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大學(xué)物理實(shí)驗自主參與性探討論文
摘要：:本文探討了如何在大學(xué)物理實(shí)驗課程中激發(fā)學(xué)生的自主參與性，闡述了教學(xué)改革所采用的“適當省略加合理引導”這一方法。通過(guò)一個(gè)常見(jiàn)的大學(xué)物理實(shí)驗，給出了這一方法的具體教學(xué)實(shí)施示范以及成效，體現了激發(fā)自主參與性的必要和它帶來(lái)的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:大學(xué)物理實(shí)驗;教學(xué)改革;自主參與性
大學(xué)物理實(shí)驗這門(mén)課程，作為面向理工科各專(zhuān)業(yè)學(xué)生的一門(mén)必修基礎課程，是構成大學(xué)物理課程的一個(gè)重要組成部分。大學(xué)物理實(shí)驗作為理論知識應用的一個(gè)理想場(chǎng)所，不僅可以幫助學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識，更可以進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，培養協(xié)調合作的精神和激發(fā)自主探索的意識。但是在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，發(fā)現了學(xué)生在自主參與方面存在著(zhù)缺失，需要通過(guò)課程設計的優(yōu)化改革來(lái)改善這種情況。
一、物理實(shí)驗進(jìn)行過(guò)程中，在自主參與性方面值得改進(jìn)的地方
目前進(jìn)行的大學(xué)物理實(shí)驗課程，在實(shí)驗步驟部分，一般都參考實(shí)驗教材，將具體實(shí)驗的操作順序詳盡有序地羅列出來(lái)。當教師指導學(xué)生進(jìn)行具體實(shí)驗時(shí)，只需要按照教材步驟，一一逐步執行，就基本可以完成整體實(shí)驗流程。［1］然而這樣一種模式，難免使得整個(gè)實(shí)驗流程固定僵化，學(xué)生只是按部就班操作，在主動(dòng)思考實(shí)驗操作意義，體會(huì )實(shí)驗設計精妙之處，難以有個(gè)人深刻的理解和體會(huì )。同時(shí)也無(wú)法產(chǎn)生自己主動(dòng)探索的興趣，無(wú)法發(fā)現更多教材沒(méi)有囊括的有趣現象。［2］［3］因此在這一方面，值得加以改革，以獲得更好的教學(xué)效果。
二、改進(jìn)的思想、方法和具體實(shí)施
人最主要的一個(gè)特點(diǎn)便是具有主觀(guān)能動(dòng)性。學(xué)生作為知識的接受個(gè)體，并不是完全被動(dòng)的對象，在教學(xué)方法合適的情況下，完全可以激發(fā)出學(xué)生的自主性意識。［4］在這樣的思想指導下，針對大學(xué)物理實(shí)驗課程的特點(diǎn)，可以在實(shí)驗各環(huán)節進(jìn)行一些改進(jìn)。采用的方法稱(chēng)為“適當省略加合理引導”，“省略”即省略去某些固定詳細的標準實(shí)驗操作步驟，“引導”則是在其他部分給予學(xué)生充分思考的機會(huì )，設置啟發(fā)性的問(wèn)題以及情境，引導實(shí)際步驟的進(jìn)行。下面通過(guò)《氣墊導軌上的碰撞》(后簡(jiǎn)稱(chēng)《碰撞》)這樣一個(gè)典型的大學(xué)物理實(shí)驗，對具體改進(jìn)的方法和實(shí)施加以闡述。
(一)實(shí)驗目的部分對主動(dòng)探索經(jīng)行強調
在實(shí)驗目的部分，需要強調主動(dòng)探索的必要性。如在《碰撞》實(shí)驗中，補充一條“探索總結不同組合情況下的兩物體碰撞的規律，并與理論結果驗證比較”。通過(guò)設置這樣的實(shí)驗目的，引導學(xué)生探索不同的速度、質(zhì)量組合，對滑塊碰撞結果的影響。
(二)實(shí)驗原理部分增加啟發(fā)引導性的設置
在實(shí)驗原理部分，要對思考的方向給出足夠的提示引導。如在《碰撞》實(shí)驗中，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，只給出根據動(dòng)量守恒和能量守恒，兩滑塊彈性碰撞前后速度應該滿(mǎn)足的方程。并且引導學(xué)生自行進(jìn)行理論的計算，算出理論預測的結果。如表述“請根據動(dòng)量和能量守恒這兩個(gè)方程，算出碰撞后速度的表達式”。
(三)實(shí)驗步驟部分省略去固定條件，引導學(xué)生設計進(jìn)行探索
在保留最基本的必要操作外，省略詳細的標準步驟，引導學(xué)生自主設計實(shí)驗項目，嘗試多種情況。如在《碰撞》實(shí)驗中，典型的實(shí)驗圖示如下圖所示:現有的實(shí)驗教材中，除熟悉滑塊滑動(dòng)、電子天平以及光電門(mén)的使用外，詳細標準步驟按照碰撞情形分為:設置v20=0，考慮m1＞m2、m1=m2、m1＜m2三種情況。遵循本文思路改進(jìn)之后，不再設置具體三組滑塊質(zhì)量組合數字，而是由學(xué)生自行選取多種不同負重，來(lái)改變所用滑塊的質(zhì)量。另外在初始速度設定方面，也省略去教材上設定的v20=0，讓碰撞前的速度選擇也由學(xué)生自己設定。同時(shí)將數據記錄的表格設計交由學(xué)生自己進(jìn)行。
(四)實(shí)驗結果討論部分，針對每一組學(xué)生不同的探索結果，進(jìn)行總結性討論
在記錄實(shí)驗數據并處理之后，針對每一組學(xué)生所得的不同結果，總結出共性結論進(jìn)行討論。對個(gè)別小組做出的額外發(fā)現，加以解釋和鼓勵。對學(xué)生自主性發(fā)揮得到的成果，給予積極的反饋。
三、選擇不同班級作為對照組，實(shí)踐改進(jìn)方法，進(jìn)行效果對比依據以上所指定的方法，挑選了本校建筑工程專(zhuān)業(yè)的兩個(gè)不同班級進(jìn)行了對比，分為A、B兩組。所進(jìn)行的實(shí)驗為《氣墊導軌上的碰撞》。
A組:共40人，20個(gè)實(shí)驗組。采用現有的實(shí)驗教材，按照改進(jìn)之前的標準步驟統一進(jìn)行教學(xué)，分別測量了“m1=250g、m2=200g”，“m1=200g、m2=250g”，“m1=200g、m2=200g”三種質(zhì)量組合的碰撞情形，同時(shí)速度設定統一為v20=0。B組:共42人，21個(gè)實(shí)驗組。按照改進(jìn)之后的“適當省略加合理引導”步驟進(jìn)行教學(xué)。在其他實(shí)驗條件保持一致的情況下，這兩組的實(shí)驗表現差異主要呈現在以下幾點(diǎn):(1)從整個(gè)實(shí)驗完成所用時(shí)間來(lái)看，A組最后時(shí)間截止在96分鐘，B組最后時(shí)間截止在132分鐘。
(2)由于未設定具體的滑塊質(zhì)量數據，與A組統一的質(zhì)量組合有別，B組學(xué)生在質(zhì)量選擇上呈現出了大量不同的組合。如對于v20=0，m1＞m2的完全彈性碰撞情形，所有21組中有19組進(jìn)行了測量，分別采用了“m1=250g、m2=200g”，“m1=450g、m2=250g”，“m1=500g、m2=300g”等幾十種不同組合。在實(shí)驗結果討論階段，引導學(xué)生總結，發(fā)現了以上情形所共有的實(shí)驗現象:“碰撞后兩滑塊均按照碰撞前滑塊1的速度方向運動(dòng)”，并且將此現象與他們理論計算結果進(jìn)行了比較，得到吻合。
(3)由于同時(shí)省去了對速度v20=0的限定，B組學(xué)生也嘗試了大量對于速度的選擇。21組學(xué)生中有14組測試了v20＞0，v20=0，v20＜0的完整三種情形，有5組測試了兩種速度選擇情形，有1組只測試了v20＜0的情形，有1組只測試了v20=0的情形。通過(guò)觀(guān)察不同情況下的實(shí)驗現象，引導學(xué)生總結，發(fā)現“滑塊2初始速度的方向和大小，兩滑塊質(zhì)量的大小關(guān)系會(huì )共同影響碰撞之后的滑塊運動(dòng)方向”。通過(guò)與理論計算結果比較，也得到了驗證。
(4)在對結果誤差分析方面，A組學(xué)生中，有2個(gè)小組發(fā)現了實(shí)驗結果與理論預測有較大差別的地方，但無(wú)法通過(guò)自身有限數據給出具體誤差的來(lái)源。而在B組學(xué)生中，由于嘗試了多種組合，共有9個(gè)小組提出自己實(shí)驗中有個(gè)別結果與理論預測不完全符合之處。通過(guò)引導學(xué)生對結果的具體分析，同時(shí)結合理論，發(fā)現“此類(lèi)現象主要發(fā)生在質(zhì)量組合、速度選擇為某些特殊值的情況下”。此后學(xué)生總結出:“在此種特殊情況下，由導軌不完全水平、碰撞導致側向振動(dòng)、摩擦力等誤差來(lái)源對實(shí)驗結果的影響可以達到非常明顯的程度”，并提出為了盡量減少這種誤差影響，在以后的實(shí)驗中的可以改進(jìn)的地方。通過(guò)以上對比，可以明顯看出使用改進(jìn)教學(xué)方案后的B組，相對于A(yíng)組而言，實(shí)驗內容得到了豐富，對實(shí)驗現象的分析理解更加深刻，對理論知識的理解更加全面。學(xué)生自主參與性得到了有效激發(fā)，整體教學(xué)效果得到了改善。
四、總結
綜上所述，通過(guò)對傳統實(shí)驗授課方法的改進(jìn)，采用“適當省略加合理引導”這一方法，可以在物理實(shí)驗教學(xué)中很好地激發(fā)學(xué)生的自主參與性，能夠幫助他們更好地理解實(shí)驗的原理和設計思路，更全面地分析實(shí)驗的結果，更深刻地領(lǐng)悟相關(guān)的理論知識。其中教師對教材內容的修改加工、對實(shí)驗過(guò)程的改進(jìn)設計以及對學(xué)生的幫助引導至關(guān)重要。沿用這個(gè)思路，可以進(jìn)一步在以后優(yōu)化實(shí)驗教學(xué)，以逐步提升整體的教學(xué)效果。
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