大學(xué)物理實驗中設(shè)計性實驗的研究

1、大學(xué)物理實驗中設(shè)計性實驗的研究大學(xué)物理實驗中設(shè)計性實驗的研究摘要大學(xué)物理實驗課是理工科學(xué)生在大學(xué)最先接觸和進行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的一門基礎(chǔ)必修課，對于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和提高學(xué)生的科研能力具有不可或缺的作用。設(shè)計性物理實驗是大學(xué)物理實驗中一種新的創(chuàng)新型教學(xué)模式，對于增強學(xué)生的創(chuàng)新意識，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，具有重要的意義。本文分析了大學(xué)物理實驗課的地位和作用，以及大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和改革發(fā)展趨勢，對設(shè)計性物理實驗的相關(guān)問題進行探討，對設(shè)計性物理實驗的內(nèi)涵進行了描述，歸納了設(shè)計性物理實驗的五個特點，即主體性、探索性、創(chuàng)造性、綜合性和趣味性；闡述了設(shè)計性物理實驗的新教學(xué)模式和新

2、教學(xué)理念。本文的第三大部分分析了設(shè)計性物理實驗設(shè)計的原則、設(shè)計性物理實驗開設(shè)的必要性、開設(shè)設(shè)計性物理實驗的基本過程、設(shè)計性物理實驗存在的問題、設(shè)計性物理實驗的實施進行了探討。第四部分是介紹設(shè)計性物理實驗的例子，第五部分是設(shè)計和分析的實驗項目。最后是對開設(shè)設(shè)計性物理實驗課程的一些的思考和建議。關(guān)鍵詞：物理實驗教學(xué)；設(shè)計性物理實驗；新教學(xué)理念；設(shè)計；實施designing experiment research in physics experiment abstractphysics experiment course is the first contact with science and

3、engineering students in universities and scientific experiments based on the basic training of a required course. for improving the overall quality of students and play an important role in improving students practical skills and improve their ability to have an indispensable role in scientific rese

4、arch. designing physics experiment is a physics experiment in a new and innovative teaching model, to enhance student awareness of innovation, improve their ability to innovate, is of great significance.the article analyses status and effect of physics experiment course, and analyses the present sit

5、uation and development trend of the physics experiment teaching. exploring some problems related to the designing physics experiment, describing the content of designing physics experiment. concluding five characteristics of the designing physics experiment, that is, initiative, exploration, creativ

6、ity, synthesis, interesting. describing the teaching mode of and teaching belief. the third part analyses the design principles and the basic process of opening physics experiment and others problems. the fourth and fifth part is the designing example and designing project. finally are some consider

7、ations and suggestions about establishing courses of designing physics experiments.key words: physical experiment teaching, designing physics experiment, new teaching concept, design, implementation目錄 1 概述11.1大學(xué)物理實驗的地位和作用11.2大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析21.3 我院大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀調(diào)查41.4大學(xué)物理實驗教學(xué)的改革發(fā)展趨勢61.5開設(shè)設(shè)計性物理實驗的現(xiàn)狀分析72設(shè)計性

8、物理實驗的相關(guān)問題92.1設(shè)計性物理實驗的內(nèi)涵92.2設(shè)計性物理實驗的特點92.3設(shè)計性物理實驗的新教學(xué)理念112.4設(shè)計性物理實驗的新教學(xué)模式112.5開設(shè)設(shè)計性物理實驗的意義132.6設(shè)計性物理實驗開設(shè)的過程中教師與學(xué)生各自的角色133設(shè)計性物理實驗的開設(shè)與實施153.1設(shè)計性物理實驗設(shè)計的原則153.1.1實驗的可行性153.1.2實驗設(shè)計的簡化性153.1.3實驗設(shè)計的可操作性153.2設(shè)計性物理實驗開設(shè)的必要性153.3計性物理實驗存在的問題173.3.1當(dāng)前開設(shè)設(shè)計性實驗的困難173.3.2解決問題的辦法173.3.3設(shè)計性實驗的經(jīng)驗與不足183.4設(shè)計性物理實驗設(shè)計的基本過程19

9、3.5設(shè)計性物理實驗的實施204利用示波器測量電容的設(shè)計性物理實驗例子介紹224.1實驗?zāi)康?24.2實驗方案224.3實驗所用器件244.4實驗分析與總結(jié)245高溫電阻絲電阻率測量設(shè)計性實驗的分析與研究265.1實驗?zāi)康?65.2實驗方案265.2.1實驗方案分析265.22高溫電阻絲密度測量方案265.2.3高溫電阻絲截面直徑測量方案295.24高溫電阻絲長度測量方案305.2.5高溫電阻絲電阻的測量方案315.3實驗所用器件325.4實驗分析與總結(jié)326開設(shè)設(shè)計性物理實驗課程的思考與建議33總結(jié)35參考文獻36致謝37大學(xué)物理實驗中設(shè)計性實驗的研究1 概述1.1大學(xué)物理實驗的地位和作用物

10、理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的自然科學(xué)，對于理工科專業(yè)的學(xué)生來講，物理實驗是一門很重要的課程：它既能為學(xué)生提供理解物理概念的感性材料來加深對理論的理解，又訓(xùn)練了學(xué)生的實際動手操作能力，是科學(xué)基礎(chǔ)訓(xùn)練的實踐環(huán)節(jié)，它的特點和靈魂決定了物理實驗在培養(yǎng)高素質(zhì)人才尤其是創(chuàng)新人才中的重要作用。大學(xué)物理實驗課是大學(xué)生進入大學(xué)以后接受系統(tǒng)科學(xué)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開始，也為以后專業(yè)課的實驗教學(xué)打下堅實的基礎(chǔ)。從培養(yǎng)創(chuàng)新思想、創(chuàng)新意思和創(chuàng)新能力來看，大學(xué)物理實驗有著其它課程不可代替的作用。實驗課是學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，利用實驗器材，通過實驗引起事物或物質(zhì)的某種變化，再從觀察這些變化的現(xiàn)象分析推理得出結(jié)論，使學(xué)生獲

11、得直接知識驗證理論的一種教學(xué)手段，它對學(xué)生的綜合素質(zhì)的培養(yǎng)起著積極的作用。1.為學(xué)生提供檢驗學(xué)習(xí)理論的材料和加深學(xué)生的學(xué)習(xí)效果物理學(xué)的理論往往是抽象的、深奧的，學(xué)生在學(xué)習(xí)的時候通常會感覺到枯燥和吃力?？茖W(xué)研究表明，客觀、生動形象的事實有助于學(xué)習(xí)者對知識的消化。而物理實驗就能給學(xué)生提供一個演示理論現(xiàn)象的平臺，來幫助學(xué)生深刻理解物理理論，加深學(xué)習(xí)的效果。2培養(yǎng)學(xué)生關(guān)于真理標(biāo)準(zhǔn)的判別意識物理學(xué)是一門以實驗為本的重要基礎(chǔ)學(xué)科，物理理論的正確與否必須經(jīng)過實驗檢驗?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”這是幾百年來貫串整個物理學(xué)的一條基本原則。也是鼓舞科技工作者不斷探索、求實、創(chuàng)新的基本指導(dǎo)思想。理論物理學(xué)家提出的

12、新的理論一定是在實驗事實的基礎(chǔ)上總結(jié)而來或是必須經(jīng)過實驗的檢驗才能成立，當(dāng)理論和精確的實驗發(fā)生矛盾的時候，應(yīng)當(dāng)尊重實驗，對理論進行修正和補充。因此，物理實驗在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的關(guān)于真理標(biāo)準(zhǔn)判斷的意識。3培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為以后進一步學(xué)習(xí)專業(yè)實驗課打下堅實的基礎(chǔ)。物理學(xué)的理論知識學(xué)起來一般比較枯燥無味，學(xué)生學(xué)起來也興趣也不是很高，通過實驗教學(xué)，學(xué)生學(xué)到的理論知識不但得到驗證，而已還可以通過實驗來提高自己對學(xué)習(xí)的興趣。同時，通過物理實驗課，學(xué)生初步學(xué)到一些基礎(chǔ)的實驗技能，為將來學(xué)習(xí)專業(yè)實驗課打下堅實的基礎(chǔ)。4.培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度和堅忍不拔的毅力科學(xué)實驗是人們?yōu)榱苏J(rèn)識世界而進行的一種探

13、索性、嘗試性、學(xué)習(xí)性的實踐活動。物理實驗要求學(xué)生掌握基本物理量的測量方法，包括實驗方法與實驗儀器的恰當(dāng)選擇，實驗條件的保證和實驗操作的完滿。正確記錄處理實驗數(shù)據(jù)，悉心分析結(jié)果誤差及可靠程度，以及進一步改變實驗條件來檢驗判斷結(jié)果的可靠性等。所有這一切都要求實驗者具有認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度和堅忍不拔的毅力。5.培養(yǎng)學(xué)生的敏銳的洞察力和邏輯推理能力物理實驗特別注重培養(yǎng)學(xué)生敏銳的洞察力和嚴(yán)密的邏輯推理能力，它教會學(xué)生如何利用實驗的方法研究物理現(xiàn)象和物理規(guī)律。這需要學(xué)生具有敏銳的洞察力和嚴(yán)密的邏輯推理能力。學(xué)生要學(xué)會觀察、分析實驗中出現(xiàn)的各種實驗現(xiàn)象并對其進行合理正確的解釋，構(gòu)建起從實驗現(xiàn)象到規(guī)律，再到理論

14、的一套邏輯體系。6.培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識物理實驗課不但能使學(xué)生掌握基本的實驗操作技能，更重要的是能提高學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識。物理實驗要求學(xué)生通過對實驗方案、儀器裝置及其性能的改進和對關(guān)鍵因素的考證，找出突出事物本質(zhì)聯(lián)系的主要因素，把握主要因素，控制次要因素，從中找出規(guī)律性的內(nèi)容。7.培養(yǎng)學(xué)生求實進取的精神，引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的方法物理實驗的求實性事從對現(xiàn)有數(shù)據(jù)或成果的驗證思考和多角度多方法的求真確認(rèn)中體現(xiàn)出來的。物理實驗工作者總是試圖用不同的方法對現(xiàn)有的理論進行驗證。1.2大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀分析目前，我國現(xiàn)有的基礎(chǔ)物理實驗內(nèi)容主要是沿襲了各國前幾十年的一套教學(xué)模式，即主要

15、側(cè)重于做一些驗證性、模擬性和純測量性方面的工作，教學(xué)模式較為單一?；A(chǔ)驗證性實驗是指為了鞏固學(xué)生的理論課程的基本知識而開設(shè)的、強調(diào)演示和證明，注重實驗的結(jié)果(事實、概念或理論)而不是實驗過程的實驗?；A(chǔ)實驗有利于培養(yǎng)學(xué)生的實驗操作、數(shù)據(jù)處理和技術(shù)技能。誠然，這種實驗?zāi)Ｊ綄倓偵婕拔锢韺W(xué)科的學(xué)生是有必要的，效果也是很顯著的。但對于理論知識已經(jīng)達到了一定高度，特別是物理專業(yè)高年級學(xué)生來說，效果卻不是很好。由于長期以來，實驗課在內(nèi)容上只是對理論的驗證，缺乏創(chuàng)新性：在實驗方法上也屬于是機械性的模仿，學(xué)生在完成實驗之前就已經(jīng)從講義上知道了將要出現(xiàn)的實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，一般來講，只要按照現(xiàn)成的步驟進行操作

16、，在誤差允許的范圍內(nèi)都會得到預(yù)定的結(jié)果，因此，學(xué)生始終處于被動地位；在實驗過程中學(xué)生往往只是簡單的重復(fù)，沒有積極的思維和創(chuàng)新，也沒有探索的目標(biāo)和方向，更有甚者，許多學(xué)生根本不動手，只是旁觀,他們卻能做出比操作過實驗的同學(xué)還要好的實驗報告。因此，這種實驗教學(xué)模式?jīng)]有起到培養(yǎng)學(xué)生的獨立思考能力、想象力、獨立動手實踐能力、刨新意識及創(chuàng)造能力的作用。正因為如此，多年來我國培養(yǎng)的學(xué)生和其他國家的學(xué)生相比，在考試中往往可以名列前茅，但在實際工作中，卻常常缺乏動手能力，更缺乏獨立恩考和創(chuàng)新精神。如果繼續(xù)完全按照傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，這樣培養(yǎng)出來的學(xué)生很難適應(yīng)新世紀(jì)科學(xué)的進步和社會的快速發(fā)展。要培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神

17、和創(chuàng)新能力的新世紀(jì)大學(xué)生，提高學(xué)生的核心競爭力，就必須探索開設(shè)新的物理實驗教學(xué)模式，以適應(yīng)時代的要求和學(xué)生的需要。目前物理實驗大概存在以下幾個問題：1.重視驗證性和測量性實驗，忽略設(shè)計性實驗在實驗教學(xué)過程中，學(xué)生所使用的都是教師發(fā)的實驗教材，對實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、實驗內(nèi)容、數(shù)據(jù)表格以及數(shù)據(jù)處理基本上都寫得很清楚，在做實驗前基本上老師都會先見實驗的步驟跟學(xué)生講清楚，久而久之，學(xué)生就形成跟機器一樣，按部就班，跟著老師的步伐走，這嚴(yán)重阻礙了學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng)，同時也挫傷了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。2.實驗內(nèi)容都是一些比較經(jīng)典的實驗，缺乏一些最新科研前沿成果的內(nèi)容。從實驗的內(nèi)容來看，基本上都是屬于驗

18、證性實驗、知識的簡單應(yīng)用以及單純的技能訓(xùn)練，各實驗題目缺乏有機的結(jié)合，不利于學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的縱向以及橫向發(fā)展。實驗內(nèi)容缺乏跟新知識的聯(lián)系，不但不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的需要，而且很難激發(fā)學(xué)生的實驗興趣。3.實驗室管理制度不完善、不夠合理目前，大學(xué)的實驗室很少有開放，只有上實驗課的時候才開放，這減少了給學(xué)生鍛煉動手能力和思維能力的機會，本來我們的實驗室資源相對國外比較發(fā)達的國家來說已經(jīng)是比較匱乏，加上實驗室沒有對學(xué)生開放，這樣一來，本來資源更得不到充分利用，學(xué)生的要求也就無法滿足。1.3 我院大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀調(diào)查為了準(zhǔn)確地了解我院目前大學(xué)物理實驗的教學(xué)中學(xué)生的實驗意識、實驗態(tài)度和實驗?zāi)芰Φ默F(xiàn)狀

19、，更有效地開展大學(xué)物理實驗課程，對我院大二在校學(xué)生的實驗情況進行初步的調(diào)查。1.調(diào)查目的了解本院學(xué)生實驗態(tài)度、實驗?zāi)芰ΜF(xiàn)狀，為確定實驗教學(xué)改革的目標(biāo)、構(gòu)建設(shè)計性實驗教學(xué)模式提供前提資料。2.調(diào)查方法問卷調(diào)查法。3.調(diào)查對象為能夠與教學(xué)改革同步進行，調(diào)查對象為我院大二的學(xué)生。4.大學(xué)物理實驗教學(xué)問卷調(diào)查及結(jié)果表1.1大學(xué)物理實驗教學(xué)問卷調(diào)查結(jié)果1.你認(rèn)為物理實驗重要嗎？重要（73.86%）一般（23.86%）不重要（2.28%）2.你認(rèn)為實驗對學(xué)習(xí)物理理論有幫助嗎？很有幫助（67.05%）一般（30.68%）不大（2.27%）3.你認(rèn)為實驗對提高思維能力幫助大嗎？很大（69.32%）一般（29.

20、55%）不大（1.13%）4.你有沒有獨立設(shè)計實驗進行探索的愿望？有（46.59%）尚可（46.59%）沒有（6.82%）5.實驗中遇到困難你通常采用的方法是？問老師、同學(xué)（47.73%）與同學(xué)探討并動手試試（44.32%）獨立思考（7.95%）6.實驗時，你是如何完成的？照本宣科（20.45%）合作討論（70.45%）獨立完成（9.1%）7.你認(rèn)為實驗過程重要不重要？重要（82.95%）一般（17.05%）不太重要（0%）8.你能否靈活設(shè)計表格，有選擇的記錄數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)解釋物理現(xiàn)象，獲得物理規(guī)律能（23.86%）尚可（64.64%）不能（12.5%）9.課余時間你是否去學(xué)校實驗室、或自己做

21、一些實驗經(jīng)常做（10.23%）做過，擔(dān)次數(shù)不多（53.41%）幾乎沒做過（36.36%）10.做實驗前，你希望？老師詳細(xì)地講解實驗原理、步驟和注意事項，然后按照老師的要求做（40.91%）老師盡可能簡短地講解一些重要事項，大部分的內(nèi)容讓學(xué)生自己去思考，完成（50%）老師沒講解注意事項，讓學(xué)生自己思考，完成（9.09%）11.實驗數(shù)據(jù)與你期望的不一致，你將如實記錄（55.23%）重新做實驗（31.14%）修改數(shù)據(jù)（13.63%）12.通過現(xiàn)在的物理實驗課，你取得的最大收獲是：課堂上所學(xué)的定律得到驗證（34.09%）解決實際問題的能力得到提高（51.14%）探索新事物的欲望得到增強（14.77%）

22、13.你希望將來的物理實驗與實際生活聯(lián)系密切一些（63.64%）實驗結(jié)果事先不知道，需要探索（20.45%）能為同學(xué)提供自己動手制作的條件（15.9%）有一些關(guān)于科研前沿的實驗（0.09%）14.你認(rèn)為評價一次實驗的成功與否，應(yīng)一下列中的那一項為標(biāo)準(zhǔn)：是否觀察到物理現(xiàn)象（37.5%）是否會操作（29.55%）能力是否得到鍛煉（32.95%）5.調(diào)查結(jié)果分析從問卷調(diào)查結(jié)果來看，學(xué)生對大學(xué)物理實驗的看法和愿望是好的，但從適應(yīng)當(dāng)前物理實驗教學(xué)的發(fā)展來看，仍然存在一些不足的地方：（1）從調(diào)查的結(jié)果可以看出，學(xué)生大部分認(rèn)為物理實驗課在大學(xué)課程中還是比較重要的，從表中第1、2、3項可以看出，但學(xué)生很多時候

23、把實驗課看做是驗證理論的一個輔助工具，缺乏主動探索意識，實驗中遇到困難不會自己想辦法解決，主要靠老師是其他同學(xué)，從第5項可以看出。（2）實驗中學(xué)生缺乏主體地位，過份依靠老師和同學(xué)。從第6、10、11課可以看出，大部分同學(xué)還是比較依賴?yán)蠋?，由于長期以來我們的教學(xué)模式都是老師先講，然后學(xué)生按照老師的講解進行實驗，長期這樣，形成了學(xué)生不愛動腦筋，遇到問題不會主動思考，學(xué)生的中心作用和主體地位得不到體現(xiàn)。在教學(xué)過程中，老師往往包辦過多，而且要求統(tǒng)一：方案統(tǒng)一、步驟統(tǒng)一、結(jié)論統(tǒng)一，長期以往導(dǎo)致學(xué)生思維懶惰，缺乏主動探究欲望，更缺乏創(chuàng)造性。（3）在實驗中，學(xué)生大部分認(rèn)為實驗過程重要，但是在實際實驗中，遇到

24、實驗結(jié)果跟預(yù)期的結(jié)果不一樣是，學(xué)生還是如實記錄實驗結(jié)果，缺乏一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、實事求是的科學(xué)態(tài)度。學(xué)生就想機械一樣記錄數(shù)據(jù)，有的甚至為了達到結(jié)果跟預(yù)期的數(shù)據(jù)一樣而修改數(shù)據(jù)，編造數(shù)據(jù)。（4）從調(diào)查的表中12、13項可以看出學(xué)生比較重視實驗的實用性和日常生活的密切性。目前實驗的選題一般都是一些比較經(jīng)典的題目，缺乏跟實際生活密切相關(guān)的一些題目。1.4大學(xué)物理實驗教學(xué)的改革發(fā)展趨勢大學(xué)物理實驗重點是要提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力，為了給學(xué)生營造有利于他們提高綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力和充分調(diào)動學(xué)生的自主能動性的環(huán)境，廣大的物理教師和物理實驗教師都在為物理實驗教學(xué)的改革發(fā)展做了大量的工作，目前高校的大學(xué)物理實驗教學(xué)的

25、改革發(fā)展趨勢有幾方面：1.構(gòu)建新的教學(xué)體系，開展設(shè)計性的物理實驗實驗教學(xué)體系的建立要參照以下兩個方面的原則：一是系統(tǒng)化原則，具體來說就是進行專業(yè)調(diào)整，打破課程的界限。要從專業(yè)整體和學(xué)生發(fā)展的角度來考慮，學(xué)生應(yīng)該具備什么樣的課程理論和技能，實驗講相關(guān)要素構(gòu)成科學(xué)合理的體系；另外一個是階段性原則。實驗課的設(shè)立要考慮到不同層次，不同專業(yè)的需要和理論的協(xié)調(diào)。2改變教學(xué)方式和手段，教學(xué)主體向?qū)W生轉(zhuǎn)移教學(xué)方式上應(yīng)該盡早改變以教為主，積極向以學(xué)為主轉(zhuǎn)變，教師應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的需要加以引導(dǎo)。針對不同的實驗?zāi)K可以采用不同的指導(dǎo)方式，對簡單儀器的使用，操作技能的培訓(xùn)的驗證性實驗，可以對學(xué)生開放實驗室，并可以安排高年

26、級的學(xué)生或研究生指導(dǎo)。對設(shè)計性實驗，老師提供知識范圍和儀器設(shè)備，學(xué)生自己查閱資料，自行設(shè)計實驗方法，自己完成實驗，達到提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。3改善實驗室條件，加強硬件和軟件建設(shè)實驗環(huán)境的好壞客觀地顯示了學(xué)校對實驗教學(xué)的重視程度，它不僅影響學(xué)生的心理狀態(tài)和操作狀態(tài)，而且還直接影響到實驗結(jié)果和教師的教學(xué)管理。目前，隨著實驗內(nèi)容的更新變化，相應(yīng)的教學(xué)儀器以及設(shè)備也在趨向于新型和先進趨向于運用集成電路后的小型化和數(shù)字化，趨向于運用各種傳感器采集數(shù)據(jù)而后通過計算機來直接顯示。從而讓一些學(xué)生能有更多的時間去研究實驗的目的和意義、去探索解決一些自然界中的各類問題，培養(yǎng)學(xué)生已實際能力為主并適應(yīng)社會需要

27、的人才。1.5開設(shè)設(shè)計性物理實驗的現(xiàn)狀分析教育部早在“教高（2005）1號”文件中就已經(jīng)強調(diào)指出實驗教學(xué)要“更加注重能力培養(yǎng)，著力提高大學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，實踐能力和創(chuàng)新能力”，“開發(fā)學(xué)生只能，培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰退刭|(zhì)”，要“把實踐教學(xué)作為評比的關(guān)鍵指標(biāo)” 【1】。從培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)出發(fā)，物理實驗的類型不能僅僅只停留在操作型、驗證型實驗的水平上，而要按學(xué)生能力形成的不同階段，在實驗教學(xué)中實行分層次教學(xué)。做到既有基本實驗訓(xùn)練，又有體現(xiàn)知識、能力、素質(zhì)培養(yǎng)的綜合性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、綜合運用知識、創(chuàng)新等適應(yīng)科研工作能力的實驗，即開設(shè)設(shè)計性物理實驗。隨著高等院校的實驗教學(xué)的

28、改革大力推進，加強對大學(xué)生的創(chuàng)新教育是新世紀(jì)高等教育教學(xué)改革的重點，各高校根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)及實踐課程的自身特點，本著致力于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的原則，組織和優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，逐漸形成了以基礎(chǔ)性、綜合性、設(shè)計性、研究性、發(fā)展性為一體的多層次、全方位的大學(xué)物理實驗新體系，使大學(xué)物理實驗教學(xué)不僅成為學(xué)生獲取知識，訓(xùn)練技能的過程而且成為學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)會創(chuàng)造塑造個性的發(fā)展過程。但目前在一些普通的高校中設(shè)計性實驗開設(shè)的現(xiàn)狀仍然是項目較單一，受教學(xué)時數(shù)不足的影響，學(xué)生自主實驗體現(xiàn)不充分，對設(shè)計性實驗感到困惑，不知如何入手，教師不得不按照傳統(tǒng)的教學(xué)方法把目的、原理、儀器、步驟、實驗方法一一講解，在教學(xué)上，基本

29、上都是沿襲傳統(tǒng)的教學(xué)方法。從全國一些高校情況來看，實驗室建設(shè)和物理實驗教學(xué)改革都各有特色和共同點，都對物理實驗教學(xué)的內(nèi)容進行了系統(tǒng)的整合，為加強創(chuàng)新意思和實踐能力的培養(yǎng)，大多數(shù)高校大學(xué)物理實驗的內(nèi)容均包含設(shè)計性物理實驗，且設(shè)計性物理實驗在大學(xué)物理實驗內(nèi)容中所占的比例呈上升趨勢【2】。2設(shè)計性物理實驗的相關(guān)問題2.1設(shè)計性物理實驗的內(nèi)涵設(shè)計性實驗是一種基于教學(xué)實驗和實際科學(xué)實驗之間的較高層次的科研實驗訓(xùn)練，是在掌握基本實驗和具備綜合實驗知識及能力之后，提出一些有利于啟發(fā)思維，有應(yīng)用價值的實驗課題，讓學(xué)生進行獨立設(shè)計完成的實驗。它與基本實驗最大的區(qū)別在于，設(shè)計性實驗只給出實驗題目，明確實驗?zāi)康模?/p>

30、供實驗設(shè)備及材料，而實驗原理、操作步驟以及數(shù)據(jù)處理等都需要學(xué)生親自去查閱資料，自行設(shè)計實驗方案，并按照方案去實施完成。與傳統(tǒng)的驗證性實驗相比，其要求和目的也發(fā)生了根本性的變化，它打破了傳統(tǒng)固定的實驗教學(xué)模式，學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的積極性得到了有效的調(diào)動。同時也使學(xué)生在實驗方法的考慮、測量儀器的選擇、測量條件的確定等方面受到較系統(tǒng)的訓(xùn)練，提高他們動手動腦能力和創(chuàng)新能力體現(xiàn)了以人為本的教育思想。開設(shè)設(shè)計性實驗，不但是對以前基礎(chǔ)實驗知識和綜合實驗?zāi)芰Φ囊淮螜z驗，而且還是自身能力的又一次鍛煉和提高，并為學(xué)生進入科研打下扎實的理論基礎(chǔ)和實踐功底。通過開設(shè)設(shè)計性實驗?zāi)苠憻拰W(xué)生的動手操作能力，

31、培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，激發(fā)學(xué)生的思維活動，提高學(xué)生探索新問題的興趣，認(rèn)識事物的綜合能力以及研究問題的能力，是實現(xiàn)素質(zhì)教育的良好途徑，是深化實驗教學(xué)改革、提高實驗教學(xué)質(zhì)量，改革實驗教學(xué)模式，適應(yīng)人才培養(yǎng)需要的重要舉措。2.2設(shè)計性物理實驗的特點設(shè)計性物理實驗在客觀上給學(xué)習(xí)者創(chuàng)造了一種促使學(xué)習(xí)者把強烈的自我發(fā)展意識轉(zhuǎn)化為自身努力獲取知識和提高能力的實際行為，學(xué)習(xí)者積極發(fā)揮自己的主觀能動性和聰明才智思考所遇到的問題，突破常規(guī)思維定勢，創(chuàng)造性地提出解決的方案，并反復(fù)再三，才可以完成實驗。只有這樣的實驗，對學(xué)生的動手能力，研究能力，特別是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)是有積極作用的?？偟膩碇v，設(shè)計性實驗有以下幾個主要特點

32、：1主體性設(shè)計性物理實驗的一個很重要的特點是以學(xué)生為主體，充分發(fā)揮其自身的聰明才智和主觀能動性，依靠其自身解決問題的能力完成整個實驗，較之傳統(tǒng)的那種從實驗原理、方法、儀器和步驟都由教師設(shè)計的物理實驗而言，學(xué)生有較強的主體意識，在實驗的整個實驗過程中，體現(xiàn)以學(xué)生為中心的原則，充分顧及到學(xué)生是認(rèn)知的主體，設(shè)計性物理實驗因在實驗過程中的時空的相對寬松，即對學(xué)生進入實驗室的時段不予以限制，對于所動用的實驗場地、儀器設(shè)備也創(chuàng)造相應(yīng)的條件，構(gòu)造學(xué)生自主的學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計性物理實驗充分體現(xiàn)學(xué)生的自主設(shè)計、自主實施、自主發(fā)揮、自主分析和總結(jié)實驗現(xiàn)象，解決實驗過程中不斷出現(xiàn)的新情況與新問題，在這個過程中，客觀上創(chuàng)

33、造了一種促使學(xué)生把強烈的自我發(fā)展意識轉(zhuǎn)化為自身努力獲取知識和提高能力的實際行為，學(xué)生自身建構(gòu)知識和發(fā)展能力的行為促進了學(xué)生個性的全面發(fā)展和潛能的充分發(fā)揮，對其智力活動的開發(fā)具有重要的整合作用。2探索性大學(xué)物理實驗中的預(yù)備實驗、前導(dǎo)實驗或基本實驗都有相應(yīng)的實驗思想、實驗原理、實驗?zāi)康?、實驗儀器等，其可操作性強，實驗進行的具體過程較為明確，可以訓(xùn)練學(xué)生掌握基本的物理實驗的操作能力，掌握基本的物理實驗的測量手段和方法，而設(shè)計性物理實驗卻較之大不相同，設(shè)計性物理實驗僅由指導(dǎo)教師提出任務(wù)與要求，然后進行一系列的提出問題、明確問題、提出假設(shè)、檢驗假設(shè)的思維訓(xùn)練，在教師所提出的任務(wù)與要求的敦促下去探索其所涉

34、及的諸多方面。譬如，實驗思想和方法的形成與選擇，最佳測量方法的獲得、實驗儀器的選擇、實驗條件的選擇以及實驗步驟的形成等，在這個操作過程中，提出了一個問題解決活動的系統(tǒng)的邏輯性問題，學(xué)習(xí)者在這個過程中，要探索工作記憶中的信息，積極地進行嚴(yán)密有序的推理和判斷。3創(chuàng)造性設(shè)計性物理實驗要求學(xué)生在解決問題的過程中，大膽假設(shè)，多方求異，突破束縛、創(chuàng)造性地提出解決問題的途徑和方法，無論從實驗思想、實驗方法、實驗原理的應(yīng)用，還是實驗儀器的選擇、實驗步驟的進行，要求學(xué)生有一定的創(chuàng)新精神。設(shè)計性物理實驗的實驗思想與方法的找尋就要求學(xué)生必須沿著不同的方向去選取與重組信息，不依常規(guī)，尋求變異，從多方面尋求解決設(shè)計實驗

35、的方法與途徑。當(dāng)然，發(fā)散的最終目的是為了聚合，實際上，構(gòu)思設(shè)計性物理實驗的過程，就是思維不斷“發(fā)散聚合發(fā)散聚合”的過程，這就是創(chuàng)造性思維，它是一種以發(fā)散思維為核心，聚合思維為支持因素的發(fā)散思維與聚合思維有機結(jié)合的操作方式，學(xué)生在設(shè)計性物理實驗的過程中充分體現(xiàn)其思維的創(chuàng)造性。4綜合性設(shè)計性物理實驗一般是繼一些前導(dǎo)實驗和基本訓(xùn)練實驗之后進行的，是對已學(xué)過的物理理論知識和物理實驗的綜合與總結(jié)，所涉及的不只是物理實驗?zāi)骋环矫婊蚰骋粚哟蔚膬?nèi)容，而是具有高度的概括性和綜合性，在設(shè)計性物理實驗的完成過程中，要求學(xué)生必須綜合運用所掌握的基本理論知識、實驗技能以及各測量原理和方法來組織進行，設(shè)計性物理實驗具有對

36、學(xué)生進行科學(xué)實驗全過程初步訓(xùn)練的性質(zhì)，也是對學(xué)生掌握實驗技能和理論知識進行綜合運用的一次檢查，在這個過程中，其訓(xùn)練的內(nèi)容與層次更高，體現(xiàn)較強的綜合運用知識的能力和綜合解決問題的能力。5趣味性設(shè)計性物理實驗往往充滿了趣味性，實驗過程中總是閃耀著學(xué)生智慧的火花，實驗現(xiàn)象里也經(jīng)常蘊藏著更多的趣味。一個個小小的發(fā)明、小制作的成功、給學(xué)生帶來了成功的喜悅，也為設(shè)計性實驗增添了無窮的樂趣，大大吸引學(xué)生學(xué)習(xí)了興趣。2.3設(shè)計性物理實驗的新教學(xué)理念現(xiàn)代化的教育教學(xué)新理念的基本特征從總體上來說表現(xiàn)在三個主要方面：由重視知識的接受新教學(xué)向重視綜合能力的探究性教學(xué)轉(zhuǎn)向；由單一的認(rèn)知性教學(xué)向多維的體驗性教學(xué)轉(zhuǎn)向；由機

37、械的決定性教學(xué)向互動的交往性教學(xué)轉(zhuǎn)向。在這三個方面中都較注重能力和實踐，創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力是新世紀(jì)對人才最重要的內(nèi)涵要求，為此，需要改變實驗教學(xué)過程中過于強調(diào)教師和教材本位而忽視學(xué)生本位傾向；改變實驗教學(xué)中過于注重知識的驗證、傳授以及作為訓(xùn)練實驗技能的手段而忽略過程與方法、能力與科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)的傾向，改革單一的課程結(jié)構(gòu)形式，構(gòu)建與實驗教學(xué)自身規(guī)律和能力培養(yǎng)定位相適應(yīng)的分階段、分層次、階梯式的模塊化教學(xué)體系，改變千篇一律的封閉式、固定式的教學(xué)模式，實行開放式、個性化的教學(xué)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)有利于發(fā)揮自身潛能和特長的環(huán)境和條件，鼓勵學(xué)生對知識的主動探索、主動發(fā)現(xiàn)和對學(xué)知識的意義建構(gòu)，以充分發(fā)揮學(xué)生的主體性

38、和創(chuàng)造性，有利于優(yōu)秀人才的脫穎而出。2.4設(shè)計性物理實驗的新教學(xué)模式教學(xué)模式是教學(xué)實踐活動中影響教學(xué)目標(biāo)達成的諸要素在一定的時空范圍內(nèi)的組合方式和隨教學(xué)過程的展開而形成的教學(xué)程序。它具有完整性、針對性、簡約性和可操作性等特點。能教全面地、客觀地反映某一教學(xué)活動情況，便于教師從整體上把握。教學(xué)論認(rèn)為，任何一種教學(xué)活動從空間形態(tài)上都包含了人、信息和物這三種基本因素，否則就無法構(gòu)成教學(xué)活動，從時間流程來看，任何教學(xué)活動在進行過程中必須有明確的目標(biāo)、有效的教學(xué)策略和科學(xué)的反饋系統(tǒng)，這幾方面如不合理組合，教學(xué)則不能收預(yù)期的效果【3】。1.教學(xué)組織形式的多樣性因設(shè)計性物理實驗所具備的獨特的要素特點，這就要

39、求在實施過程中相應(yīng)的教學(xué)模式也需要有所改變，將傳統(tǒng)的以教師和教材為中心的形式變成以學(xué)生為中心的形式，教師扮演的是一個知識傳播的引導(dǎo)者和組織者，在組織實施設(shè)計性物理實驗的具體形式上可采取靈活多樣的形式。(1)教師組織學(xué)生在實驗室完成設(shè)計性物理實驗這是一種常規(guī)的實驗課程形式，類似于上實驗課的形式，這種組織由老師提出實驗要求、布置任務(wù)，組織學(xué)生到實驗室進行設(shè)計性物理實驗的設(shè)想、論證、探索、完善與提高。采用這種模式，教師易于對學(xué)生進行監(jiān)控引導(dǎo)和及時掌握完成進度，師生之間易于交流溝通，信息能及時下傳反饋，能及時處理和解決設(shè)計過程中所碰到的相關(guān)問題。(2)以完成畢業(yè)論文（設(shè)計）或發(fā)表論文的形式完成實驗這種

40、形式的訓(xùn)練重在訓(xùn)練學(xué)生對物理實驗設(shè)計進行概括和表述的能力，當(dāng)然在論文的撰寫過程中一定離不開學(xué)生直接參與的物理實驗設(shè)計，但較為側(cè)重科技論文的撰寫，訓(xùn)練學(xué)生對論文的組織、表達能力，這種能力的提高有助于其正確完整地表達其物理實驗的設(shè)計思想和步驟，為日后的從事科研工作的科研論文撰寫能力打下堅實的基礎(chǔ)。(3)積極組織學(xué)生參加大學(xué)生科技節(jié)等競賽我院每年都有舉行過科技節(jié)系列活動，而且廣東省明每年都有舉行大學(xué)生物理競賽，這些活動的開展能激發(fā)學(xué)生進行科研的興趣，提高大學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識。積極組織學(xué)生以設(shè)計物理實驗的形式參加這種活動，能增強學(xué)生的團隊精神、集體榮譽感、以及吃苦耐勞的品質(zhì)。對有些的設(shè)計作品，除

41、了參加學(xué)校的活動之外，還可以推薦去參加省級甚至國家級的比賽。對表現(xiàn)優(yōu)秀的同學(xué)，適當(dāng)?shù)慕o予獎勵。(4)大力組織學(xué)生參與學(xué)校、工廠、實習(xí)基地的產(chǎn)品研發(fā)大學(xué)生在本科畢業(yè)之前會有一次實習(xí)的機會，作為師范生來講，我能實習(xí)的地方通常是在學(xué)校。目前我院已經(jīng)和多家公司和學(xué)校建立起實習(xí)基地，形成“見習(xí)實習(xí)就業(yè)”的形式，如果有機會的話，學(xué)校可以參與學(xué)校的儀器研發(fā)和設(shè)計，這也是一種獲得設(shè)計性實驗的一種形式。2實驗教學(xué)場地、設(shè)備、時間的開放性教學(xué)場地及設(shè)備的開放性是保證設(shè)計性物理實驗良好順利進行的先決條件，即無實驗教學(xué)要突破以往封閉教學(xué)模式，要建立開放式的實驗教學(xué)環(huán)境。因設(shè)計性物理實驗的自身特點，學(xué)生進行實驗的設(shè)想、

42、論證、探索、實施必須借助一定客觀條件才能完成，所以應(yīng)保持足夠的時段對實驗室開放、對儀器設(shè)備和時間開放，開放的實驗條件可以為學(xué)生設(shè)計性物理實驗的完成提供幫助，這里所指的開放，不但實驗室的資源是開放的，而且教師教學(xué)手段和輔導(dǎo)方式也是開放的，在這一教學(xué)過程中，學(xué)生根據(jù)自主學(xué)習(xí)探索的需要在開放的時段到開放的實驗去利用相關(guān)的資源進行探索和設(shè)計。3實驗評價應(yīng)突出創(chuàng)造性既然設(shè)計性實驗有本質(zhì)上的獨特性，所以對實驗結(jié)果的評價也不能像針對以前的實驗?zāi)菢?，單憑預(yù)習(xí)報告和實驗報告就給定分?jǐn)?shù)。在設(shè)計性實驗中，學(xué)生可能要經(jīng)歷多次的失敗，多次的嘗試，最后卻不一定能夠獲得成功。如果我們單純地看重實驗結(jié)果而忽視實驗過程進行評價

43、，那么可以說設(shè)計性實驗是一種失敗。因此，我們必須建立一種著重體驗實驗過程，著重培養(yǎng)學(xué)生自己體會、理解和創(chuàng)新的評價體系，才能適應(yīng)設(shè)計性物理實驗發(fā)展的要求。2.5開設(shè)設(shè)計性物理實驗的意義 雖然教學(xué)僅僅是人才培養(yǎng)的一個環(huán)節(jié),但是,面對經(jīng)濟全球化進程明顯加快,科技進步日新月異,綜合國力競爭日益激烈的新形勢,我們著眼于培養(yǎng)具有競爭精神和競爭能力的創(chuàng)新人才。因此開設(shè)設(shè)計性實驗是具有實際意義的。1好的設(shè)計性實驗,可以培養(yǎng)和檢驗學(xué)生應(yīng)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。2能給學(xué)生一個較寬闊的思考空間和選擇余地,可以發(fā)揮他們各自的思維與想象力,使學(xué)生的創(chuàng)新意識和綜合能力受到啟

44、發(fā)與鍛煉。3可以培養(yǎng)學(xué)生堅韌不拔的意志品質(zhì)、實事求是的科學(xué)態(tài)度、相互幫助的協(xié)作精神。2.6設(shè)計性物理實驗開設(shè)的過程中教師與學(xué)生各自的角色傳統(tǒng)的實驗教學(xué)，教師采用講授的方法，幫助學(xué)生掌握實驗原理、實驗方法和步驟，學(xué)生處于一種被動接受的地位，個性受到壓抑。而設(shè)計性實驗是學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，根據(jù)給定的實驗?zāi)康暮蛯嶒灄l件，自己查閱文獻資料、設(shè)計實驗方案、選擇實驗方法、確定實驗程序、選配實驗裝置、搭建實驗結(jié)果、完成實驗報告、口頭交流答辯等環(huán)節(jié)的實驗過程。側(cè)重于學(xué)生科學(xué)實驗過程的訓(xùn)練，是對學(xué)生知識掌握程度、實驗技能、實驗素養(yǎng)及創(chuàng)新能力的綜合檢驗。它既體現(xiàn)學(xué)生個人的綜合能力，又可促進學(xué)生個人綜合能力的提高。

45、設(shè)計性實驗的開設(shè)，打破了傳統(tǒng)實驗固定的教學(xué)模式，學(xué)生由被動實驗轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉嶒?，學(xué)習(xí)的積極性得到有效調(diào)動，主體作用得到充分體現(xiàn)。設(shè)計性實驗采用以指導(dǎo)為主的教學(xué)方式，對學(xué)生提出個性化要求，指導(dǎo)制定計劃，推薦參考資料，傳遞最新技術(shù)信息和狀況，教師在設(shè)計前講清要求，引導(dǎo)方向；實驗中觀察調(diào)控，解決疑問和難題；實驗后，評價結(jié)果，提升理論。總的來說，學(xué)生和老師在設(shè)計性實驗的開設(shè)過程中，各自的角色都慢慢在改變，已經(jīng)形成以學(xué)生為主體，老師為指導(dǎo)的角色，學(xué)生由原來被動的學(xué)習(xí)者變成現(xiàn)在主動的學(xué)習(xí)者，而老師由原來傳道、授業(yè)、解惑者變?yōu)榉桨笇徍?、過程指導(dǎo)、督促檢查、驗收把關(guān)的指導(dǎo)者，角色在變，要求更高。3設(shè)計性物理實驗

46、的開設(shè)與實施3.1設(shè)計性物理實驗設(shè)計的原則3.1.1實驗的可行性實驗的可行性包含三個方面，首先要擬定實驗方案，并且論證方案的可行性，方案可行以后選取實驗器材；選取實驗器材時一定要考慮它們的可同時還要考慮儀器設(shè)備的準(zhǔn)確度和精確度能否達到實驗要求；可行性還指物理參變量的可測性和現(xiàn)象的可觀察性，實驗中與研究密切相關(guān)的物理現(xiàn)象，只有能夠被觀察到，才能進行研究和分析，所有涉及到定量研究和分析的實驗項目，都必須進行能夠測量，這樣設(shè)計的實驗才有實際意義。3.1.2實驗設(shè)計的簡化性在科學(xué)實驗研究中，對于同一問題，常常存在多種研究方法，并且每一種研究方法都有可能使其研究達到預(yù)期的效果。選取什么樣的研究方法進行實

47、驗設(shè)計是必須考慮的，一個最佳的實驗設(shè)計，就是既能達到目的又能擁有最簡化的步驟，最簡單的儀器，既能節(jié)省人力、物力和時間，又能獲得正確而理想的預(yù)期科學(xué)結(jié)果。3.1.3實驗設(shè)計的可操作性在科學(xué)實驗研究工作中，實驗室的安排、儀器設(shè)備和材料的采集、實驗的測量、數(shù)據(jù)的記錄和分析處理等，都屬于操作。操作貫穿于實驗研究的整個過程。如果一個實驗設(shè)計具有很好的操作性，就可以給研究帶來極大的方便，良好的操作性的標(biāo)準(zhǔn)是什么，就是實驗操作上的簡單，操作人員對實驗內(nèi)容步驟容易掌握，對操作程序的各種要求不高。但能同時滿足上面三條的實驗設(shè)計方案是很困難的，在實際設(shè)計中要找到三條原則完美集合點，統(tǒng)籌兼顧，反復(fù)論證才能得到一個較

48、好的設(shè)計實驗。3.2設(shè)計性物理實驗開設(shè)的必要性“創(chuàng)新是一個民族的靈魂；創(chuàng)新是一個國家興旺發(fā)達的不歇動力；創(chuàng)新是一個政黨永葆生機的源泉”。在日益成熟的市場經(jīng)濟中，創(chuàng)新已成為我國中小企業(yè)健康快速成長的核心推動力，創(chuàng)新更是一個國家的綜合國力的體現(xiàn)?？萍嫉母咚侔l(fā)展對人的創(chuàng)新能力的要求越來越高，加強學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，已成為高等學(xué)校教育改革的重要任務(wù)。要培養(yǎng)高素質(zhì)的具有創(chuàng)新能力的科學(xué)研究與應(yīng)用型人才，必須讓學(xué)生學(xué)會從實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題和將已有的知識運用到實際中去。當(dāng)前，國內(nèi)許多綜合性和理工大學(xué)都開始設(shè)計性物理實驗，這個舉措的必要性主要有以下幾方面:1為了提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和競爭能力，目前不少重點中

49、學(xué)都相繼開設(shè)了設(shè)計性物理實驗課程，旨在提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，樹立科學(xué)的學(xué)習(xí)觀念。這些對高層次的大學(xué)教育提出了新的要求，即改變以往的實驗課內(nèi)容和教學(xué)方法，開設(shè)以設(shè)計性為主的實驗課程。2開設(shè)設(shè)計性物理實驗也是培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)的需要。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗課程分為普通物理實驗和近代物理實驗，普通物理實驗又被分為力、熱、光、電四個部分，各部分的內(nèi)容相對獨立，并且只是簡單的數(shù)據(jù)測量和驗證理論。長期以來，學(xué)生會感到枯燥無味，并且阻礙了學(xué)生的積極性、主動性和創(chuàng)造性。我們需要開設(shè)能綜合運用學(xué)生所學(xué)的物理知識，把主動權(quán)交給學(xué)生讓學(xué)生自行設(shè)計和實施的實驗課程，即設(shè)計性物理實驗。3目前，國內(nèi)較多的綜合性及理工科大學(xué)都在

50、開設(shè)設(shè)計性或研究的實驗課程。例如，中國科技大學(xué)的大學(xué)物理實驗內(nèi)容除了按傳統(tǒng)分類法分成基礎(chǔ)物理實驗一、二和近代物理實驗以外，還另增開了設(shè)計性實驗?zāi)K【4】。復(fù)旦大學(xué)的物理實驗教學(xué)中心在以沈元華教授為首的教師梯隊努力下推出了分別適合本科生一、二、三年級的各類設(shè)計性、研究性實驗三十多個，并且還編輯出版了一本有鮮明特色的物理實驗教材設(shè)計性研究性物理實驗教程【5】。所以，我們應(yīng)該明確當(dāng)前國內(nèi)實驗教學(xué)改革的動態(tài)，在原有的基礎(chǔ)上，不斷開發(fā)和研究新的實驗內(nèi)容和實驗裝置，加大經(jīng)費的投入，爭取讓更多的學(xué)生受惠，這是今后實驗教學(xué)努力的工作方向。4、從國外形勢來看，國外大學(xué)的物理實驗教學(xué)模式同樣有縮短基礎(chǔ)實驗內(nèi)容，不

51、斷調(diào)整和增加應(yīng)用性內(nèi)容的趨勢，即不斷地適應(yīng)科技的迅速發(fā)展，即時將最新的科技成功轉(zhuǎn)化成實驗內(nèi)容。例如美國，他們平時的實驗教學(xué)采用的形式就與我們的設(shè)計性實驗課的形式類似。此外，他們對計算機的應(yīng)用是很重視的。計算機在科學(xué)研究、自動控制、信息處理和日常生活中的使用越來越廣泛，這是必然趨勢，物理實驗教學(xué)的改革一定要適應(yīng)這個趨勢【6】。3.3計性物理實驗存在的問題3.3.1當(dāng)前開設(shè)設(shè)計性實驗的困難設(shè)計性實驗與一般的物理實驗不同，它具有獨特的流程，教課書中既沒有實驗原理，也沒有實驗步驟，有的是一系列的問題和實驗要求。學(xué)生要在查找和閱讀參考材料的基礎(chǔ)上回答這些問題，才能搞懂有關(guān)原理并自行擬出實驗步驟來實現(xiàn)該實

52、驗的要求。要求學(xué)生自己設(shè)計實驗裝置，并著重對實驗結(jié)果進行分析和研究，才能得出結(jié)果。在實際的實驗開發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)開設(shè)此類實驗具有以下的困難：(1) 教師沒有辦法審閱全部的實驗方案。設(shè)計性實驗要求學(xué)生自己設(shè)計實驗方案并由教師來審閱其合理性。隨著學(xué)生人數(shù)的增加，教師不可能有精力來審閱全部的實驗方案。尤其是大學(xué)物理實驗中的設(shè)計性實驗，它面向全校的理工科學(xué)生，實驗方案至少要有幾千份，這樣大的工作量不可能由幾個教師來完成。(2) 實驗器材達不到學(xué)生的要求。在學(xué)生自己設(shè)計的實驗方案中，可能會提出我們沒有準(zhǔn)備或者根本不具備的某些實驗器材，這樣的情況時有發(fā)生，給設(shè)計性實驗的開設(shè)帶來了困難，也限制了設(shè)汁性實驗

53、實驗題目的范圍。3.3.2解決問題的辦法為了避免以上兩個問題，我們不再對理工科學(xué)生開設(shè)較高層次的設(shè)計性實驗，而是對物理專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了選題更廣泛、實驗器材更先進、更加貼近前沿科學(xué)的設(shè)計性實驗。以近代物理實驗為例，我們以下列形式開出其中的設(shè)計性實驗：(1) 設(shè)計題目的立項：教師提前三個星期給出設(shè)計題目。比如，我們給出阿貝成像原理和空間濾波、制做全息光柵、光柵衍射與光柵單色儀、偏振光的產(chǎn)生和檢驗、勞埃德鏡干涉題目，并告知實驗室條件和實驗儀器。學(xué)生們結(jié)合所學(xué)知識和自己的興趣，通過上網(wǎng)查資料、圖書館借書等多種途徑，先結(jié)合自己所選定的題目挑選出所需要的實驗儀器，并且設(shè)計實驗方法。(2) 實驗方案的撰寫：

54、選題擬定后，學(xué)生查閱并整理文獻資料，根據(jù)實驗室現(xiàn)有實驗設(shè)備和條件擬定詳細(xì)的實驗方案，包括實驗原理、實驗設(shè)備、詳細(xì)的實驗步驟與實驗方法、實驗進度安排等，其中需要詳細(xì)列出所需實驗儀器名稱。實驗方案需經(jīng)過教師審閱同意，待實驗教師初步確認(rèn)實驗方案設(shè)計合理并且實驗條件具備后，學(xué)生進入實驗室進行實驗。(3) 開放的實驗室：除常用實驗設(shè)備外，根據(jù)學(xué)生開題報告的實驗要求，實驗室還需提前準(zhǔn)備好儀器設(shè)備，然后開放實驗室，供學(xué)生完成實驗。按照預(yù)先設(shè)計的實驗方案，學(xué)生提前預(yù)約安排實驗時間，實驗次數(shù)不限，只要在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗即可。實驗過程教師主要起指導(dǎo)作用。(4) 實驗小論文的撰寫：學(xué)生完成實驗后進入實驗數(shù)據(jù)整理階

55、段，根據(jù)實驗結(jié)果撰寫實驗小論文；實驗小論文的格式要求參照正式發(fā)表的科研論文要求，內(nèi)容包括論文的題目、署名、中英文摘要、關(guān)鍵詞、引言、實驗方法、結(jié)果與討論、參考文獻等，并對其中的圖、表、公式、符號等也同樣按照正式發(fā)表論文去要求。通過嚴(yán)格寫作訓(xùn)練，初步培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)實驗的思維方式，使他們基本掌握了實驗型論文的寫作模式，為即將開始的畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計做了一次很好的基礎(chǔ)訓(xùn)練。3.3.3設(shè)計性實驗的經(jīng)驗與不足雖然通過精心設(shè)計實驗課的開課方式避免了審閱方案和實驗器材的困難。但是由乎實驗條件和教師本身的原因，我們的設(shè)計性實驗依然有很多的不足：(1) 經(jīng)費緊張，開設(shè)設(shè)計性實驗次數(shù)有限很多學(xué)生要求多開設(shè)計性實驗

56、，由于設(shè)計性實驗每一個實驗方案所需的實驗儀器不同，考慮經(jīng)費問題，購買的儀器數(shù)量也有限。所以設(shè)計性實驗開設(shè)有一定的局限性。基于此，學(xué)校需要重視設(shè)計性實驗教學(xué)，加大經(jīng)費投入力度，這樣才能確保設(shè)計性實驗教學(xué)的繼續(xù)進行。(2) 實驗教師工作量大大增加審查學(xué)生的設(shè)計性實驗方案，統(tǒng)計學(xué)生的實驗儀器，開放實驗室，給實驗教師帶來了大量的工作量。(3) 對實驗教師的業(yè)務(wù)素質(zhì)要求也要提高由于學(xué)生的設(shè)計性實驗方案實驗教師不一定非常熟悉，教師要回答清楚學(xué)生實驗中出現(xiàn)的各種問題，首先必須提高自已：的專業(yè)水平。教師不僅要認(rèn)真啟發(fā)學(xué)生的思維，傳授分析問題和解決問題的方法，還要做進一步的總結(jié)，息考如何改進方法，使設(shè)計性實驗改

57、革更進一步。3.4設(shè)計性物理實驗設(shè)計的基本過程在教學(xué)中，一個設(shè)計實驗的完成有一整套完整的流程，按步驟完成實驗教學(xué)，才能起到設(shè)計性實驗的教學(xué)作用，讓學(xué)生從中受到科學(xué)訓(xùn)練和創(chuàng)新性啟發(fā)。1選題教師根據(jù)教學(xué)實際和科研經(jīng)驗，提出綜合性強、靈活性大且實驗儀器設(shè)備易得的實驗題目，題目確定后學(xué)生可根據(jù)選題進行下面的工作。2搜索資料并初步分析在實驗研究的目的、要求和任務(wù)明確后，首先要做的事情，就是搜索資料并初步分析，為進行實驗設(shè)計準(zhǔn)備資料，既是收集資料的過程，又是調(diào)查研究的過程。其中所涉及的內(nèi)容對實驗設(shè)計是否科學(xué)、合理和先進，有極大關(guān)系。較好的資料儲備才能開闊視野，較好的符合設(shè)計實驗的三條原則。3擬定實驗方案實驗方案是指為達到實驗研究的目的和要求，而詳細(xì)寫出的科學(xué)依據(jù)、實驗方法和具體實施措施。對實驗方案進行論證，有兩個方面：一是理論論證，理論論證是要論證實驗方案是否具有科學(xué)性、合理性和可行性，理論論證的重點