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關鍵詞:半導體物理實驗;教學改革;專業實驗
實驗教學作為高校教學環節中的一個重要組成部分,不僅因為其是課堂教學的延伸,更由于通過實驗教學,可以加深學生對理論知識的理解,培養學生的動手能力,拓展學生的創造思維[1,2]。實驗教學分為基礎實驗和專業實驗兩部分[3,4]:基礎實驗面向全校學生,如大學物理實驗、普通化學實驗等,其主要任務是鞏固學生對所學基礎知識和規律的理解,旨在提高學生的觀察、分析及解決問題的能力,提供知識儲備[5,6];與基礎實驗不同,專業實驗僅面向某一專業,是針對專業理論課程的具體學習要求設計的實驗教學內容,對于學生專業方向能力的提高具有極強的促進作用[7~8]。通過專業實驗教學使學生能夠更好的理解、掌握和應用基礎知識和專業知識,提高分析問題的能力并解決生活中涉及專業的實際問題,為學生開展專業創新實踐活動打下堅實的基礎[9~11]。
1半導體物理實驗課程存在的問題與困難
半導體物理實驗是物理學專業電子材料與器件工程方向必修的一門專業實驗課,旨在培養學生對半導體材料和器件的制備及測試方法的實踐操作能力,其教學效果直接影響著后續研究生階段的學習和畢業工作實踐。通過對前幾年本專業畢業生的就業情況分析,發現該專業畢業生缺乏對領域內前沿技術的理解和掌握。由于沒有經過相關知識的實驗訓練,不少畢業生就業后再學習過程較長,融入企事業單位較慢,因此提升空間受到限制。1.1教學內容簡單陳舊。目前,國內高校在半導體物理實驗課程教學內容的設置上大同小異,基礎性實驗居多,對于新能源、新型電子器件等領域的相關實驗內容完全沒有或涉及較少。某些高校還利用虛擬實驗來進行實驗教學,其實驗效果遠不如學生實際動手操作。我校的半導體物理實驗原有教學內容主要參照上個世紀七、八十年代國家對半導體產業人才培養的要求所設置,受技術、條件所限,主要以傳統半導體物理的基礎類實驗為主,實驗內容陳舊。但是在實驗內容中添加新能源、新型電子器件等領域的技術方法,對于增加學生對所學領域內最新前沿技術的了解,掌握現代技術中半導體材料特性相關的實驗手段和測試技術是極為重要的。1.2儀器設備嚴重匱乏。半導體物理實驗的教學目標是使學生熟練掌握半導體材料和器件的制備、基本物理參數以及物理性質的測試原理和表征方法,為半導體材料與器件的開發設計與研制奠定基礎。隨著科學技術的不斷發展,專業實驗的教學內容應隨著專業知識的更新及行業的發展及時調整,從而能更好的完成課程教學目標的要求,培養新時代的人才。實驗內容的調整和更新需要有新型的實驗儀器設備做保障,但我校原有實驗教學儀器設備絕大部分生產于上個世紀六七十年代,在長期實驗教學過程中,不少儀器因無法修復的故障而處于待報廢狀態。由于儀器設備不能及時更新,致使個別實驗內容無法正常進行,可運行的儀器設備也因為年代久遠,實驗誤差大、重復性低,有時甚至會得到錯誤的實驗結果,只能作學生“按部就班”的基礎實驗,難以進行實驗內容的調整,將新技術新方法應用于教學中。因此,在改革之前半導體物理實驗的實驗設計以基礎類實驗為主,設計性、應用性、綜合性等提高類實驗較少,且無法開展創新類實驗。缺少自主設計、創新、協作等實踐能力的訓練,不僅極大地降低學生對專業實驗的興趣,且不利于學生實踐和創新創業能力的培養,半導體物理實驗課程的改革勢在必行。
2半導體物理實驗課程改革的內容與舉措
半導體物理實驗開設時間為本科大四秋季學期,該實驗課與專業理論課半導體物理學、半導體器件、薄膜物理學在同一學期進行。隨著半導體技術日新月異發展的今天,對半導體物理實驗的教學內容也提出了新的要求,因此,要求這門實驗課程不僅能夠通過對半導體材料某些重要參數和特性的觀測,使學生掌握半導體材料和器件的制備及基本物理參數與物理性質的測試方法,而且可以在鋪墊必備基礎和實際操作技能的同時,拓展學生在電子材料與器件工程領域的科學前沿知識,為將來獨立開展產品的研制和科學研究打下堅實的基礎。2.1實驗基礎設施的建設。2013年年底,基于我校本科教學項目的資金支持,半導體物理實驗教學團隊通過調研國內外高校現行半導體物理實驗教學資料,結合我校實驗教學的自身特點,按照創新教育的要求重新設計了半導體物理實驗內容,并根據所開設實驗教學內容合理配置相應的實驗儀器設備,新配置儀器設備具有一定的前瞻性,品質優良,數量合理,保證實驗教學質量。由于作為一門專業實驗課,每學年只有一個學期承擔教學任務,為了提高儀器設備的利用率,做到實驗設備資源的不浪費,計劃成立一間半導體物理實驗專屬的實驗室,用于陳放新購置的實驗設備,在沒有教學任務的學期,該實驗室做為科研實驗室和創新創業實驗室使用。通過近三年的建設,半導體物理實驗專屬實驗室———新能源材料與電子器件工程創新實驗室建成并投入使用,該實驗室為電子材料與器件工程方向的本科生畢業論文設計以及全院本科生的創新創業實驗設計提供了基本保障,更為重要的是該實驗室的建成極大地改善了半導體物理實驗的原有教學條件,解決了實際困難,使得半導體物理實驗教學效果顯著提升。不僅加強了學生對專業核心知識理解和掌握,而且啟發學生綜合運用所學知識創造性地解決實際問題,有效提高學生的實踐動手能力、創新能力和綜合素質。2.2實驗教學內容的更新。半導體物理實驗是一門72學時的實驗課,在專屬實驗室建成后,按照重視基礎、突出綜合、強調創新、提升能力的要求,逐步培養與提高學生的科學實驗素質和創新能力,構建了“九—八—五”新的實驗內容體系,包括如下三個層次(表1)。第一層次為“九”個基礎型實驗,涵蓋對半導體材料的物理性質(結構、電學、光學)的測定,通過對物理量的測量驗證物理規律,訓練學生觀察、分析和研究半導體物理實驗現象的能力,掌握常用基本半導體物理實驗儀器的原理、性能和測量方法等。第二層次為“八”個提高型實驗(綜合、應用性實驗),學生通過第一層次的實驗訓練后,已掌握了基本的實驗方法和技能,在此基礎上,開展綜合性實驗,可以培養學生綜合運用所學知識以及分析和解決問題的能力。通過應用性實驗培養學生將來利用設備原理從事生產或者技術服務的能力。第三層次為“五”個設計創新型實驗,學生需運用多學科知識、綜合多學科內容,結合教師的科研項目進行創新研究,通過設計型實驗可以鍛煉學生組織和自主實驗的能力,著力培養學生創新實踐能力和基本的科研素質。每個基礎型實驗4學時,提高型實驗8學時,創新型實驗12學時,規定基礎型為必修實驗,提高型、創新型為選作實驗。九個基礎型實驗全部完成后,學生可根據興趣和畢業設計要求在提高型、創新型實驗中各分別選做一定數量的實驗,在開課學期結束時完成至少72個學時的實驗并獲得成績方為合格。2.3實驗教學方式的優化。在教學方式上,建立以學生為中心、學生自我訓練為主的教學模式,充分調動學生的主觀能動性。將之前老師實驗前的講解轉變為學生代表講解實驗內容,然后老師提問并補充完善,在整個實驗安排過程中,實驗內容由淺入深、由簡單到綜合、逐步過渡至設計和研究創新型實驗。三個層次的實驗內容形成連貫的實驗梯度教學體系,在充分激發學生學習興趣的同時,培養學生自主學習、自發解決問題的能力。2.4實驗考核機制的改革。目前大部分實驗課的成績由每次實驗后的“實驗報告”的平均成績決定,然而單獨一份實驗報告并不能夠完整反應學生的實際動手操作能力和對實驗內容的熟悉程度。因此,本課程將此改革為總成績由每次“實驗”的平均成績決定。每次實驗成績包括實驗預習、實驗操作和實驗報告三部分,實驗開始前通過問答以及學生講解實驗內容來給出實驗預習成績;實驗操作成績是個團隊成績反映每組實驗學生在實驗過程中的動手能力以及組員之間的相互協助情況;針對提高型和創新性實驗,特別是創新性實驗,要求以科技論文的形式來撰寫實驗報告,以此來鍛煉本科生的科技論文寫作能力。通過三部分綜合來給出的實驗成績更注重對知識的掌握、能力的提高和綜合素質的培養等方面的考核。
3半導體物理實驗課程改革后的成效
半導體物理實驗在我校本科教學項目的支持下,購置并更新了實驗設備建立了專屬實驗室,構建了“九—八—五”新實驗內容體系,并采用新的教學方式和考核機制,教師和學生普遍感覺到新實驗教學體系的目的性、整體性和層次性都得到了極大的提高。教學內容和教學方式的調整,使學生理論聯系實際的能力得到增強,提高了學生的積極性和主動性。實驗中學生實際動手的機會增多,對知識的渴求程度明顯加強,為了更好地完成創新設計實驗,部分本科生還會主動去查閱研中英文科技文獻,真正做到了自主自覺的學習。通過實驗課程的教學,學生掌握了科技論文的基本格式,數據處理的圖表制作,了解了科學研究的過程,具備了基本的科研能力,也為學生的畢業設計打下了良好的基礎。與此同時,利用新購置的實驗設備建立的實驗室,在做為科研實驗室和創新創業實驗室使用時,也取得了優異的成績。依托本實驗室,2015年“國家級大學生創新創業訓練計劃”立項3項,2016年“國家級大學生創新創業訓練計劃”立項4項。
4結語
進行對比試驗,引發認知沖突。在物理實驗教學中,根據教學實際合理的安排對比試驗,可以引發學生的認知沖突,從而更加全面深入的了解相關物理知識。如在講解閉合電路歐姆定律這一章節的知識時,教師可以使用開關、新干電池、導線、小燈泡等實驗器材構成一個回路,然后閉合開關,此時小燈泡會發光。教師再用將新干電池換成舊干電池,其他器材保持原狀,在重新閉合新電路之前,教師可以提出相關問題,引起學生興趣和思考:與上次試驗相比,本次試驗小燈泡能否發亮?光亮程度如何?在學生給出答案之后,重新閉合電路,小燈泡幾部沒有發出亮光,這與大部分學生的答案都不一樣,于是便可以引發學生的認知沖突,激起學生的求知欲,進而自己動手投入實驗,探尋原因和結果。
二、優化自主實驗,提高學生積極性
除了演示實驗,在物理實驗教學中,學生自主實驗也是常用的教學手段。學生在自主實驗中可以親自操作,從而積累更加豐富的實踐經驗。在物理實驗教學中,自主實驗主要包括課外實驗和課堂實驗兩大類。自主實驗的結構類型呈現出多樣化特征,既有分組實驗,又有個體實驗,讓學生在增強自主學習和獨立思考意識的同時,也提高合作學習的能力。
1.增強課堂自主實驗
課堂自主實驗是目前物理實驗教學最常用的實驗模式,在課堂自主實驗中,學生是操作的主體,教師主要負責指導和評價。例如在進行用單擺測定重力加速度這一實驗時,教師可以安排學生進行分組實驗,并提出“單擺簡諧運動的條件是什么?如何運用單擺檢測重力加速度?”等問題。讓小組帶著這些問題選擇實驗器材,設計實驗方案,教師可以為學生提供擺線、米尺、小球、卡尺等器材,讓學生先自主研究卡尺和秒表的用法,然后教師再做正確的示范和講解。教師可以對學生的實驗細節加以指導和糾正,并組織各小組交流實驗結果和過程,最后要求學生獨立完成實驗報告。通過自主實驗不僅可以引導學生養成嚴謹的學術態度,還可以激發學生的創新思維,提高學生的實踐能力。
2.鼓勵學生進行課外實驗
創新是事物發展過程中量的積累,是量變過程。同時創新又是創造,是事物的突變,是一個全新事物和方法,是事物發展過程中的質變。物理的實驗教學能夠很好的體現這一質變過程。我們下面就在初中物理實驗教學中來探索創新教育的具體實施。
一、更新實驗教學的思路
創新不是憑空的胡編亂造,而是通過對客觀事物的觀察、分析、總結,在客觀事實的基礎上來得到前人沒有得到的結果結論,或者是用前人的正確結論創建新的領域。如果把創新等同于建造空中樓閣,那是對創新的一個歪曲,是非常容易誤入唯心主義的泥潭的。
物理就是以實驗為基礎的學科,也就是物理的定義、定理、規律、定律都建立在大量的實驗和實踐活動中,那么我們所說的實驗也就不僅僅局限于現行初中物理教科書中所安排的十九個學生分組實驗,兩百一十一個演示實驗和若干課外小實驗。我們的實驗教學可以在課上,也可以在課下;可以使用實驗室所配備的器材,也可以自備自制教具,甚至可以使用我們日常生活中的現有物品,經常用學生身邊的物品做實驗,如用鉛筆和小刀做壓強實驗,用雪碧瓶做液體壓強與深度關系的實驗,用汽水瓶做大氣壓實驗用眼藥瓶做物體的浮沉實驗,用水和玻璃做光的色散實驗等,這些器材學生更熟悉,更有利于使學生明白物理就在身邊,物理與生活聯系非常緊密。而且通過這些課本上沒有出現的器材啟發學生的創新能力:大家一起來想一想,還可以用什么來說明我們要知道的內容。或者,這種類似的方法我們可以用來解決其他什么問題,等等。調動學生剛剛起步的創新的意識和創新的精神。
總之,我們不是為做實驗而做實驗,我們做實驗是學習這種研究事物內在聯系,研究問題的方法。
二、實驗教學方法的改革
1、觀察是創新的前提
觀察是實驗的第一步,也是創新的前提。沒有對客觀事物的認識是談不到創新的。我們在實驗教學中首先應該使學生知道:所謂觀察就是要有目的地辨明觀察對象的主要特征,注意發現引起變化的條件和原因,其次,要使學生了解觀察是要經過一定的努力,克服一定的困難,才能發現問題,才能得到對事物的正確認識和正確的結論。
需要指出的是:在教學中應該讓學生知道,觀察事物是科學方法中提取大量事實的第一步,也是我們要進行任何創造和超越的第一步,我們所需要的不僅僅是大家觀察到的結果,更重要的是觀察這個活動的本身,觀察在生活中無處不在。比如觀察水的沸騰實驗中要求學生注意觀察在給水加熱的過程中,能看到什么?在此基礎上引導同學討論觀察的方法和應注意的問題??梢蕴崾究吹降牟煌默F象是由不同的原因引起的,但是具體到是哪些原因,應該由學生通過多次的實驗得出一定的結論,而不是老師在黑板上把各種條件羅列出,再提供給學生實驗。那樣做實際限制了學生的思維,是不利于學生形成創新思維的。
2、實驗,在學習中創新。
人們的許多物理知識是通過觀察和實驗認真地加以思索和總結得到的。如對于彩虹,自然界在特定雨天后才能看到,平時看不到。在序言中教學中用三棱鏡做光的色散實驗讓彩虹出現在教室里,使學生感到新奇,通過這段教學師生共同討論,形成共識,知道什么是實驗。實驗就是在人工控制條件下使物理現象重復出現供人們觀察的工作。通過實驗,能夠對物理事實獲得具體的明確的認識,有助于理解物理概念和規律。那么在這里學習的就不是色散的知識,更重要的學習了這種探索事實根本的方法——實驗。
實驗中要有實事求是的科學態度。教育學生每做一個實驗應該:了解實驗目的,正確使用儀器,作必要的記錄,得出相應的結論整理好實驗器材。根據實驗觀察到的現象和結果得出結論,做出正確的實驗報告。向學生適當介紹一些物理學大師所做的物理實驗以及所取得的成績,而在以后的學習中能夠運用這些方法來探索知識。
3、重視方法的總結,動手動腦
科學方法提出這樣幾個步驟:收集大量資料,證據;總結分析;得出結論;提出意見和建議。實驗做完了,結果出來了,我們的實驗是不是就結束了?沒有。應用才是我們的最終目的,這也完全符合唯物主義方法論中關于從實踐到理論再由理論到實踐的辨證原則。
當學生做了基本實驗后,教師應當對學生實驗提出較高層次的要求--做驗證性的和設計性的實驗。比如在做完測平均速度的實驗后應該總結實驗時所采用的物理方法:控制變量的方法,這種方法在物理的實驗中是最常用的,是應該掌握的。這樣在學完密度知識后根據實驗室所能提供的器材可以要求學生解決如何測金屬塊的密度問題,學生可以根據控制變量的方法提出設計方案,也可以提出一些具體問題,自己設計實驗方法進行實驗。這不僅對前面知識的應用,也是一種對物理方法的使用。
運用現有的知識內容推論后面的學習內容是一種物理研究的思路,更是學生應該掌握的物理方法之一。在這個研究的過程中也更容易有新的突破。在做固體融化的實驗過程中(直接加熱),開始的實驗結論和課本上總是不一致,學生甚至考慮了課本的大膽想法。在引導學生考慮小學學習的熱平衡的知識后,就有學生考慮是不是加熱不均勻的問題,通過討論,最終使用了水浴的方法來解決了問題,結論與課本基本一致。這就是運用來探討新知識新方法,在探討中學生也品嘗到了成功的喜悅。
三、實驗教學評價中的新意識
教師對教學目標的完成情況進行評估,為制訂下一個目標做準備,這是一個學科目標的結束。如果說學生已經掌握了知識的重點、難點,形成了相應的技能技巧,那么教師應該對學生學習過程進行總結,學生掌握了什么,超越了什么?誰做得最好,由教師和學生總結這個的經驗,從而形成再創新能力,這個環節是必不可少的。
關鍵詞:大學物理實驗課程;教學改革
大學物理實驗是工科院校的必修課,也是1門實踐性和應用性很強的課程。大學物理實驗教學不僅能幫助學生正確理解物理概念和規律,而且與課堂理論教學相比,在培養和提高學生動手能力、觀察能力、理論聯系實際能力等方面都更具優勢。同時也為學生的研究能力、開拓能力、創新意識等綜合科學素質的培養提供了較好途徑。因此,實驗課程在大學物理教學中具有不可替代的作用——是培養學生學習能力、實踐能力和創新能力的重要環節。同時,大學物理實驗也是培養專業基礎厚、實踐能力強的創新人才的重要基礎。但是在傳統實驗教學中,學生往往過分依賴教師指導,幾乎所有實驗都由教師安排內容、準備儀器。教師在學生做實驗前先講解實驗的目的、原理、步驟并做演示,學生只要按照現成的步驟進行實驗,最后把結果寫在統一設計好的記錄實驗數據的報告紙上即可。這種僵化的實驗教學模式在很大程度上抑制了學生的積極性和主動性。要從根本上提高實驗教學效果必須從大學物理實驗課程的教學內容、教學方法和手段、管理制度和方法等方面進行積極有效地改革。3年來,淮陰工學院作為省級實驗教學示范中心建設點,對大學物理實驗課程教學改革提出了具體措施,并且進行了初步實踐,并收到了預期的效果。
一、大學物理實驗教學體系改革
傳統的大學物理實驗內容是按力學、熱學、光學、電學等內容進行劃分,并分別形成各自的封閉體系,這種封閉體系突出了學科的系統性,但忽視了學科之間的兼容互補性,各學科相互獨立,限制了學生跨學科思維能力和創新能力的培養。因此,淮陰工學院從2000年開始就使用自己編寫的大學物理實驗教材,截至2005年,先后進行了兩次修訂。其中,最大的修訂在2006年,淮陰工學院根據學生的實際水平和需要,結合其現有物理實驗儀器的具體情況以及教學大綱,編寫并公開出版了適合該校學生使用的《大學物理實驗》(趙亞林、周在進主編)教材。依據大綱要求和以往的教學經驗,該院的實驗項目打破了按照力學、電磁學和近代光學的順序,而是按照基礎實驗、綜合實驗、設計性實驗進行分類,確定了適合我院學生的實驗項目。這種安排雖然打破了力、熱、光、電順序,但是在具體操作上還是實現了與物理理論課的同步。這樣的實驗安排打破了各部分的封閉體系,突出的體現了學科的系統性、學科之間的兼容互補性,同時也打破了各學科之間的相互獨立,加強了對學生跨學科思維能力和創新能力的培養。這種新的實驗內容結構體系由易到難、由淺入深、由低到高、循序漸進,既吸收傳統實驗的精華,又突出現代實驗的特點,通過對各類實驗進行有機結合,整體優化,在突出基本方法、基本技能訓練的同時,加強綜合性、設計性和研究性實驗力度,從而達到學生素質和能力的提高。這種結構的安排,既培養了學生的創造能力和實驗技能,又能使學生在實驗研究方法、實驗設計思想等科學素質方面得到鍛煉和提高。實驗教材經學生試用,已經取得了預期的效果——給學生的專業實驗打下了良好的基礎。
二、實驗課堂教學與管理改革
在以前的實驗課堂教學過程中,教師要將實驗目的、實驗原理以及實驗注意事項告訴學生,還要詳細地講解實驗原理、方法、步驟、儀器使用、數據記錄、數據處理等等,甚至老師還要在學生做實驗之前把實驗從頭到尾的演示,讓學生看得清清楚楚、明明白白,因此學生就完全不用預習實驗,也不用思考問題,只要將上課時老師講的內容記下即可完成思考題,這樣就造成了實驗課堂收效甚微。有的學生實驗數據都測完了還不知道儀器用的是什么原理,就更談不上提高他們的動手能力和創新能力了。
基于改變這種現象的考慮,淮陰工學院大學物理實驗中心從2006-2007學年第1學期開始對實驗課的教學內容進行了試探性改革:在完成普通物理實驗的基礎上增加了設計性實驗,設計性實驗的過程,主要是由教師提出設計性實驗題目和要求以及實驗室所能提供的儀器,對于一些實驗技術參數以及涉及到的實驗原理知識則由學生自己根據提供的實驗目的和實驗儀器進行資料查詢。有些教材上一般只提出設計性實驗的目的、儀器及簡單的方法提示,為了完成預習報告,要求學生按照實驗要求,自己設計出合理的實驗方案或電路,擬出可行的實驗步驟及實驗中的注意事項;要求學生自己查閱資料,并對資料進行理解、分析、選擇,設計出完整的預習報告。因此,設計性實驗對學生技能的提高,思考問題方法的訓練,知識的綜合運用起到很大的促進作用,同時還能有效地提高和培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。如在測量薄紙厚度的實驗中,學生就給出了光杠桿法、劈尖法、螺旋測微器測量法等多種方法。這樣通過設計性實驗,增強了學生的學習興趣,加深了學生的理解能力,激發了學生獨立思考和不斷創新的精神。又如在測量不規則物體密度的實驗中,幾組同學分別從不同角度利用排水法對不規則物體的體積進行測量,方法新穎,學生思維活躍開闊,學習氣氛濃厚。另外,實驗教學體系、內容、方法等的革新與調整也對教學管理提出了新的、更高的要求?;搓幑W院從2005-2006學年第2學期開始實現計算機網絡化管理,學生可以在網上選擇實驗項目、實驗時間、實驗教師,在網上預習實驗內容、與教師討論實驗問題等。教師也可以在網上批改實驗報告、公布實驗成績等。為了使開放式實驗教學管理更加科學、規范、合理。在校園網上向學生公布大學物理實驗課程的教學模式和教學要求以及考核辦法,使學生全面了解物理實驗的教學過程;要求學生每次課前必須寫預習報告,弄清實驗時要完成數據的測量和處理方法,在實驗開始前交給老師檢查,使教師能夠及時對學生進行指導和更正,使得實驗課更具實效性和完整性。
三、實驗考核方法改革
改進實驗考核方法,旨在提高教與學兩方面的積極性,目前該校物理實驗考核由兩大部分構成,即平時成績與期末考試成績。平時成績包括實驗報告和出勤率以及實驗課堂上的表現占60%,期末考試成績占40%。實驗課程考核的內容,主要包括學生對實驗原理、實驗方法、操作過程、數據處理方法等的掌握。
為了進一步保證實驗課的教學質量,提高學生的動手操作能力,培養學生創新意識的想法,淮陰工學院對2005級的學生的期末考試采用了操作考核的方法。每位學生抽簽決定其考試項目和內容,并單人進行操作,教師對照評分標準當場給出操作成績,取得了明顯效果。自改革以來,由于實施了期末單人操作考試,學生的平時實驗態度與以往相比發生了很大變化,由只注重實驗結果轉向注重平時每個實驗的操作步驟及實驗報告,實驗態度積極認真,也改變了以前有的學生在做完物理實驗以后進行專業課實驗時,連基本物理儀器都不會使用的尷尬情況。
四、小結
改革后的課程體系和教學內容,真正以學生為主體,激發了學生的學習積極性和主動性,培養了學生對物理實驗的興趣,更好地鍛煉了學生應用理論知識、掌握實驗原理、正確選擇與操作儀器、確定測量條件等方面的能力。同時,大學物理教學改革還能進一步給學生一個更加廣闊的思考空間和選擇余地,激發他們的想象力,增強其創新意識,培養其堅忍不拔的思想品質、實事求是的科學態度、相互幫助的協作精神,使其將來更好地服務于社會。
參考文獻:
1、趙亞林,周在進.大學物理實驗[M].南京大學出版社,2006(3).
2、徐曼等.大學物理實驗教學改革的初步實踐[J].石家莊聯合技術職業學院學術研究,2007(3).
一、運用對比性實驗幫助學生形成正確的物理概念
有些物理概念比較抽象學生難于理解,設計對比性實驗,邊引導邊實驗邊分析,抽象出事物的本質特征,幫助學生形成概念,完成認識上的飛躍。例如,大氣壓強這一概念,對初中學生來說是比較抽象的,教學中我設計兩個對比性實驗,每做一個實驗,都引導學生觀察現象,思考問題,分析問題,步步深入。講課開始,教師做“水杯--厚紙片”演示實驗,讓學生思考,放開手后,厚紙片會不會掉下來?當學生看到厚紙片不會掉下來這個意想不到的現象時,無不感到新奇有趣。這時,教師因勢利導提出:“上述實驗中厚紙片受到哪些向下的作用?為什么厚紙片不會掉下來?”學生很自然領會到厚紙片不會掉下來一定受到一個向上的壓力作用,這個壓力只能是大氣產生的,由此可見,大氣對厚紙片產生了壓強。
進而向學生提出:“課本上要求做這個實驗時,杯里要裝滿水,若杯里只盛少量水,甚至不裝水,這個實驗能不能成功?”為了開闊學生的思路,又進一步提出若用小刀片把厚紙片與杯的接觸處撬開一個小口子,將會出現什么現象?然后再做實驗加以驗證。實驗結果與分析、推理的一致性,加深了學生對大氣壓強的認識,同時也培養了學生的思維能力。接著進行“馬德堡半球”實驗,證明大氣對任何方向都有壓強,而且大氣壓強可以產生很大的力。從而使學生對大氣壓的理解具體而鮮明。
二、用對比性實驗糾正學生的錯誤概念
為了糾正學生在生活經驗中形成的錯誤觀念,建立正確概念,恰當地運用對比性實驗也能收到較好的教學效果。例如關于“自由落體運動”的教學,我針對學生認為質量大的物體下落得快,質量小的物體下落得慢的錯誤認識,設計了以下的對比性實驗。先從相同高度處同時釋放一個小鐵球和一張紙片,結果小球下落得快。不少學生錯誤地認為小鐵球質量大,下落快,因而得出下落加速度由其質量決定的錯誤結論。此時教師不要急于糾正學生的錯誤,而是接著分別演示:①兩張相同的紙片,其中一張揉成一個小團,再從同樣高度同時釋放,結果觀察到紙團下落快。②將一張質量較小的小紙片揉成一團與一張質量較大的紙片,同時從同樣高度開始下落,可觀察到質量小的紙團反而下落得快。當學生弄清紙片之所以比紙團下落得慢是因為空氣阻力對紙片影響大以后,進而提出:“如果沒有空氣阻力的影響,將會出現什么現象”,讓學生思考。然后再過渡到解決問題的對比性實驗:“錢毛管”實驗。先觀察抽成真空的“錢毛管”中的金屬片、小羽毛、小軟木塞在沒有空氣阻力時,下落加速度都相同。接著打開“錢毛管”上的開關,讓空氣進入“錢毛管”里,再把“錢毛管”倒立起來,這時可以看到這些物體下落的快慢是不同的,前后兩次實驗的對比分析,突出了阻力對下落快慢的影響,形成了“重力加速度g與質量無關”的正確概念。
三、運用對比性實驗導出物理規律
對于學生易于形成片面認識的物理規律,設計針對性強的對比性實驗,可以幫助學生完成認識上的飛躍,例如,初中學生對“二力平衡”條件覺得很簡單,似乎沒有什么困難,但又往往形成片面的認識。在課堂教學中,我從日常生活中吊在電線上的電燈,放在桌子上的書籍等物體保持靜止狀態等實例引發,進而做“二力平衡的條件”的演示實驗(課本中安排的),讓學生仔細觀察并讀出小車保持靜止時兩邊吊盤里砝碼的重力,并向學生提出探索性問題:“二力在什么條件下才會平衡?”學生往往得出片面的結論:“二力平衡條件是二力的大小相等,方向相反。”這時引導學生再仔細觀察如下兩個有針對性的對比實驗。①兩個力大小相等,方向相反,分別作用在兩個物體上(即用兩個小車拼合在一起代替原來的小車實驗);②兩力大小相等,方向相反,作用在同一個物體(小車)上,但兩力的作用線不在同一條直線上。通過這兩個實驗,學生自己否定了原先的片面論斷,從而得出科學的結論:“作用在一個物體上的兩個力,如果在同一條直線上,大小相等,方向相反,這兩個力就平衡?!?/p>
筆者之一曾在美國考察訪問過八所中學,給筆者留下深刻印象的是:美國中學物理教師普遍很重視實驗。他們一般都有自己的專用教室,各班學生輪流來上課。教室里四周靠墻的桌子上,常常擺了一圈演示實驗儀器。教室旁邊還有一間準備室,準備室里也放滿了教師的各種教具與實驗器材。這些演示教具和實驗器材大多是教師自己設計制作的。許多自制的實驗器材構思巧妙,結構簡單,效果良好。例如,ROYAL中學的貝克爾先生設計的將沉重的長方木從中點水平支起來,用塑料的高爾夫桿套經毛皮摩擦后吸引長方木一端使之水平旋轉的靜電實驗;磁鐵在豎直的銅管中緩緩下落的渦流阻尼實驗,塑料瓶中裝有界限明顯的兩色液體的模仿龍卷風的實驗;數字顯示不同物體的溫度的實驗等;VANNUYS中學的羅伯特先生用蘋果和南瓜在教學樓頂上做的自由落體實驗;自制木頭飛機在鐵絲上滑行投彈的平拋實驗及“射擊猴子”實驗;SANFERNANDO中學的克朗代爾博士的水流反沖實驗,用玩具槍在不同角度做的斜拋運動實驗等。這些實驗器材大部分是他們自己掏腰包購買材料,不惜時間精力制作起來的,表現了美國中學物理教師對實驗的重視和敬業精神。他們通常一天5節課,另一節用于備課和批改作業等,天天如此,還有的周課時達到30多節的。即便如此,他們也是想方設法設計各種教具及實驗器材以改進教學。
值得一提的是“射擊猴子”問題,這在中國的中學物理課本上也有:樹上吊著一只猴子,有一管獵槍的槍口直接對準猴子,獵槍開火的一瞬間,猴子從樹上掉下,問槍彈能否擊中猴子。我國的有關報刊曾專門對此問題進行過討論,稿件幾乎全是從理論和計算方面來證明或是討論的。而在美國,筆者先后四次看到不同的美國教師用實驗回答這個問題。最精密的實驗是加州洛杉磯大學(UCLA)的霍夫曼博士設計的用激光瞄準遠距離射擊,在猴子快要落地時命中的演示實驗。最簡單的實驗是上面提到的羅伯特先生設計的實驗:他用一根3米長的塑料管做為獵槍,用木頭削制子彈,猴子用電磁鐵吊在空中,電磁鐵開關用一導線連至塑料管口。他從管子另一頭瞄準猴子,用嘴使勁一吹,子彈飛出管口,斷開電源,猴子落下,飛出的子彈恰好擊中下落的猴子。如此簡單的實驗,就能得到良好效果。這一“射猴”例子生動地說明了美國中學物理教師對實驗的重視程度。
美國教師認識到,實驗教學比起直接講述來,確實要花費更多的時間和精力,而且在得到結論方面常常反不如直接講述來的簡潔而明確。但物理科學是一門實驗科學,學生從物理實驗中所獲得的感性認識,探索能力和動手技巧等,不是直接講述所能給予的,而且物理實驗在增加物理教學的趣味性方面,也有它不可替代的作用。所以,雖然在美國中學物理教材中一般并沒有列舉需要作什么樣的物理實驗,教學大綱上也沒有規定這部分內容[1],但美國中學物理教師普遍很重視實驗,這已成為一種風氣和共識。
二、關于物理實驗的規范性及多樣性
在我國比較正規的中學中,學生分組實驗的規范性及實驗條件的優越,顯然是大部分美國中學所不及的。筆者曾看過他們的一份實驗講義,上面列舉了七,八個實驗,內容涉及力學,電磁學,聲學,熱學等多項內容,在實驗的規范性及與教學內容的緊密配合方面,顯然不如我們的學生分組實驗。曾到中國中學訪問過的美國教師對中國中學中實驗設備的齊全、實驗經費的充足感到十分羨慕。他們說:“中國的中學是很富裕的?!彼悦绹鴮W生動手做實驗的條件反而不及我國學生優越。我們應該重視我們在這一方面的長處,加強管理,提高儀器設備的利用率,充分挖掘實驗儀器在培養學生能力方面的潛力。
但從另一方面說,儀器的缺乏也激發了美國中學師生在實驗方面的創造性。如上所述,美國中學物理教師自制了大批的教具和實驗器材,此外他們還領導學生搞各種各樣的課外實驗活動。例如,有一所學校的老師領著一個學生實驗小組利用儀器接收從人造衛星上發來的信號,并以此驗證相對論的理論。筆者曾參加洛杉磯1992年中學生發明競賽的評判工作。他們中學生制作的各種各樣的參賽展品擺滿了一個體育館的偌大一周圈門廊,充分顯示了他們中學生課外實驗活動的豐富多彩。筆者在美國參加過多次學術會議,其中教師以及學生演示他們設計制作的各種實驗常常是會議的一項重要內容。
前兩年,計算機在美國中學物理實驗教學中已開始使用,但還不是那么普遍。在筆者訪問過的八所美國中學中,有一所中學的物理教室中擺滿了一周遭黑白屏幕的計算機,學生們正在上有關的課程。他們的課本就叫做“計算機模擬物理實驗”[2],目錄如下:
實驗一統計規律
1.隨機事件的分布2.分布的平均值和標準誤差
實驗二拋體運動
1.平拋2.斜拋3.獵人和猴子。
實驗三非勻加速運動
1.空氣阻尼2.諧振動3.非諧振動
實驗四行星運動
1.環繞一個恒星運動2.環繞兩個恒星運動
實驗五波動
1.正弦波2.波的迭加3.駐波。
實驗六電場
1.兩個點電荷2.三個點電荷3.未知電荷。
與教材相適應有配套的軟盤。學生當時正在津津有味地做著“獵人射擊猴子”的模擬實驗。由目錄可知,這一教材是綜合性的,并不直接配合某一部分物理教學內容,但部分彌補了他們學生分組實驗內容的不足,同時也能使學生獲得操作計算機的基本技能。此外,有些計算機模擬的物理實驗也是用實物實驗很難實現的,例如“行星運動”。所以,預計計算機模擬物理實驗以后會有大的發展。
1.1培養學生的學習興趣
良好的初中物理教學模式,應該是以學生興趣培養為基點,那么教學中應該如何培養學生的學習興趣呢?初中生的認知水平還比較低,對于抽象知識的接受能力有限,另外加之年齡的原因,很多初中學生還是憑著興趣來學習,課堂的趣味性很大程度上影響了學生學習某一學科積極性的重要因素。利用演示實驗能夠將一些枯燥的知識變得充滿樂趣,符合初中學生的認知水平和學習特點。例如:在講到電磁知識的應用(例如電話、電鈴等)時,如果僅僅靠理論上的解釋,很容易讓學生失去興趣,這時不妨將模擬電話機、電鈴帶進課堂,讓學生在演示實驗中認真觀察,學生的積極性會空前高漲,大大提高了學習效率。
1.2增強知識的直觀性
初中物理知識許多都是理論性較強、較抽象的,這給學生的理解和掌握帶來了極大的困擾。將抽象的知識變得直觀具體,符合初中學生的認知能力水平和學習習慣,從而能夠幫助學生理解和掌握相關的物理知識。初中物理中力學、電學、能等知識所涉及到的東西往往是看不見摸不著的,再加上學生在學習中受主觀因素的影響很多時候不能正確掌握。教學中利用演示實驗的方法可以輕松解決這一問題。例如,在講到摩擦力時,可以用演示實驗的方法讓學生清楚地看到影響摩擦力的各種因素;再如,電學中接線柱的繞線方法,教師通常會說“順時針繞線,不然容易在緊固接線柱上的螺母時把線擠出來”,然而,有的學生因為握線的位置不對而無法理解,這時通過演示實驗便可以輕松解決。
1.3有助于知識的生成
灌輸的知識始終掌握的不夠牢固,很難變成自己的真正本領,只有通過觀察、探究自己得來的知識才能夠真正內化成自己的知識和能力,這也是新課程標準提出的新的要求。擺正物理教學的意義與實際理念,充分培養學生的動手能力,并加強學生們發散思維的培養,這樣才可以更加全面的體現物理教學的意義,培養現代化人才。例如:在講電學中的電路問題時,可以通過演示實驗的方式,幫助學生克服連接電路時出現的短路等問題,并且能夠讓學生在實際觀察中真正找到問題的癥結;講慣性問題時,可以運用演示實驗的方式,讓學生在觀察中以往對于慣性的主觀認識。
1.4克服分組實驗中的不足
中學物理實驗主要包括學生分組實驗和教師演示實驗,分組實驗雖然能夠讓學生直接參與其中,對于學生動手能力的培養作用很大,但是也存在著一些不足。分組實驗需要實驗室提前準備好實驗器材,并且一般需要一個課時的時間來進行,這樣的實驗如果是為了教學中的某一個問題而進行顯然費時費力,演示實驗可以克服這一問題。有一些實驗可能帶有一定的危險性(例如關于交流電的實驗),學生分組實驗中如果組織不善就可能導致學生受傷害,通過教師演示實驗可以盡量避免學生直接參與危險實驗,最大限度地減少事故發生的幾率。有一些實驗的數據對于實驗操作有嚴格的要求,如果不能夠規范操作則可能使得出的結論與理論相悖,進而可能導致學生對于理論知識的不信任。教師演示實驗可以避免因學生的誤操作而導致的數據錯誤等。
2.正確發揮演示實驗的作用
2.1課前做好充分準備
演示實驗前,教師一定要事先進行多次的模擬實驗,為課堂上演示實驗過程中可能出現的狀況做好預案,避免課堂上出現突發狀況而手足無措。
2.2充分利用現有條件
有些演示實驗并不需要多么專業的實驗器材,這時教師要自制教具或者直接利用現有條件進行演示實驗。例如,慣性試驗可以借助一支粉筆、一個紙條和一把直尺進行,這時教師可以就地取材,既方便了實驗的進行,同時也使教師的個人魅力得以提升。
2.3利用多媒體進行演示實驗
1.1實驗教學內容的開放研究
徐州工程學院物理實驗教學中心(以下簡稱為實驗中心)作為省級示范建設中心,每年承擔著學校所有理工科專業的基礎物理實驗課。針對不同專業、不同年級設置了不同的實驗類型,比如大學物理實驗A1、A2、B、C,普通物理實驗1、2、3及近代物理實驗,實現了一定程度上的“實驗內容開放”,但是依然是采用傳統的統一排課、教師確定實驗項目,漠視了學生之間的差異性,不利于學生個性發展;其次實驗內容偏重經典和驗證,無法激發學生的興趣和積極性。因此需要進一步開放實驗內容,具體研究方案如下:
將整個大學物理實驗分為兩個階段,第一個階段采用傳統教學模式,進行預備性實驗和基礎性實驗,教學過程為:撰寫預習報告-課堂講解-實驗操作-數據處理-完成實驗報告,按照課表,分小組循環上課,每人一臺儀器,獨立操作、獨立完成,教師給予適當的講解和演示,這種形式效率高、容易監控和管理。預備性實驗包括螺旋測微器、游標卡尺、萬用表等一些基本測量工具的使用,以及誤差處理、有效數字保留不確定度計算等數據記錄、數據處理能力的訓練;基礎性實驗包括示波器的基本使用、測電阻的基本方法、基本電路測量等實驗,這個階段實驗內容側重一些主要儀器的使用、常用物理量的測量方法的訓練。
第二個階段采用開放式教學模式,安排綜合性和設計性的實驗項目,側重于學生綜合素質和創新能力的培養。教學過程為:確定課題-設計方案-預約時間-完成實驗-撰寫實驗報告/科技小論文。不同專業學生可根據自身能力及興趣選擇不同的綜合性實驗,尊重了學生的主體地位,體現了因材施教的原則。而設計性實驗分為兩種類型:一種是教師給出必做的實驗課題、實驗的目的要求,只給予一定的背景介紹、提示和引導,由學生自己自行思考、分析、討論和查閱資料,完成預習報告,設計實驗方案并加以實現,最后得出實驗結果,寫出實驗報告;另一種是學生根據已做過的實驗項目、實驗儀器,結合自己的興趣愛好,采用現代化的技術手段,自擬實驗課題,設計實驗方案步驟,自制實驗教具、儀器設備,最后完成實驗報告,這種實驗內容能夠提高學生獨立分析與解決問題的能力、收集信息與分析信息的能力、實驗動手能力與創新能力。對于設計性實驗,學生也可根據實驗項目的難易程度組成實驗興趣小組,共同發現、解決問題,培養團體合作意識。這種教學內容的開放從側面對實驗教師提出了更高的要求,要求教師、技術人員要不斷學習掌握更多的新知識、新技術,師生切磋,教學相長,可增強教師的科研水平和責任心。
1.2實驗時間、空間的開放研究
有些難度系數較大的設計性實驗,可以分多次完成,或者學生對某個實驗結果不滿意,可另選時間重做。實驗室時間開放有兩種形式:一種是進入實驗室的時間可根據自身情況選擇實驗時間,需要提前預約時間;另一種是完全開放,實驗中心每學期為學生提供一個創新實驗室,對學生自由開放,不限制時間,學生可自由進行創新研究,這種自由的氛圍可以激發學生的創造熱情和靈感,充分施展他們的創新能力。空間開放是指設計性實驗的場所不受限制,實驗可以在室內,亦可在室外,甚至可以通過網絡虛擬實驗等。為創新教育提供物質基礎,實驗中心可以將實驗室的部分資源向學生開放,比如實驗設備、機房的網絡資源、多媒體教學課件、實驗視頻等均向學生免費開放,為學生的自主創新活動提供條件,提高了實驗設備的利用率。
1.3實驗考核方式的開放研究
目前實驗中心對學生的評價由實驗報告成績*70%+期末考試成績*30%得到,其中實驗報告成績包含了預習等級、課堂操作等級及數據處理成績,而學生在撰寫預習報告時大多是盲目抄書,并不清楚實驗的目的、原理。課堂操作方面由于每組學生人數較多,教師無法準確獲得學生實際操作情況。數據處理是在課后完成的,這就導致同學間互相作弊、抄答案的現象,而且由于實驗報告成績占比例較大,導致學生對期末考核并不重視,也就放松了平時課堂的實驗操作;期末考試成績是隨機抽選一個實驗項目進行考核,查看學生的操作步驟、儀器使用、數據記錄及數據處理,而每個小組的考核實驗項目是不同的,這就存在很大的不公平性,比如伏安法測電阻,電路簡單易記,數據處理簡單;比如轉動慣量,公式復雜,計算量大;比如電表改裝電路難記等。另外還有實驗時間的先后,有的實驗項目是開學初做的,有的實驗項目是在考試前做的,可見這樣的考核方式并不能很好地檢測學生的實驗能力。開放式教學模式應該引入相應的開放式考核模式,具體實施途徑如下:
(1)現場操作考核,對于同一組學生(16人,每4人的實驗桌排在一起),考核教師設計4個難度相近的操作環節,讓學生現場動手操作,記錄數據及處理數據,安排兩個考核教師,可以較準確地考查學生動手操作能力。這種考核方式適合第一階段實驗的考核,適當減少實驗報告成績的比例。
(2)設計性實驗中,學生每次實驗都要填寫實驗記錄,記錄本次實驗的內容、結果,在教學過程中,教師要檢查學生的預習報告、設計方案,安排學生科技演講以便明確學生實驗操作具體情況,可以反映到實驗成績中。最后查閱學生的實驗報告,內容包括實驗操作、實驗結果、數據處理及實驗分析討論。這種考核方式比較全面,能夠考查實驗過程中學生的自主學習能力、分析問題能力、發現解決問題能力、實驗操作能力、實驗研究態度、數據處理分析能力及撰寫報告能力。
二、開放式實驗教學模式存在的問題思考
從傳統的教學模式到開放式教學模式的轉變是一個非常大的教學改革,是勢在必行的,然而開放式教學要求的條件比較高,運行的難度也比較大,必然面臨一些困難和挑戰。比如管理者、實驗指導老師及學生都沒有充分認識到開放式教學的重要性;硬件環境支持不夠,網絡管理系統不完善;實驗室人力、物力、多媒體課件等缺乏;開放實驗工作量的計算方式不合理,導致教師投入不夠等。
如前所述,物理實驗教學總的效果并不等于各個要素效果的機械總和。物理實驗教學的各個要素分為由課內到課外,由演示實驗到學生自制教具和學具等六個方面。在實驗中,我們把這六個要素進行綜合分析,認為課堂教學、學生實驗、教具學具的制做、小發明和小創造、實驗競賽、專題講座六個要素組成的實驗教學系統的總功能不是各個部門各自直接地、單獨地體現出來的。而是通過它們之間的特殊聯系間接地、綜合地表現出來。例如,在《浮力》這一章的實驗教學中,我們首先讓學生自制學具——一個茶水杯,幾塊形狀不相同的木塊,一塊鐵皮。
在課堂教學中,教師利用演示實驗,調動學生的積極性,激發學生興趣,并根據教學進度,不斷提出問題,如,形狀不同的物體受到的浮力相同嗎?鐵皮放在水里,它一定會沉入水底嗎?同一物體分別放在水里、煤油里,它露在液面上的體積相同嗎?等等。課堂提出問題,要求學生利用自制的學具在課外活動分小組進行實驗,回答上面提出的問題。學生通過自己做實驗得出正確的結論,興趣很高,增添了學生積極進行實驗的信心。在學完了這一章以后,教師還進一步提出,浮力在生活、生產中的運用有哪些?一公斤的水能浮起二公斤的物體嗎?裝在船里石頭,卸一部分在水池子里,水面會上升嗎?等問題。要求學生通過觀察生活或自己動手回答問題。這樣,通過課內、課外,演示實驗和自己動手做實驗的有機聯系,學生既學到了物理知識,又會運用于生活,更重要的是培養了學生利用物理實驗解決實際問題的能力。這些效果只有通過整體結構這個實驗教學體系才能取得。單靠演示實驗,學生實驗在有限的時間內是難以達到的。因此,每個學期,根據教材進度制定教改方案,確定總體目標,建立配套的組織和確定專人負責。
使各個部分為達到這個目的要求而采取相應的措施。從而發揮整體結構的優勢。
二、抓好課堂內的實驗教學,寓實驗課改革于趣味之中
實驗教學能否達到最優目的,系統各部分能否協調運轉,關鍵的問題是看我們在課堂教學中能否引起學生較大的興趣。如果學生對實驗感到乏味,那是難以達到目的的。興趣的培養必須是通過多種途徑,多種形式綜合進行。物理學科是一門實驗科學,我們把中學物理的42個學生實驗,700多個演示實驗,逐一研究,在揭示物理規律的原則下,每一個實驗都做一些趣味性改進。如在演示水的不善于傳熱的實驗時,把事先準備好的小魚放到試管底部,然后在試管上部加熱使水沸騰時,魚卻在管底沒有什么異樣。學生感到十分驚奇。從而引起了學生的興趣,增添了學生學習知識的積極性。為了充分發揮學生的主體作用,在演示實驗時,我們吸收少數學生參加演示實驗,為做學生實驗時培養了一批骨干。這樣在演示實驗時,同學們觀察十分認真,收到良好的效果。
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三、以學生實驗為主要內容,培養學生實事求是的學風
通過演示實驗調動了學生的積極性,同學們躍躍欲試,但由于課堂時間限制只能吸收少數參加。在這種情況下,學生對學生實驗就非常重視了。我們除了讓學生做完課本上的學生實驗外,還通過制做教具、學具,把許多演示實驗也改成學生實驗,給學生提供了自己動手動腦的機會。如演示浮力的大小,電流強度跟電壓的關系等實驗。在實驗過程中,我們除了要求學生用科學的態度做好實驗外,更重要的是要求學生寫出實驗報告,這是將感性知識上升為理性認識的一項重要工作。通過認真檢查學生的實驗報告,促使學生在實驗過程中,正確理解原理,明確實驗目的,認真設計步驟,詳細記錄數據,分析實驗結果。特別是一些實驗出現了誤差后,要求學生認真討論,分析產生誤差的原因。使學生逐步形成了一種嚴肅認真,一絲不茍的學風。
四、把課外活動納入實驗教學的范圍是實驗教學改革的重要環節
為了從多方面培養學生做物理實驗的興趣,在學生掌握了一些基本實驗技能后,應按統一計劃,組織好課外活動,配合課堂實驗教學,具體措施,一是根據教材實驗特點和青少年的心理要求,精心設計課外活動的內容。做到既注意內容和形式的統一,又注意活動的趣味性。保證兩課的內在聯系。二是抓好落實,一學期的實驗內容要事先確定,建立活動小組,安排好輔導老師,以保證課外活動經常化、制度化。
例如:在學習液壓機前,借來油壓千斤頂,利用課外活動操作給學生看并讓學生自己操作,在學了光學后,指導學生自制望遠鏡、潛望鏡等等。這樣把課內和課外內容銜接好,課內課外就能相互補充。
此外,利用課外活動這塊陣地,我們還舉行了許多別開生面的專題講座、專題答辯會、科技信息講座、小制作、小發明等,對促進實驗教學起到了很好的作用。
五、舉辦綜合性實驗競賽,將知識性、趣味性、科學性和群眾性融為一體
為了鞏固實驗教學的質量,使課外活動具有更大的吸引力,每學期定時舉辦兩次規模較大的實驗競賽活動。如:每學年秋季,當初三學生學完了電學知識后,舉行一次“自制直流電路接線板”的競賽活動,要求在規定的時間內,同時用串、并混聯方法把三個燈泡接亮,?方法是以班編隊,每隊若干人。舉行物理實驗60m接力賽。分別接力領取試題,畫電路圖,安裝,讀數,優勝者給予獎勵。在這一活動中,初三學生人人動手就地取材,自己設計安裝,自己測試評價,當電路接通,小燈泡以各種明暗程度發光時學生們都歡呼雀躍。這樣既增加了學生學好電學知識的信心,又培養了學生集體主義的思想和設計能力。特別是有自卑心理的差生,當發現自己能夠設計比較合理的電路圖,迅速安裝電路時,一種我不比別人差,我能學好物理的自信心油然而生。除了在初三年級舉行外,還在二年級和高中一年級進行“小制作”,“小發明”競賽活動,五分鐘的實驗操作競賽活動,一分鐘實驗題競賽活動。
六、引導學生日制學具、教具,參加“小發明、小制做”活動,培養創造型人才