次学生的教学方法是我们努力探索的目标。我们将在以后的工作中继续努力,准备对工科系和文科系的学生开放实验室,进一步探讨物理学对各学科学生的思想、学习、人生观和价值观的影响,论证物理学作为基础学科在基础教育方面所发挥的不可替代的作用。我们还会不断完善以上的实验改革方法,希望各界同仁能够给出宝贵的意见和建议,帮助我们提高教学质量。
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