物理實驗一體化教學模式的探索與實踐

唐金龍，謝英英，羅曉琴，周自剛

(西南科技大學 理學院，四川 綿陽 621010)

物理實驗一體化教學模式的探索與實踐

唐金龍，謝英英，羅曉琴，周自剛

(西南科技大學 理學院，四川 綿陽 621010)

西南科技大學理學院采取將演示和仿真實驗與基礎性物理實驗有機結合的教學模式, 實踐表明在學生進入實驗前，發揮學生主觀能動性積極參與仿真實驗后比直接進入基礎性實驗效果要明顯提高。而且結束實驗后，學生參加演示實驗進入實戰練習，要比單一用實驗報告效果更明顯，學生也明顯感覺每個實驗對其幫助較大。

仿真；演示；輔助；綜合；開放

大學物理實驗是一門實踐性和應用性很強的課程,是理工科學生進入大學后受到系統實驗方法和實驗技能訓練的開端[1-2]。但是，國內很多高校的學生對實驗存應付心理，實驗興趣不高，創新意識不強，從而使大學物理實驗教學在預習、操作和數據處理三個環節都出現諸多問題，主要問題包括三個方面：(1)學生預習形式化，以完成預習報告為目的，因而大多數學生在預習時盲目照抄書本上的內容，預習報告寫了一大篇，成效卻很小。造成的結果是學生對實驗原理、實驗過程一知半解，正式實驗時就無從下手。(2)學生實驗時間不充足。由于學生的預習成效不大，教師詳細地講解實驗原理、方法、步驟、儀器使用、數據記錄、數據處理等[3]，因此在規定的學時中學生的實驗操作時間就少了。結果使得一部分學生不能在規定的學時內完成實驗，而另一部分學生為了搶時間雖然得出了數據，但不按要求完成儀器的調節和使用，忽視實驗的科學性和嚴謹性。另外，很多儀器設備都集成化，外觀都是一個黑箱子，從而掩蓋了實驗原理。(3)實驗總結形式單一，內容片面，學生課后的數據處理單一，以完成實驗報告為主。這種格式化的報告基本上大同小異，從中很難看出學生對待實驗的態度，更難見到有特色、有創新、有一定水平的實驗報告[4-5]。

針對上述物理實驗教學的不足，西南科技大學大學物理示范中心在試點班的教學中采用集仿真-實驗-演示一體的大學物理實驗教學模式，全面開放仿真演示實驗室從而有效地將仿真演示實驗融入基礎實驗教學的教學過程中。通過仿真軟件將實驗設備、教學內容、教師指導和學生的思考、操作有機地融為一體。同時打破實驗教學的課堂、課時限制，使實驗教學內容在時間和空間上得到延伸。

1 仿真實驗銜接基礎實驗前

1.1 仿真實驗使課前預習實質化

近年我校物理實驗示范中心在學校、學院的支持下完善了仿真實驗室條件，配置了64臺電腦以及相應的網絡版仿真實驗系統。利用網絡版的仿真軟件，學生可自主在線學習，加深了學生對實驗儀器、實驗原理和實驗過程的理解，節省了教學時間，營造了多樣化的教學模式，使實驗教學內容在時間和空間上得到延伸[6]。

在對試點班的教學中充分將仿真實驗融入基礎實驗教學過程，以仿真實驗作為實驗教學的開端，要求學生在完成每一個基礎實驗之前必須先利用仿真實驗完成相應的實驗預習[7]，通過計算機以及仿真軟件模擬該物理實驗流程，從而熟悉實驗的原理、操作以及實驗現象。再進入仿真實驗室完成對應的基礎性實驗的模擬考試，并且由系統當場根據學生的操作情況給出預習成績，合格后才能進入實驗室完成相應的基礎實驗。這種實驗教學模式有效地杜絕了學生預習實驗走形式和抄襲，提高學生完成基礎性實驗的實驗效率。

1.2 仿真實驗使課堂操作自主化

學生在通過上述的仿真演示實驗的預習后，已經理解了實驗原理，熟悉了實驗儀器的使用和注意事項。因此，在實驗課堂上教師可不必對此再做講解，從而使學生在三個學時的時間內有充分的時間來完成實驗操作，有效地解決了時間不足，不能完成實驗的現象，也避免了學生為了搶時間得出數據而忽略儀器操作的規范性。在實驗前教師可針對學生在實驗中會遇到的實驗現象，或者針對學生的專業講解本實驗在其專業領域的其他應用方向，給學生提出問題。例如：本實驗中為什么會出現某些現象，針對這些現象如何解釋，或者讓學生思考本實驗在其專業方面有哪些應用。讓學生帶著這些問題去做實驗，學生在實驗中就會考慮這個實驗中會出現什么現象，為什么會出現這種現象，出現這種現象怎樣解決，這個實驗還可以怎么拓展。這樣有利于培養學生發現問題、解決問題的能力。例如，在硅壓式阻力敏傳感器測表面張力系數的實驗中，針對會出現的現象提問：為什么在電壓會出現先增大后減小的現象？要求學生通過實驗觀察現象，課后以小論文的形式分析產生這種現象的原因及處理意見，并對此提出對實驗的改進方案。鼓勵學生對自擬實驗方案進行探索性、研究性、創造性實踐[8]。

1.3 通過實驗儀器功能拓展使實驗報告形式、內容多樣化

以演示實驗室為平臺，建立多功能的開放實驗室[9]。將演示實驗室分成三個區域：演示實驗區、基礎實驗區、綜合設計實驗區。在該實驗室配置演示實驗設備、力、熱、電、光及近代物理實驗儀器各1～2套以及一些綜合性實驗設備，學生可獨立完成演示實驗，基礎實驗、綜合設計性實驗以及部分創新實驗。其作用主要表現在兩個方面：

(1)學生完成基礎實驗后，為進一步鞏固知識點，要求學生課后在演示實驗室完成與該實驗同一模塊的其他實驗內容[10]。例如：學生在完成了共振干涉法和相位比較法測聲速后，利用課余時間在演示實驗室完成駐波的形成、示波器觀察李薩如圖形等同一功能模塊的演示實驗，觀察現象，進一步理解該知識點。

(2)教師通過課堂提問方式提出實驗項目，由學生課后提交設計方案，對有興趣的學生可通過師生討論后在演示實驗室完成實驗，課后以論文形式提交報告。通過開放實驗室，為學生提供靈活機動的自主學習，個性發展的空間和時間[11]。

2 學生實驗流程及實驗效果

對試點班學生采用仿真、演示、基礎實驗相結合的教學方式，具體實驗流程如圖1所示。

圖1 物理實驗的一體化模式示意圖

均以材料科學與工程專業學生為例我們對普通班和試點班學生在預習效果、操作效果和實驗拓展效果方面進行了綜合的比較，具體比較如下：

3 結束語

我校物理實驗示范中心首先在教學試點班上實施本方案，實踐表明，上述教學模式的改革有利于調動學習的主動性，培養學生自主學習的能力，對提高學生的學習成績和科學素養，培養學生發現問題、解決問題的能力以及學生的創新意識方面都起到了明顯的作用。為此，我們下一步將逐步把這一教學模式在試點班的基礎上推廣實施。

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[5]陳中鈞，俞眉孫. 大學物理實驗教學的思考與建議[J]. 實驗技術與管理, 2014，31(4): 186-188.

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[7]寧鋅,龐瑋，陳峻，等. 大學物理仿真實驗在教學實踐中的應用[J]. 大學物理實驗, 2012(3): 113-114.

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[11]蔣雅琴. 大學物理演示實驗室開放教學初探[J]. 物理與工程,2011(2):23-26.

Exproration and Practice of Integration Teaching Mode of Physics Experiment

TANG Jinong, XIE Yinging, LUO Xiaoin, ZHOU Ziang

(School of Science, Southwest University of Science and Technology, Mianyang 621010,China)

Southwest University of Science and Technology adopts the combination with demonstrating and simulating experiment into basic physical experiment teaching mode. The results show that students can exert the conscious activity and participate in the simulation experiment. By adopting this mode, the experiment effect has been significantly improved. Obviously, after finishing physics experiments, their experiment reports are better than those who had not adapted demonstrating and simulating experiment mode, and most of them feel that learning a lot from the basic physics experiments.

simulation; presentation; auxiliary; comprehensive; opening

2014-11-18；修改日期: 2014-12-11

唐金龍(1978-)，男，博士，講師。主要從事實驗與實踐教學與研究方面的工作。

G642.423；O4-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.036