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关键词:大创实验;抗剪强度;教学改革
一、引言
随着我国高等教育发展水平的逐步提升,实验教学也逐步探索新的发展模式。大学生创新实验可与土工实验内容对接,实现土力学理论教学与试验相融合,实现土木工程学科在高校教育应用发展得到落实。
二、大学生土力学创新实验教学的问题及现状
土力学创新型实验教学的开设是现代教育改革的有效途径,但我国创新型实验的开展实际情况并不乐观,如表1[1]。创新实验的资源应用率较低,以土力学实验室教学的开展进行分析,可以对土工实验教学提供新思路。在当前土力学教学中,课本教学内容应与实验教学进行同步,在教学中不断的更新教学内容,注重学生的技能提升和创新意识的培养[2]。在土力学实验教学中,让学生在理论知识的基础上去学会独立完成实验,从而去提高他们的自主创新实验能力[3]。
三、土力学创新实验的过程和分析
创新实验是促进理论教学的重要手段,可提高学生解决实际问题和创新意识的重要方式,是专业知识得以应用提升的阶段[4]。本次土力学创新实验用原状土测出土的天然含水量和密度等一些土的物理指标基础上,测出不同含水量膨胀土的抗剪强度实验。
(一)土力学实验的准备
实验所使用的土样共有三种,测出物理指标如下表所示:第二部分实验将所采集的土样分别称取500g,每一种试样各取五组,放入干燥箱内烘干8小时,再将土样研磨至颗粒小于2mm,分别加按照15%、18%、21%、24%、27%的含水量分别加入水75g、90g、105g、120g、135g然后保持密封放入试样桶内浸润8小时后开始实验。
(二)土力学实验数据的分析
根据实验所测得的数据,按照S=KR:式中:S———抗剪强度K———应变圈系数R———应变圈中测微表的读数之差由表中直观得出试样的抗剪强度,与实验结果进行对比分析。下图为实验的分析结果:随含水量的增加土的抗剪强度不断下降,结合库伦定律和实验结果分析,在剪切面上的应力不变情况下,抗剪强度受两个因素影响,即土的内摩擦角和粘聚力。根据莫尔-库伦强度理论,绘制出土的抗剪强度包线,得出粘聚力和内摩擦角变化的因素是含水量。在实验数据的分析中,含水量与线性关系有差异性。粘聚力的受影响的线性值变化明显较大,这次实验研究中,含水量这一因子对其造成的变化很大。在其增大过程中,土的抗剪强度是在不断的变小。同时土的抗剪强度变化影响的主因还有垂直应力。
四、结论
土力学教学中,要在理论的基础上去培养创新型人才,在实验教学上去提高大学生的创新和应用能力。土力学在大学课程中,是专业知识较强和比较难以理解的学科。要让土力学这门学科被学生们所熟知,就必须不能只局限理论教学,需要老师做到对课程教学的不断更新,去适应学生的节奏。同时在教学中,把实践项目融入理论中,以理论和实践结合,去提高学生的学习认知能力。在这样的基础上,学校多去创造一些实践性强的平台,提高学生独立思考和解决问题的能力。
参考文献:
[1]黄晓敏,曾松荣,柯野,郑传进,王焰山,蔡爱群,方白玉.实验室开放式教学改革与创新人才培养[J].实验技术与管理,2016,(03):16-18.
一、大学物理实验教学模式改革的必要性
1.教学模式单一。处于当代教育发展环境下,新课程改革进一步深入,高校的教育理念也要进行相应的创新:转变以往单纯的对学生进行知识机械灌输的教学模式,把精力投入到提升学生知识能力的教育过程中。就大学物理实验教学而言,科学创新精神和实践动手能力是其不可或缺的内容。但是在以往的物理实验教学过程中,单纯机械的验证相关理论知识成为高校物理实验中的主要教学内容,大学物理实验教学模式过于机械和单调,学生的创新能力和实践动手能力难以得到有效提高。并且在实践教学过程中,往往是学生被动接受教师的实验安排,制定实验步骤、组织仪器设备等内容都是由教师来准备,实验方法和实验数据的记录也通常是由老师来完成,而学生只是对教师实验过程的一个机械模仿。这样机械化的教学模式严重阻碍了学生动手能力的培养,束缚了学生的创造性思维,不利于学生的科学素养的建立,基于此,改革现有的大学物理实验教学模式,提高学生的实践创新能力成为物理教学中的一项迫切任务。2.教学方法和教学内容落后。传统的物理实验教学方法是“教师统领实验过程,学生机械模仿”,在此过程中,学生只是被动的接受知识,没有充分发挥自身的主观能动性。久而久之,学生会对教师形成一种依赖心理,在具体的实验过程中“会看不会做”,并其怠于思考,使得学生形成一种模仿的思维定式,难以有所突破。学生学习的自觉性受挫,难以主动去发现问题并解决问题,不利于实践创新能力的提高。另外,物理实验教学内容比较落后,没有很好的体现学科之间的共融性。大学物理实验内容也基本是验证性和测量的,利用学生的创新思维,出于学生自己的创造能力来设定的带有研究性的内容相对匮乏。正是在此基础上,与国外培养的物理实验人才相比,中国物理知识方面的人才理论知识可以很丰富,但是具体到实践操作中,却难以有效的将理论知识与实践相结合,而创新精神和独立思考的能力更是缺乏。
二、大学物理实验教学模式改革的优化策略
(一)改革物理实验教学方法
传统的物理实验教学方法中,采取的是教师灌输,学生被动接受的方式。实验操作过程中,教师预先告知学生这次的实验目的,并且在此基础上,教师还会详细的为学生讲解实验原理、实验方法、实验步骤、实验过程中需要用到的仪器及其使用方法,并且还有相关的数据记录、数据处理等信息。更甚者,有的教师为了使学生更加明白本次实验的过程和步骤,在实验开始之前把整个实验过程在学生面前演示一遍。在此基础上,教师在进行物理实验教学之前就没有必要让学生对将要传授的内容进行预习,学生也不需思考,这样就对学生的学习造成了一定的负面影响。学生对教师的实验过程也产生一种依赖性,在教师做完相关的实验后,很多学生沉溺于教师的实验过程中,却难以理解其中涉及到的科学原理。也正是因为此,学生缺乏实践操作的机会,没有一定的实验操作经验,难以促进动手能力和创新能力的提升。即使是在具体的物理实验过程中,教师也是为学生准备好一切,学生也不需要深入思考,只要按照教师给定的步骤加以演示就可以了。这种机械的实验过程严重违背了学生的认知特点和认知发展规律,限制了学生学习的主动性和积极性,不利于提高学生的思维创新能力和实践应用能力。鉴于此,在具体的物理实验教学过程中,教师要充分尊重学生学习的主观能动性,适应现代课程改革的要求,把课堂还给学生。在此基础上,教师要改革物理实验教学方法,可以从以下三方面做起:1.打破传统的教学方式,以“学生预习,自主学习”为主,“教师引导”为辅。教师在物理实验过程中,需要对实验仪器和原理细致的介绍,牵涉到具体的实验步骤和测量方法,教师要利用学生的自主创新能力,激发学生的创新思维,让学生自行设计完;2.将物理实验课以选课的形式出现。物理实验课中会有学生必做的实验,除此之外,教师还可以以学生对实验课的实际需求为依据,结合学校对物理实验课程的安排,在实践发展的基础上为学生开设选做实验项目。既然是选作项目,那么学生就可以根据自身的实际学习情况和实验能力来自主安排,在自己动手的过程在提升动手能力和实践操作能力。教师通过这样的教学安排,一方面可以锻炼学生的基本实验技能,另一方面又可以最大限度的调动学生学习的主观能动性,同时,学生自觉发现和处理相关问题的能力也可以得到进一步提升。3.随着时代的进步,计算机信息技术的应用范围越来越广泛,紧跟时代脚步,高校物理实验教学中也应扩展计算机的应用范围。计算机在高校物理实验中有很高的应用价值,例如利用计算机来操控实验的过程,收集相关的物理量,快速的将实验数据记录下来等,另外,利用计算机实施拟合分析,制作图标等内容也是其应用表现。除此之外,教师利用计算机进行辅助教学,进行计算机管理,也属于计算机在物理实验教学过程中的应用范围。当然,计算机在物理实验中只是一种辅手段,它的应用可以方便物理实验的进行,促使学生加深对物理原理的理解以及对实验方法的掌握,在物理实践中的应用仍是十分必要的。
(二)创新物理实验教学内容
就现在很多大学开设的物理实验课程而言,验证性实验是其最主要的表现内容。而相对应的,以学生的实际发展需要为基础,集科学性和设计性为一体的实验内容则比较少。基于现代的经济发展环境,这样的设置体系会妨碍高校对实践应用型人才的培养,学生进行实践创新的发展空间也被缩小,而学生通过实验也难以提高自己分析问题和解决问题的能力。在一些高校中,受到学校生源条件的限制,在具体的物理实验过程中,学生和实验仪器一对一的现象并不少见。在此发展条件下,教师通过引导,使学生自己动手做实验,来进一步提高学生的动手能力和实践操作能力,同时也间接的加强了学生分析和解决实际问题的能力。但是在有些高校中,受到学生人数的限制,物理实验课基本上是两到三个学生共同做一个实验,这样的分配会在一定程度上激发少数学生的惰性思维。因此,他们在物理实验中只是机械的记录相关数据,而没有主动动手和主动思考的习惯,这样的话,这些学生就难以在具体的物理实验过程中得到锻炼,有些学生甚至对此感到厌烦。另外,如果高校设置的实验项目有限,而其中的学生人数却过多,那么物理实验就难以适应学生的发展需求,也不能有效做到与物理理论知识课的同步。鉴于此,高校在开设物理实验课的时候,要充分结合院校学生的实际水平和发展需要,以现有的物理实验仪器为载体,调动学院教师的力量,以本院校中的物理实验教学为基础,科学编写相关知识的物理实验讲义,其中涉及到的内容要充分体现物理实验的实用性,并且在其中详细阐明某项实验在某些专业中的应用。以此物理讲义为标准,学生在做某项实验时,就不会产生这项实验与所学专业有何关系的疑问。另外,为了适应社会对人才的需求,迎合现代科技发展的需要,同时也为了适应社会对实践应用型人才的需求,高校的物理实验课程中可适当融入一些富于实践操作性的实验项目,例如自行车及钟表的拆装等内容。社会在不断发展,高校中的物理实验也要与时俱进,为了进一步与社会科技发展接轨,高校要根据自身的实际发展情况和学生对自身能力的需求,适时改革物理实验讲义,使得物理实验讲义为学生提供实验参考的同时,也能跟上时展的步伐。高校为了加强物理实验教学的影响力,也可以迎合学生的对物理实验的兴趣,举办物理实验设计大赛,使得高校学生更好地适应现代科技的发展。
(三)定量考核与定性考核相结合
物理实验过程中,物理实验的考核体系对科学判断学生的实验能力和评价学生的实验成绩具有重要的影响。物理实验不同于理论知识学科,在它的评定过程中,物理实验成绩占据重要地位。正是鉴于这种学科的特殊性,其考核体系才更加需要完备。对物理实验成绩进行评定的过程中,教师往往以实验报告的形式来加强对学生的考察,但是在具体的操作过程中,这种考察形式具有一定的弊端,实验报告是以纸质的形式出现的,教师看到的只是学生实验的结果,而难以看到学生实验的整个过程。并且在这种考察形式中,即使学生不做实验,也可以提交一份完整的实验报告,因为学生可以抄袭其他学生的实验数据实验记录。鉴于实验的准确性和科学性,教师又很难发现实验报告中的这些弊端。因此,教师在实际的物理实验评定过程中,一定要创新实验考核机制。在此,笔者建议利用定量考核与定性考核相结合的方式。在具体的考核过程中,教师要充分考虑到学生各方面的能力,考察的内容不能过于单一化,学生对实验方法和技能的掌握,学生对待实验和相关实验问题的态度等内容都要纳入考核体系,教师都要加以科学化的考察。从一定程度上说,这种全方位的考察,也是对学生学习积极性和学习主观能动性的一种激发,让学生充分重视物理实验的过程,也让他们明白物理实验考察不只是一种简单的成绩判定,更是一种实践能力和动手能力的考察。同时,也充分体现了评定的科学性和公正性。此外,口试、笔试以及现场操作等方式也可以被应用到成绩考核中,为学生营造良好的实验考核氛围,加强学生对物理实验的兴趣,力争考核标准更加科学,能全方位、公正地对学生进行实验考核。
综合来说,高校物理实验不仅能提高学生的实践应用能力,考察学生对理论知识的运用能力,还能培养学生独立分析和解决问题的能力,强化学生创新思维能力。结合现代的经济发展环境,社会对人才的培养也提出了更高的要求,实践应用型人才受到社会的普遍关注。而高校中的物理实验则着重培养学生的动手能力和观察能力,迎合了社会对人才的需求趋势。在此基础上,高校要进一步适应现代经济社会的发展,明确大学物理实验教学中存在的问题,从物理实验教学方法、物理实验教学内容和物理成绩考核体系三方面来改革大学的物理实验教学模式,在此基础上有效促进大学物理实验教学效率的提高。
作者:薛禹 单位:北华大学物理学院
参考文献:
[1]朱婷,王春霞,韩财宝.独立院校大学物理实验教学模式改革初探[J].物理与工程,2014(S2).
关键词 物理实验 教学改革 开放教学 资源共享
中图分类号:G424 文献标识码:A
Teaching Reform in College Physics Experiment
WU Wangsheng
(Physical Science and Technology College, Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434023)
Abstract In this paper, at first, it analyses the current situation of the development of the physics experiment of present middle school and university. Secondly, the importance of the physics experiment is discussed. At last, it has carried on the preliminary discussion and practice to the teaching reform of the physics experiment of college.
Key words physics experiment; teaching reform; open teaching; resource sharing
1 中学物理实验教学的现状研究
我们对长江大学连续两届新生进行了中学物理实验情况的调研,收回有效答卷1500份。对37个项目,140个选项进行的统计分析表明:原学校物理实验仪器不齐备的占34.7%,只有极少数仪器的占12.9%;能保证一人一组做实验的仅占1.2%,三人以上一组做实验的占65.2%;中学大纲规定的24个实验中17个必做实验,入校以前做过了的占73%,听老师口头讲实验的占25%。调查还表明,部分中学生不重视物理实验,对实验不感兴趣。有高达90.1%的学生从没参加过第二课堂的实验活动。由此看来,物理实验是中学物理教学的薄弱环节,做好中学和大学物理实验教学的衔接,不仅可以提高大学物理实验教学的质量,增强学生学习物理的兴趣,而且有利于后续课程的学习,提高学生综合素质。基于上述分析,我们在提高大学物理实验教学质量方面进行了初步探索和实践。
2 大学物理实验教学的改革初探
2.1 实验教学体系改革
我们打破传统的按力学、热学、电磁学、光学及近代物理实验分类教学的体系,根据学生认知及实验技能形成的规律,将大学物理实验课程分为基本训练、综合设计训练和科研训练等三个层次,其内容对应基础实验、综合设计性实验和专题实验。基本实验能力训练层次为基础实验,主要教授基本实验技能和方法,绝大部分为必做实验。综合能力训练层次为设计性实验,综合应用性实验和近代物理实验。主要训练学生的综合能力和科学素质,其中少部分为必做实验,大部分为选做实验,以供不同专业学生选修。科研创新能力训练层次的训练主要为动手能力强又学有余力的学生提供选修,主要面向大二大三的学生。该层次教学不安排固定时间,教学内容形式多样,可以是科研讲座、毕业设计、创新实验制作或仿真实验模拟等。重在培养学生的创新能力和团队精神。
分层次的课程结构体系体现了以人为本的教育理念,符合学生的认知规律,提高了学生对物理实验的兴趣,发展了学生的个性特长,使学生的综合实验能力、分析和解决问题的能力以及科学素养得到全面培养和提高。
2.2 实验教学内容改革
大学物理实验改革的核心是教学内容的改革,我们编写了与实验改革配套的《大学物理实验》教材。该教材打破了传统教材体系结构,按培养学生的能力层次来编排实验教学项目;全面推行了实验结果的不确定度评价体系,在数据处理上,既符合国家技术规范又简单可行;精选实验项目,删去了部分内容过于陈旧的传统实验项目,合并了部分基础实验,增加了教学信息量,加大了基础训练内容;加强了实验方法、测量方法及基本操作技术的教学内容;加强了综合应用性实验、设计性实验和近代物理实验的内容。除此之外,在教材编写上,对课前预习、课堂内容和课后训练要求都做了不同层次的精心设计。华中科技大学物理实验专家李天应教授评价:“此教材具有减轻学生负担、便于教学、结果评价体系超前等特点”。
为了教学的需要,我们编写了《大学物理实验教学指导书》。书中不仅提供了实验教学方法和实验的重点难点,而且提供了实验教学指导要点,指明了学生易犯的错误,并附有仪器常见故障的分析与排除方法。此外,我们还编写了配套的《大学物理实验思考题参考答案》,有利于学生与老师进一步钻研与探讨,也有利于学生创新意识和能力的培养。
2.3 实验教学模式改革
为了发挥学生的主观能动性,因材施教,提高教学质量,根据我校学生的现状和实验室的实际情况,制定了物理实验全面开放实施方案,开发研制了学生网上开放预约系统、教师教学管理系统和网上答疑系统,使学生从实验预约到成绩评定均在校园网上完成。
开放实验预约系统可以设置实验项目、安排实验教学。学生根据自己的专业和兴趣选择实验项目,激(下转第120页)(上接第78页)发了学生的学习积极性,体现了因材施教的教育思想;学生可以查询预约情况,选择实验教师和时间,在线生成课表和查询成绩,因特殊原因不能上课可以取消并重新预约新实验,体现了以人为本的教育思想。实验教学管理系统,可以管理学生的考勤,输入、评定、汇总并输出学生的成绩,使教学管理精细化、规范化。网上答疑系统,可以进行网上实验讨论、问题解答、信息反馈,通过该系统可以及时了解学生的情况,为科学安排实验、调整教学内容、改革教学方法等提供依据。
2.4 实验教学手段改革
在改革实验教学体系、内容、模式的同时,我们也加强了现代化、信息化教学手段的应用。根据大学物理实验课程的教学内容,设计制作了全套实验的多媒体课件。课件明确实验目的,阐明实验原理,以图示的方法,直观介绍了实验仪器,详细介绍了实验仪器的调试过程及实验方法,强调了仪器使用的注意事项,使学生可以全方位地了解每一个实验。在实验教学中,我们配备了投影仪、计算机,教师可以通过多媒体、黑板和实验仪器进行授课。
积极开展物理实验创新设计实践,学生累计制成并移交使用的实验仪器100多套件。为物理理论教学提供了一定数量的教学演示实验仪器,节省了教学资金。创新实验活动激发学生对实验物理的兴趣,培养了学生灵活运用物理实验的基础知识、方法和技术解决实际问题的能力,提高了学生的创新意识和团队协作能力。
注重课程网络信息化平台建设,建成了大学物理实验精品课程网。网上提供了各种教学资源,如参考资料、教案、思考题、多媒体课件、课堂录像、实验视频、实验仿真软件等,帮助学生课外自学;还提供教学大纲、教学要求、备课规范、考核办法、评分标准及其它各种教学和管理文件资料,规范教师的教学行为,保证了课程的教学质量。目前,我们正在建设大学物理实验精品资源共享课,已陆续将所有实验拍摄成实验教学片,配备实验教案和课件,全部资源网上共享,旨在为学生提供丰富的学习资源,拓展学生的学习时间和空间。信息技术的引入不受场地和时间的限制,在实验教学中发挥了传递信息量大,表现手段灵活的优势,取得了良好的教学效果。
通过改革大学物理实验课的教学体系、优化教学内容、引入信息化教学手段、创设网上资源共享和学习平台,为学生营造良好的学习环境,能够加强学生对物理现象的感性认识,帮助学生树立正确的物理观念,培养实事求是的科学态度,提高学生的学习兴趣和理论素养,在培养学生的思辨能力、创新能力、探索精神以及团队协作能力等方面,发挥着举足轻重的作用。大学物理实验改革要适应时代的发展和教育观念的转变,需要各方面关注和投入,也需要自身不断地创新与探索,以适应现代教育信息化的发展。
参考文献
[1] 杨述武,等.普通物理实验[M].北京:高等教育出版社,1993.
关键词:物理实验教学;教学质量;创新人才
中图分类号:G420 文献标识码:A 文章编号:1003-2851(2010)09-0061-01
物理实验是大学物理实验教学的重要组成部分,物理实验教学的任务是培养学生掌握物理实验的基本方法和基本技能,掌握由感性认识到理性认识的科学思维方法,为培养具备现代科技素质的高质量、高层次创新人才打下一个良好的基础[1]。而物理实验教学的现状不容乐观:教学模式单一、教学方法落后、教学内容陈旧,学生没有积极性。这种缺乏主动性和积极性的实验方式,极大地影响了实验课的教学效果。针对这一情况,为了改进教学环节,提高教学质量,本人从以下几方面谈一些个人体会。
一、转变观念,提高认识,强化实验教学的地位和作用
在高等学校的教学体系中,理论教学和实验教学是同等重要的两个部分,两者的关系不是主从关系,而是两个相互独立、相互依存、相辅相成的教学体系,然而长期以来受中、高考的导向作用,使得中学普遍存在一种急功近利的思想,忽视了实验课的重要性;另外,一些学校在重教学、轻实验的思想上积重难返,使得一部分学生对实验课程产生了偏见,对实验上应付了事[2]。针对这种现象,我们要进一步转变观念,提高认识,强化实验教学的地位和作用。
二、明确实验目的,加强课前预习,提高实验教学质量
针对每一个具体的实验项目,我们首先让学生明确实验的目的,然后提供相应的预习提纲,要求学生进行预习,并写出实验预习报告。通过预习,可以让学生明白本次实验要测什么量,以及与这个物理量有关的一些相关知识,从而让学生知道需要掌握的知识,这样学生就会在上实验课时带着问题去听老师讲解,进而起到事半功倍的效果。针对部分学生应付写预习报告,抄袭预习报告的情况,我们建立以提问、自问、讨论等灵活多样的教学模式,促使这部分学生重视实验预习。
三、详解实验原理,注重实验过程,培养学生实验兴趣
实验教师要在有限的时间内讲清实验原理、实验内容、实验仪器、实验中可能出现的问题、仪器操作的注意事项和解答学生的提问等,这是很困难的;因此我们尽可能的侧重讲解实验原理,因为实验原理是学生理解实验的基础,原理清楚了其他问题一般都会迎刃而解。实验中我们要引导学生不能单纯以追求实验结果为目标,而更要注重实验过程。在这个过程中,去培养他们的各种技能,激发他们的创新能力,激发他们探究知识的愿望和信心。另外授课过程中穿插一些科普性的、和生活密切相关的内容,用一些物理实验原理解释生活中的某些现象,逐渐培养他们的实验兴趣。这样既巩固了专业基础知识,提高了自己的动手能力,又达到了培养学生的基本科学实验技能和科学实验的基本素质。
四、发挥教师主导作用,突出学生主体地
位,提高学生实验素质
刚开始做物理实验的学生,大部分由于没有经过规范的训练,常常是一到实验室就摆弄仪器,不能按正确的方法操作、实验数据随意涂改、实验报告书写不规范等情况。这些现象都有悖于物理实验所必需的严谨作风,这样对日后的工作、学习和生活都会产生负面的影响。因此,在课堂上的实验指导过程中教师要充分发挥主导作用,以引导的方式纠正学生的一些不良行为,引导学生以研究者的态度对待实验操作,除个别测量需要合作外,保证每人测出一套数据,鼓励学生自己调试仪器。能由学生动手的,教师不要包办代劳,能由学生分析的,教师不要早下结论,从而突出学生的主体地位。让学生归纳实验仪器的调节技巧和方法,总结仪器的性能原理,这不仅锻炼了学生的动手操作能力,也充分发挥了学生的主动性。
对于部分学生为了迎合已知的现象或规律而对实验数据进行随意更改的现象,我们则一定要严把数据关,要求学生正确测量、正确读数、如实记录所有数据包括错误数据,保证实验数据的严肃性和客观性,进而培养学生实事求是、严谨认真的科学态度,提高学生的整体实验素质。
五、规范实验报告,提高学生综合思维能力
实验报告是学生对整个实验工作的全面总结,是学生在实验过程中理论水平、动手能力的直接成果,撰写实验报告的过程就是对学生综合思维能力的培养。因此在学生上第一节课时,教师应指导学生如何撰写规范的实验报告。教师通过实验报告可以获得教学效果的反馈信息,发现问题及时解决。因此,实验报告撰写是否规范,是考核学生成绩的一个主要方面,也是实验教学的一个重要环节。
六、科学评定实验成绩,确保实验教学质量
公正合理、科学规范的实验教学评价体系,不仅可以准确反映实验教学效果,全面评价学生掌握知识的水平、能力强弱和素质高低,同时也有利于培养创新人才,对实验教学改革的全面推进有着不可忽视的促进作用[3-4]。实验课的成绩我们采取的是笔试加平时成绩,为了公正、客观、合理地反映每一位学生的实验成绩,我们建立了较为完整的实验教学评价体系标准。科学评价学生的实验成绩,需从以下几个方面入手:一是实验课的迟到、早退、旷课情况;二是实验预习情况;三是课堂上的操作情况;四是课堂抽查情况;五是实验报告的撰写情况;六是期末考试情况。对成绩不合格的,该重修的则要重修,从严要求,才能确保教学质量的提高。
综上所述,要提高物理实验的教学质量,为社会培养出高质量、高层次、高素质的创新人才,必须注重实验教学的各个环节。针对目前这种教学方法,学生对实验课的主动性和积极性有了明显的改观,实验课的成绩也有了明显的提高。在今后的实验教学中,希望同仁们能不断交流和探讨,建立一套更加完整的教学体系,使得我们的物理实验教学环节更加完善。
参考文献
[1] 朱晓兵.走出物理实验教学的误区[J].物理通报,2010(1) :47-48.
[2] 刘建萍.深化物理实验教学改革的探索与思考[J].教书育人,2009(12):42-43.
由于师资水平和教学环境的限制,现如今大部分高校的大学物理实验教学都还是“教师主导”的传统课堂模式。在课堂上,教师演示完整的实验过程,学生不需要进行自主思考,只需机械式地模仿,使实验变成了一种形式化,记忆性的过程。一定程度上,这限制了学生的思维创新,造成了学生对老师的依赖心理。
为了实现大学物理实验教学培养“应用型”人才的教学目标,对大学物理实验教学进行改革的关键是提高教学质量的和完善期末的考核体系。
一、引入多媒体资源,激发学生兴趣
获取实验数据,撰写实验报告是实验课的最终结果,也是实验课的重要组成部分。相对而言,对实验的预习环节的重视不够。从提高学生的素质和能力的角度来看,实验的预习环节非常重要。
现在学生在预习上课要讲授的实验项目时,一来可以根据教材上的内容介绍,二来可以根据在学校网站上的预习提纲和实验示范报告。学生可以通过阅读教材上关于实验原理,实验步骤以及实验仪器结构的相关介绍等基本知识结合预习提纲来对下次课要进行实验进行思考,充分发挥他们在学习中的主体作用[3]。
但由于学生课业繁重,学校教学资源有限等原因,学生往往不能在实验课之前接触到实验器材。这样纸上谈兵的实验预习,往往会造成学生对预习环节缺乏兴趣,而大大影响了实验预习的效果。为了让学生对预习内容建立起生动具体的形象,引入多媒体资源是行之有效的办法。即在学校网站上逐步上传一些教学资源[7],比如拍摄的一些教学视频,实验项目的动画模拟视频等。这对于实验教学来说也是一种全新的授课方式。
另外,学校也可以在网站上建立网络虚拟实验室。虚拟实验是利用多媒体、仿真软件和虚拟现实来模拟实验的环境和操作过程,实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目。与实验室一些设计精密、价格昂贵的仪器相比,学校只需很少的投入,就可以缓解教学资源不足的问题。对学生而言,虚拟实验无疑是富有吸引力的,这极大地激发了学生对大学物理实验的学习兴趣,提高了教学的效率[4]。
除了三线摆等必修的实验课程之外,虚拟实验中可以加入一些拓展性、创新性的实验,供学有余力的同学自学。
然而,虚拟实验虽然突破了传统实验受时空限制的弊端,但是它仍然无法代替真实的实验操作,它只能作为传统实验的一种具有可行性的补充。只有把传统实验和虚拟实验有机地结合起来,才能最大程度地发挥它们的优势。
二、采取多种授课模式,提高课堂教学质量
引导学生读懂实验原理、实验方法以及实验仪器的运行操作是实验教学的第一步,也是实验教学成败的关键。大学物理实验课是理工科学生的必修课,学生来自不同学院不同专业,的实验的能力也是参差不齐,因此,可以以学生的实验水平为指标,对不同班级采取不同的授课方式。
对于实验水平较高的班级,可以通过课上提问的方式让学生自行讲解实验原理和介绍实验方法,这一方面可以检验学生的预习效果,另一方面也可以加深学生对实验的印象。
比如在“密立根油滴仪测油滴电荷”这个实验中,由于密立根油滴仪在操作不当的情况极容易损坏[1],教师可以让预习得好的同学介绍实验步骤,再补充强调学生介绍里的疏漏之处。这样,一方面体现了学生在课堂里的主体作用,另一方面也提高了学生对实验步骤的掌握程度。而对于长度测量工具等一些基本使用工具,可以让学生自行看教材上的说明来进行操作,教师则在课堂里面巡查,发现并记录学生操作上存在的问题,在大部分的学生都操作完毕之后,教师可以采用反问的方式提问学生操作上的问题,最后由教师进行系统的分析和评价。从而不仅使学生掌握了大学物理实验的实验技能,而且有效地激发了他们对学习的热情。在大学物理实验的课堂上出现学生积极思考,主动参与,敢于创新的热烈场面[6]。
而对于实验水平相对较弱的班级,教师可以先向学生介绍有关实验背景,实验仪器的使用以及在实际生活中的应用,给学生一个直观的印象,同时也扩大学生的认知面。例如在讲解示波器的时候,由于示波器的按键很多,教师可以利用投影仪先给学生看一遍示波器使用的操作视频,让学生对示波器的使用有初步的印象,然后提出实验的思路和方向,引导学生读懂实验原理,思考实验的可靠性,从而激发学生主动思维,加深学生印象,起到事半功倍的效果。
三、在教学和数据处理中应用Matlab
Matlab在物理实验的作图、数据处理、模拟仿真方面起着重大的作用,有助于将物理实验的教学过程转变成一个师生间共同探讨的互动过程。
例如在“等厚干涉――牛顿环”这个实验中,教师可以在讲授实验原理时,根据光的干涉的基本原理,利用Matlab进行牛顿环的干涉模拟,从而得到模拟出的干涉图像,使学生建立一个干涉现象的初步印象,有助于学生更好地理解实验原理和掌握实验操作,从而更快地找到干涉条纹。
另外,Matlab不仅在光学实验中有着重要应用,而且在电磁学实验中也有着较多的应用。例如,学生在使用示波器观察李萨如图形时,常常会由于信号源的不稳定而造成图像不稳。如果采用Matlab进行模拟,则可以将实验中观察到的图形与模拟产生的图形进行对照,有利于提高学生的认知水平以及尽快地发现错误[8]。
Matlab不仅有助于绘制物理实验的图形图像,而且在数据的分析处理方面表现优异。
在大学物理实验课程中,涉及的物理规律一般可以分为线性规律和非线性规律两种。
对于呈线性规律的实验数据,数据处理一般采用逐差法、作图法和最小二乘法。但在数据点不多的情况下,逐差法可能会产生较大的实验误差。而作图法则是人为手工绘制一条直线,当数据点分布较为松散时,学生绘制这条直线不仅难度较大而且极可能产生较大误差。
最小二乘法体现了统计的规律,目的在于寻找“最优拟合”,也就是最佳的拟合直线,但它的缺点在于运算量庞大。为了解决这个问题,教师可以引导学生利用Matlab进行运算,从而将学生从复杂的人工运算中解放出来。
教师先引导学生编写好最小二乘法的运算程序,然后通过修改实验数据和调用程序,就可以得到需要的拟合直线、相关系数、线性回归方程和不确定度。这样不仅节约了时间,而且有效地避免了传统数据处理方法受诸多因素干扰的弊端。
而对于呈非线性关系的物理规律,数据处理一般采用作图法,并且通常不需要得到实验目标曲线的函数关系式。为了得到满意的实验结果,一般情况下需要先测量好数据点再进行作图。然而描点连线不仅容易引入实验误差而且耗时巨大,学生易产生厌倦心理,进而对完成实验报告抱着应付的心态,极大影响了实验报告的质量。若与Matlab相结合,采用曲线拟合和插值的方法,则可以得到理想的平滑曲线。
在数据处理环节引入Matlab,不仅提高数据处理的速度和质量,并且可以便捷地得到直观图像和函数方程。既缓解了学生对处理数据的倦怠心理,又提高了学生的主动性和操作能力。当实验数据出现较大误差时,也方便了学生及早发现错误,及时重做实验,避免学生在课后因为误差过大而篡改实验的原始数据,体现实验的科学性和真实性。
四、完善期末考评制度
目前普遍采用的大学物理实验考核方式是将平时实验成绩和期末考试成绩两个部分按一定的比例进行综合评价。虽然平时实验成绩和期末考试成绩两个部分的综合评价能够比较公平地反映学生对大学物理实验这门课程的掌握程度,但仍然存在一定的弊端[2]。
例如目前平时实验成绩评定主要以撰写的实验报告为依据,虽然教师会在课堂上对预习报告进行检查并作标记,但仍然存在学生篡改实验数据、抄袭实验报告的现象。这不仅不能准确地反映学生的实验水平,而且挫伤了认真学习的同学的积极性。
考虑到现在大学物理实验课的教学往往采取大班上课的模式,教师无法对每个学生的实验过程进行考量,提出如下几点建议:
(一)在期末考评中加入闭卷理论考试成绩
理论考试一定程度上可以检验学生对实验的掌握情况。在试题内容的设置上,可以是与学生选择的操作性实验相关的理论问题。比如简述实验原理、对某项操作是否出现错误的判断、实验可能存在的误差以及误差分析、实验数据的处理方法等[5]。必要时,还可以加入一些延伸性的问题。比如“等厚干涉――牛顿环”这个实验的理论试题可以问如何测量水的折射率,这与实验课堂中测量透镜曲率半径的方法类似。
(二)加入预习成绩作为平时成绩一部分
好的实验预习可以提高实验教学效率,是完成实验的必要前提。但学生在预习环节往往存在诸多问题。例如部分学生仅仅是为了应付教师的检查,将教材上的内容原封不动地搬到预习报告上,没有进行任何思考,并不能达到预习目的。