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1.1实验教学现状
在进行实验课的时候,主要还是以较为传统的方法为主,课堂内容的安排按部就班,只是在“灌”,几乎每个实验都是一个固化的流程,讲实验原理、做演示、学生做、记录数据、完成实验报告等。在整个物理实验的讲解上,也基本没有关于探索方法的阐述,更鲜有对实验涉及的物理思想方法的讲解及渗透,即使有也只是蜻蜓点水,没有深入。在实验过程中,学生很少能在教师的指引下进行创新思维,都是在按教材的实验步骤来做,学生被限制在一个很小的空间,不能自主发挥,这也主要与上述提到的物理思想方法的传授有很大关系。
1.2实验学习现状
首先,学生在思想上对于实验课不够重视。实验前不进行预习,在实验过程中也常常缺乏耐心,测量几次没有得到预想的实验结果,就开始急躁,要么询问老师,要么放弃,不会去冷静分析问题,更谈不上思考解决方案。有一部分学生甚至在实验的过程中投机取巧,用别人已经调节好的仪器进行实验,或者直接抄别人的数据,来蒙混过关。对于实验报告,大部分学生是为了完成而完成,能够敷衍应付老师即可。
1.3实验内容现状
大学物理实验内容主要由力、热、光、电及近代物理构成,实验的综合性、拓展性、创新性比较高中物理实验已经有明显增强。然而在目前高校中,基础性实验比例较重,设计性实验安排较少,科学技术发展的巨大成就很少能在基础物理实验中得到反映,学生对之感到枯燥无味,相当严重地阻碍了学生学习的积极性、主动性、创造性以及现代思维方法的形成。
2物理实验教学方法改革的基本内容与实践
2.1提高教学灵活性,注重实验趣味性
各个大学的教学模式各具特点,但基本上分为三种类型:第一是培训基本技能、实验方法和仪器使用的基础实验,如万用表、信号发生器、示波器的使用等;第二是指导学生在已有基础上学习更高层次物理思想的验证性实验,如电子荷质比的测量、超声波测量声速等,以及让学生根据前面积累的知识独立完成的设计性实验,如光纤实验、等离子特性研究等。然而这些还是不够的,在此基础上还需注重教学模式的多样化,开展分层次教学、个性化教学、开放式教学等。教学内容和教学方法也应与时俱进,与计算机技术和现代教学手段相结合,比如:实验的数据处理、多媒体教学、仿真实验的研究与开发。在物理实验讲解的同时,还应强调物理实验课的重要性。因为,在理论上再美妙的假设或推理,要成为被公认的物理规律,必须要有实验结果的验证。例如:1924年法国人德布洛意在光的微粒的启发下,明确提出实物粒子具有物质波动性,即波和粒子的缔合概念,简称波粒二重性,其正是通过电子在晶体上的衍射实验来证明的。同时,在教学过程中可以穿插物理学史,一方面,使学生了解发现物理规律时所做的重要物理实验的方法和技巧,另一方面,能引起学生的兴趣,了解物理学家发现规律时的状态和心态,知道尚未解决的科学难题,进而会积极思考如何进一步去研究和探索。
2.2以学生主动探究为主,注重对学生的动手能力培养
从以往的以教师为主体的教学模式转换为学生是教学的主体,提倡激发学生参与的积极性和主动性,让学生掌握科学的思想方法。例如:在必修实验的基础上安排选修实验,选修实验由学生自己选题、自己确定实验的内容、自己动手去设计和完成实验。在实验过程中,只要没有人身或仪器事故的危险,老师一般不予干预,只是从旁观察和了解,当学生遇到实在无法解决的难题,再做启发性引导,指出问题,鼓励他们克服困难,完成实验。同时,还可以充分利用实验室在设备和场地上的优势,开辟出一块实验基地,将一些即将报废的仪器,如计算机、万用表、示波器等供学生进行实验活动,给他们提供相应工具,对这些报废仪器进行拆装修理,实行弄坏无过、修好有功的原则,鼓励学生多动手。学生日常生活中的小物品,如耳机、收音机、电热杯等也可以拿到实验基地进行修理,从而可以体会到物理原理在生活中的应用,进一步提高物理学习的兴趣。
2.3与课外科技创新实践相结合,注重创新能力培养
2.3.1结合物理实验课程的教学内容设立实验仪器的研制和改进项目
目前许多物理实验仪器测量误差很大的原因是仪器设备本身存在着问题。例如:空气热机实验、液体表面张力系数的测量、杨氏模量的测量等,因此可以组织学生在教师的指导下针对实验仪器本身存在的问题申报项目开展研究。这样不仅有利于物理实验室自身的发展,也可以加强对学生创造力的培养。
2.3.2把综合设计性实验和课外科技创新实践相结合
可以把难度较大的综合性设计性实验作为学生课外科技创新实践的研究项目,不仅由学生自己设计实验方案、自己在实验室中完成实验,而且要求学生自己调研,自己撰写课外科技创新实践项目申请书,自己预算和使用研制经费,自己撰写结题报告,进行结题答辩。这样做既可以完成综合设计性实验的教学要求,又可以全面培养学生独立从事科学研究的能力和工程项目设计能力。
2.3.3将科研成果和实验教学相联系
老师可以将自己的科研成果和实验教学方面联系起来,尽量使科研成果转化为切实有效的实验教学资源,这样就可以让学生身处创新的前沿,同时让他们了解物理实验学习对于科研的重要性,搭建一个可以让学生提前了解科研的平台,推进实验教学的开放的创新,利用科研的前沿式优势为实验教学所用,从而弥补实验教学内容与仪器延后性劣势。
2.4注重引入物理学原理在工程技术中的应用知识
首先,可以让学生在做实验过程中,主要依靠实验讲义和实验设备的说明书,还有参考文献资料。而教师并不告诉学生仪器设备如何使用,学生自己根据说明书去摸索掌握使用方法。这就迫使学生学会独立学习使用陌生仪器,真正掌握使用各种仪器设备的技能,为今后的工程技术应用打好基础。其次,利用物理实验室的仪器设备组织学生开展产学研活动。在教师的指导下组织学生利用物理实验仪器设备为企业进行产品性能的检测,由于对企业产品的性能进行检测可能要对物理实验仪器进行改造,也可能需要研制一些新的传感器和配件,学生通过这些检测工作可以学到物理学原理在工程技术中的应用知识,同时也可以看到所学物理实验知识的使用价值。
3结语
一、利用物理实验启发学生积极思维
物理学是一门以实验为基础的学科,做好实验、启发学生积极思维是教学的重要任务。脱离了实验与观察,物理教学就不可能真正的教好与学好。
(1)加强直观教学,培养学生观察和分析问题的能力。学习物理概念及其规律,要以实验为基础,通过观察再加以分析,达到加深理解所学物理概念的目的。有些物理现象,学生没有实践经验,将信将疑,通过演示,能加深直观印象,使学生掌握通过做实验找出物理规律的方法,改变学生原有的对一些概念的错误理解。
例如,做功可以改变内能。压缩气体做功,气体内能增加,摩擦生热,学生很容易理解,但对空气被压缩温度就能升高,他们缺乏感性的知识,一定要做好这个实验,其关键是压缩要快,筒内要有一定量的空气,棉花浸乙醚不能过多,将这些注意点告诉学生,让他们去思考、观察和分析。
(2)利用模拟实验说明物理规律,培养学生的抽象和推理能力。例如,关于“超重”和“失重”的教学,在变速运动的升降机中,人会超重和失重,可在磅秤上做模拟实验,当人从站立位置迅速下蹲时,先是失重后超重(看指针的示数),再迅速站立起来,先超重后失重。理论结合实验,学生容易理解。
(3)将部分演示实验改为分组实验,培养实验和综合归纳能力。尽量让学生自己动手,边听讲边做实验,动脑又动手。例如,讲解变压器变压规律时,让学生测量原副线圈上的电压,计算电压比和匝数比,在实验中归纳、总结出规律。学生亦可体会科学家新发现一条物理规律的过程,引导学生去创新。
二、利用物理概念启发学生积极思维
首先要启发学生了解为什么要引入各个物理量。在讲解定义、定律时,不仅要掌握这些定义定律的表述,还要通过分析对比,使学生加深理解,要注意培养学生建立合理的物理模型,对学生容易混淆的问题和错误的想法加以澄清、纠正。
(1)运用比喻使抽象的概念直观化。例如,讲金属导体中自由电子定向移动速率与电场传播速率的区别,很多同学误认为两个速率相同,但根据计算自由电子的定向移动速率约为10-4—10-5米/秒。以10-4米/秒为例,若用电器距发电厂有104米远,则发电机中的电子需运动108秒才能到达用电器(按直流电计算),也就是要三年多的时间,这不符合实际情况。实际上电场传播很快,一旦电路接通,电场以相当于真空中光速(3×108m/s)传播,电场传到之时,该处自由电子就开始定向移动,用电器中极短时间内就有电流通过。对此学生还是不太理解,就比喻在操场跑道上排满一圈人,一声口令,几乎同时都跑起来,每个人的速率并不大(约2m/s),但口令声却以声速传播(约340m/s)。
(2)以问题为导向,引导学生正确掌握物理概念。例如,摩擦力做功的教学,提出问题:摩擦力是否一定做负功?静摩擦力是否一定不做功?让学生先思考,再举例说清动摩擦力有时可能对物体做正功;静摩擦力有时对物体做正功,有时做负功;有时即使物体运动,但所受静摩擦力不做功,通过问题分析使学生正确掌握物理概念。
(3)启发学生对比分析,加深物理概念的外延和内涵的理解,学会灵活运用物理规律。通过对比所学知识,前后对照,准确掌握概念的含义及适用范围,分析它们的区别和联系,这样可以帮助学生做到融会贯通并举一反三,这也是学好物理的重要方法。对比法可采用列表分析几个物理概念的区别与联系;也可采用一题多解,分析各种解法的特点与物理实质的一致性。
三、利用物理习题启发学生积极思维
学生做物理习题是复习巩固所学物理概念和规律的重要环节。通过做物理习题可以提高学生分析问题和解决问题的能力,同时也加深对物理基础知识的理解。有些学生听老师讲解例题容易懂,但自己做习题就会有困难,对于复杂的问题无从下手,其原因在于:一是基本概念没有搞清楚;二是没有掌握解题的方法,缺乏对物理过程和解题步骤的分析能力。
(1)启发学生学会寻找解决复杂问题的突破口。指导学生首先要对题目所叙述的物理过程进行全面分析,弄清各个物理过程有哪些规律,分析已知量和未知量后,还要恰当地选取研究对象,找突破口一般要采用“倒推法”、“综合分析法”等选择思路。“倒推法”就是从题目所要求的物理量开始分析,需要先求出什么量,算出这些量又先要求出什么量,一步一步倒推,最后找出突破口,实际运算的步骤正好与倒推的步骤相反。“综合分析法”是在包含几个物理过程的题目中,同时在开始过程和结束过程找突破口,最后在中间过程解决问题,也有的题目经过全面分析后,集中到某一关键问题,这个关键一经突破,整道题都可以解决了。
(2)拓展练习问题设计的广度,切实提高学生解决问题的能力。在课堂上训练时充分利用短小精悍的问题,这样可提高覆盖面的广度,不会占用太多时间,灵活度大,对培养和检查学生分析能力和熟练程度是比较有效的。编写这类问题时,可适当选用一些易混、易错题。
例如,涉及计算的问题,很多同学不做分析就死套公式,很容易造成错误。如计算静摩擦力的问题:一个质量为m的物体放在300倾角的斜面上处于静止状态,已知动摩擦系数为u,求该物体与斜面间的静摩擦力。有些学生不加分析就按f1=mgucos300计算,其实应根据物体所处的平衡条件计算f2=mgsin300,因f2≤ f1。通过这道题的练习,学生减少出现类似错误。
(3)加强实验题的教学与练习,提高学生理论和实践相结合的能力。物理实验是高考必考的内容,是培养学生实践能力的最有效途径,但这几年得分率较低。原因主要有:一是同学重计算题轻实验题;二是不懂如何提高实验题解题能力。