大学物理设计性实验探究式教学模式

摘要:

开展探究式教学有助于培养学生收集及处理信息的能力，提高学生团队合作意识，提升学生科学探究素质及创新能力。设计性物理实验的开设是大学物理实验教学改革的一项重要内容。针对目前大学物理实验教学中的问题，把探究式教学运用于大学物理设计性实验教学，通过改革课堂教学方式、独立应对异常情况、改进评价方法，以培养学生进行科学探究的能力和对科学探究的理解力，提高实验教学质量，深化实验教学改革。

关键词:

探究式教学;设计性实验;创新型人才

“大学物理实验”作为一门高校理工科学生的必修基础课程，能够对学生进行科学实验基本训练，培养学生动手能力、理论联系实际能力及分析解决问题能力。通过物理实验课程的学习，可以帮助学生深入理解物理学的概念和规律，学会运用物理学知识解决问题，从而促进学生智力发展，提高学生科学素养和探究能力［1］。现在的实验教学主要注重培养学生实验思维方式，提高学生的科学实验能力，并促进学生自主学习能力、动手实践能力和科技创新能力的提高［2］。

1设计性实验教学的现状

现在各院校大学物理实验教学一般实行分层次教学，要求学生先进行一定数量的基础实验和综合实验，在掌握了一定的实验方法、具备一定的实验能力后，针对选定题目，自行设计实验原理和内容，完成设计性实验。设计性实验要求学生根据给定的实验目的及要求，通过查阅相关参考资料，自行设计实验方法及实验步骤，选择合适的实验仪器设备，独立完成实验。这一阶段的教学，主要侧重于培养学生的实验思维、创新意识与创造能力。一般设计性实验的授课，教师往往集体讲解几种实验方案，分析各种方案的优缺点。为保证学生顺利完成实验，教师一般在课堂上将各种方法中可能遇到的问题罗列出来，给出解决方案。同时为了防止学生实验操作中出现失误，教师会将实验注意事项讲解得很详细，以避免实验中各种可能发生的意外。这种教学方法占用了大量的实验时间，而且由于以教师讲述为主，学生听讲时积极性不高，往往不能集中注意力，回答问题也不积极，教学效果不好。而且，为了在实验过程中避免错误操作的发生，教师将以前的实验及教学过程中的经验大量地灌输给学生，限制了学生自行分析解决问题的思考过程，不利于学生新思想、新想法的产生，制约了创新型人才的培养。

2探究式教学模式

探究式教学模式中，教师在教学中设定合适的研究主题，在类似于科学研究的情境中，学生通过独立自主地运用实验操作、调查研究、信息搜集与处理等方法，通过交互的表达与交流等活动，获得知识、技能、情感与态度多方面的提高，尤其有助于探究精神和创新能力的提高［3］。一般探究式教学主要包括以下基本特征:学习者围绕问题展开探究活动;取得解释或评价问题的相关事实依据;根据得到的依据来解释回答问题;通过对比其他可能的解释与观点，对自己的解释进行评价;表达并交流个人所提出的解释［4－5］。通过探究式教学，能够更好地发挥学生学习的主观能动性，激发学生进行探讨研究的兴趣，让学生真正作为学习的主体进行主动学习、自主探究，从而在探究过程中提高学生的动手实践能力、创新能力、协同合作能力［6－8］。

3探究式教学在设计性实验教学中的应用

在实验教学中引入探究式教学思想，可以提高设计性实验的课堂教学效果，从而切实发挥学生的学习主动性，提高学生实验的积极性。

3．1课堂教学中选择典型方案引导学生进行探究

在设计性实验进行前，要提前给定实验目的及要求，给学生留出充分的时间进行实验设计，鼓励学生广泛阅读参考资料，提出多种实验方案，强调实验方案的独特性与创新性。教师将学生所提交的具体实验方案汇总后，不在课堂上全部罗列出来，而是仅仅挑选个别典型案例重点集中讲解。这里挑选出来的典型案例，最好不是设计的非常完美的实验方案，可以存在一些缺点，甚至是失败的设计。在课堂教学中，首先要求学生就此重点案例可行性进行分组讨论，提出实验原理或具体操作的改进意见，并在实验中尝试测量验证，最后汇总结论，在报告中列出具体理论依据。这样能够很好地提高学生进行科学探究的积极性，锻炼分析解决实际问题的能力。例如在“重力加速度的测量研究”实验中，学生设计出来的实验方法很多，但是许多实验设计方案存在问题，教师选择其中典型的“复摆法测重力加速度”实验设计进行课堂探讨。学生们经过讨论，对如何消除复摆对过质心G的轴的转动惯量在实验测量公式中的影响，以求出等效摆长，有学生提出只需改变两次质心到转轴距离即可消除，教师引导学生探究此方法的适用条件，可给出时间让学生尝试进行测量，发现周期与摆长的非线性关系，导致等效摆长不可求得。这时学生会自发尝试其他解决办法，提出利用复摆的共轭特性来间接测量等效摆长，也有学生提出通过曲线化直的方法图解求出结果。教师不必在课堂上带领学生寻找误差较小的方法，可令学生自行实验，分析实验结果，形成数据评价，再提出修正与改进意见。

3．2引导学生独立应对异常状况

在课堂教学中，教师只需强调一些严格禁止进行的操作，以保障实验仪器不被损坏，其他的实验中有可能发生的错误，不要过多提示。学生只有在实验过程中遇到异常情况，才能学会分析仪器故障产生原因或发现实验方法错误，进而提出维修意见或改进实验方法。这种在改错过程中进行的学结，挑战性高，自主性强，学生印象深刻，学习效果大大强于教师的反复强调。所以教师不妨放手让学生去做，只在旁边担任一个“引导员”的角色，在学生遇到实在无法解决的困难时，提供一些意见建议，或者给出一些参考资料，使学生自行通过分组讨论、资料查询等方法解决问题。例如在“重力加速度的测量研究”实验中，选择自由落体法测量重力加速度时，两计时光电门间距的测量准确度很大地影响了实验结果。而这一距离由于仪器设备的制作工艺，造成仪器直接读数偏差较大。学生通过反复纠正个人读数方法，也不能很好地减小读数误差。教师可引导学生考虑其它测量工具，促使学生寻求更好的测量方法或测量方式，以提高实验的准确度。

3．3采取过程评价激发学生探究积极性

进行探究式教学，要求对学生知识学习过程的评价采取过程评价，不能只对学习结果进行测试。探究式教学强调要发挥实验课在提高学生创新思维及创造能力上的真正价值。我们实验课的评价方式，也不能仅看学生的实验报告与实验结果，要多关注学生的实验过程，不仅评价学生的实验操作，也要对学生在实验中相关问题的发现与解决方法，尤其是学生对实验过程的自我评价与总结，都是重点考查的要点。这种考核方法下，学生如果实验结果不准确甚至实验失败，不一定就拿不到高分。这样能够更好地激发学生实验兴趣，提高他们探究问题和创新思考的积极性。例如在单摆法测量重力加速度的实验中，有学生提出，单摆摆球受重力和拉力两个力共同作用，它们的合力究竟是在水平方向还是沿切线方向?教材上为什么认为是水平方向?教师不要急于直接给出答案，而是鼓励学生通过功能关系自行推导计算合力公式，分析实验结果受到合力与运动方向的夹角的影响，并真正操作实践，然后分析实验结果产生偏差的原因，使学生自行体会实验模型的近似条件与适用范围，从中学习到对实验模型简化处理的相关方法原则［9－12］。

4结语

在设计性实验中引入探究性教学，有利于激发学生学习兴趣，发挥学生的主观能动性，促进学生团队合作精神的养成，更有利于学生科学研究能力和创新能力的提高，进而真正提升学生科学素养，培养学生的探究精神，使之成长为与时代相适应的创新型人才。

作者：刘晓彬 单位：中国人民武装警察部队学院基础部

参考文献(References):

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