大学物理中设计性实验浅析

一、设计性实验的内容设置

在开设设计性实验之前，要对学生进行大学物理实验中的基础实验训练,所做的实验要以基本的实验内容为本。例如使用基本实验仪器、测量基本物理量、训练基本实验技能以及学会基本测量方法与误差分析等。通过这一阶段的训练和学习，学生们会对物理实验的基本要求和一些最基本的实验测量原理和方法得到认知和了解，同时对实验数据的处理、误差分析和书写实验报告等相关知识基本掌握。通过针对大学物理实验中的基础实验的学习和基本实验技能的训练，学生们会基本了解实验原理，并基本掌握物理实验常用的仪器及基本操作。学生们通过基本实验阶段的学习之后,老师可以启发他们自己开展一些设计实验，这样不但会使以前所学的基本操作、实验原理得到很好地巩固，而且还可以进一步培养学生的创造性综合实验能力。

在设计性实验中指导教师不再是课程的主导者，他的作用主要是帮助学生确定实验目的，明确实验原理，同时教师还可以以组员的身份与学生共同分析实验中各个步骤的作用以及该步骤是否可行、合理、必要。最终在学生独立思考和努力下针对不同的实验条件对实验设计进行不断的调整、完善，设计出一个更为可行有效的实验流程。由于设计性实验的前提是学生们要在教师的指导下自己设计方案，准备仪器，并且完成实验测量及数据处理、误差分析，因此对于设计性大学物理实验的内容安排应该具有一定的选择性。为了使学生们的主动性和创造性得到充分发挥，在设计性大学物理实验的开始阶段设计性实验内容不能过于复杂，其实验涉及到的知识应该是学生们已经掌握或很容易接受的，所用的仪器应该是基本上较为熟悉的。然后再逐步地增加具有综合性和研究性内容的设计性实验,使得学生们通过对大学物理实验中所需的各种测量原理和方法的综合运用,分析和解决一些有一定难度的实际问题,从而培养学生们的设计实验能力，提高学生们的创造力。

二、设计性实验的实施过程

设计性大学物理实验的开设目的不仅是让学生们进一步理解和掌握相关理论知识，更重要的是使得学生们通过这种实践活动进一步了解、体会前人的思想和方法，从而在已有的思想方法的基础上学会自主研究问题和自行设计实验的能力，这些能力会培养他们从事科学实验的基本素质和开创性的科研能力，并使他们成为具有创新精神、挑战能力、丰富知识结构及现代活力的人才，而不是只会模仿前人，照搬经验的机械性人才。设计性实验的选题是至关重要的，因而必须对实验教学模式进行创新改革，采用“因材施教”的教育模式来培养人才是主要选择。要以相互探讨，学习启发的教学方式去改变以教师为主要角色的教学方式，同时还要减少针对学生的强制要求，而增强实验的选择性和开放性。最终形成以学生为主体、教师为辅助指导，以学生自主创新学习过程为基础的开放式大学物理实验教学模式。在实际的课程实施过程中，可以打破学生在班级和专业上的限制，学生可以根据自己的需要在选课系统中自主选择实验题目和时间。对于实验题目内容的难易上，教师要适当把握，过于简单的实验将无法调动学生的积极性，也就无法培养学生的创新能力；而如果实验课程过于复杂，面对实验束手无策的境遇又会打消他们的积极性，更无法激起他们的创新思维。所以，创新性实验内容的难易程度是至关重要的，过于难和过于简单都是不可取的，这可以通过综合多个实验来得以实现，单一的实验可能不好判断简单与否，但将几个常见实验综合在一起，再联系到实际应用，这不但保证了能够激起学生的兴趣，又不失对学生综合能力的一个挑战，从而达到创新能力培养的需要。

设计性大学物理实验在教学方式上可以分为两种：一是实验题目的提供，实验内容和要求的提出，所需仪器的选择，实验注意事项和参考书，以及讨论问题的给出都由指导教师完成。而根据实验题目、实验任务和要求，学生在课下时间里查找和阅读相关参考资料，研究和分析其物理过程和实验原理，最终设计出实验方案，并拟定实验步骤，然后在规定的时间内独立进行实验展示，包括测量实验数据或得到实验现象，完成实验报告；二是教师只提供较多的实验题目，而学生则自己选一个题目，在规定的期限内利用课下时间完成设计性实验报告，并交由任课教师评判，而无需展示实验操作过程。设计性大学物理实验的评价也是关系培养学生创新能力的重要问题。设计性大学物理实验目的在于使学生创新能力得到培养，所以简单通过实验结果来评价是不可取的，要通过他们对实验的理解能力、对实验内容的应对能力以及最后对实验的综合解决能力来评判。同时还要使学生的好奇心、求知欲得到爱护和培养，学生的探索精神、创新思维得到保护，从而使学生自身的潜能和特色得到充分开发,创造出一种宽松的环境。

为此，可以从这几个方面对学生的创新性实验的结果进行评价：首先，要看学生对实验内容的理解能力，例如，对实验的理解上是否清晰，是否更具科学性和创新性等；其次，要看学生对实验内容的应对能力，例如，实验过程中他们能否正确操作，遇到问题能否快速解决，解决的方式是否更具创新性等方面，这是对学生创新性能力培养的重要阶段；另外，要看他们的综合解决能力，其中包括能否规范书写实验报告，能否准确的对结果进行处理和分析，能否将整个实验报告内容以题目研究成果的方式进行整合。这方面能力的培养对学生科技写作是非常有帮助的，甚至对将来他们从事科研工作也是大有益处的。

三、设计性实验的成绩评价

首先，设计性大学物理实验可以培养学生的逆向思维能力。在设计性大学物理实验中，大学生能够设计出多种实验方案。这是一个由实践到理论、又由理论到实践的活动过程，这种过程能使学生牢固地而又透彻地掌握所学的理论知识。在设计性实验的实践过程中，引导并启发学生应用因果关系的可逆性去解决实验中的具体问题。通过观察得到的结果或现象去找寻产生的原因，这是一种逆向思维过程。而逆向思维对学生的创造力的培养是非常有益的，因为逆向思维可以促进事物的变化和发展，它的思维品质要比顺向思维更高。其次，设计性大学物理实验能够培养学生创新能力。设计性大学物理实验不仅使学生消除了只会使用仪器的表象了解，认识到了仪器的测量原理，而且还启发了学生们多思考、多动手的自主学习习惯，同时还激发了他们广开思路、逆向思考，培养创新能力。因此，设计性大学物理实验能够使大学生不单掌握了知识，而且还将这些知识转化成了创新的能力，因而对学生们在将来的毕业设计、科学研究都是有促进作用的。

几年来的设计性实验的教学实践表明，在大学物理实验中开设设计性实验，拓展了实验题目，优化了实验内容，丰富了教学模式，改进了评价方式，构建了学生自主学习和创新性学习的平台，进一步挖掘了学生的学习潜力，提高了实验教学的质量和学生的创新能力。

作者：敬晓丹 李义 单位：辽宁工业大学理学院