物理學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的合理更新與學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)研究

楊宏偉

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 物理系，江蘇 南京 210095）

物理學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的合理更新與學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)研究

楊宏偉

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 物理系，江蘇 南京 210095）

本文分析了國(guó)家對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)投入相對(duì)充足時(shí)，在實(shí)驗(yàn)儀器更新過(guò)程中，對(duì)新舊儀器的合理取舍，儀器擺放的合理布置和考試方式的恰當(dāng)安排。文中指出，在保持儀器先進(jìn)性的同時(shí)，還要考慮基本物理學(xué)原理的學(xué)習(xí)；對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的合理擺放和講解，以有利學(xué)生學(xué)習(xí)為目的；建立合適的學(xué)習(xí)和考試的方式方法，可以使學(xué)生學(xué)到更多的知識(shí)，取得較好的成績(jī)。

物理學(xué)；實(shí)驗(yàn)；儀器；考試

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)家財(cái)力的增強(qiáng)，作為基礎(chǔ)課的物理學(xué)實(shí)驗(yàn)也出現(xiàn)了許多新的教學(xué)形式。恢復(fù)高考制度以來(lái)，特別是近十幾年，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、遠(yuǎn)程教學(xué)、演示教學(xué)、仿真教學(xué)、綜合性教學(xué)、設(shè)計(jì)性教學(xué)和計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)等教學(xué)模式不斷涌現(xiàn)[1-3]，時(shí)刻在改變著物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)教學(xué)模式。這些變革是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的一種沖擊，同時(shí)也是一種挑戰(zhàn)，如何更好地適應(yīng)高等教育的發(fā)展形勢(shì)，不斷改革，就成了必須要有所突破的“瓶頸”，于是就出現(xiàn)了對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的一系列改革實(shí)踐和探討[4-6]，許多新的教學(xué)模式和方法不斷被提出。

在上級(jí)相關(guān)部門的支持下，2008年初，我們物理系爭(zhēng)取到了一筆實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)，根據(jù)要求，這批經(jīng)費(fèi)主要用于對(duì)常規(guī)的和基礎(chǔ)性的物理實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的更新改造中，要使其惠及大部分學(xué)習(xí)普通物理學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)的本科生。這時(shí)候，就面臨著一些問(wèn)題，是徹底拋棄一些舊儀器讓其更新?lián)Q代，換上最先進(jìn)的現(xiàn)代化儀器設(shè)備？還是有所保留？如何保留？經(jīng)過(guò)認(rèn)真學(xué)習(xí)、研究和調(diào)研，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況，我們提出了自己的思路：既要重視儀器的先進(jìn)性，又要考慮學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)原理的系統(tǒng)性和實(shí)用性。做到以實(shí)用和培養(yǎng)學(xué)生能力為主，盡可能將資金花在刀刃上，避免浪費(fèi)，同時(shí)，又要有一定的先進(jìn)性。

一、現(xiàn)代與傳統(tǒng)相結(jié)合，既重先進(jìn)，又不忽視基本原理的掌握

現(xiàn)在生產(chǎn)的實(shí)驗(yàn)儀器，大都很現(xiàn)代化，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，一般只需要連接很少的幾根線，按下開關(guān)，幾分鐘，甚至幾秒鐘就能完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)，基本上不需要學(xué)生了解其工作原理；但這樣的實(shí)驗(yàn)看起來(lái)很先進(jìn)、很實(shí)用，實(shí)際上，它不適合對(duì)學(xué)生能力尤其是儀器運(yùn)行的物理學(xué)原理的學(xué)習(xí)和培養(yǎng)，而僅適合于作其他科學(xué)的研究。

針對(duì)這種情況，我們購(gòu)置新設(shè)備后，沒(méi)有放棄傳統(tǒng)儀器，而是相互印證教學(xué)，達(dá)到了較好的效果。

例如：在物理學(xué)實(shí)驗(yàn)中，有一個(gè)“電位差計(jì)”的實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生學(xué)會(huì)使用電位差計(jì)測(cè)電位差，認(rèn)識(shí)其工作原理，將來(lái)學(xué)生可以結(jié)合實(shí)際工作，設(shè)計(jì)出滿足專業(yè)需要的儀器設(shè)備。如果僅僅會(huì)使用，是不符合我們物理學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目地的，這時(shí)，我們就新老儀器一起應(yīng)用于教學(xué)。

如圖1所示，是近年來(lái)儀器生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的一種電位差計(jì)，只要將“待測(cè)電位差”的兩個(gè)線頭連好，接通電源，選擇合適量程，即可從“結(jié)果顯示屏”上讀出待測(cè)的電位差值的大小，其測(cè)量過(guò)程最多幾分鐘，很快且很現(xiàn)代化，但展示在學(xué)生面前的是個(gè)“黑箱”，學(xué)生只會(huì)測(cè)量，但不了解其測(cè)試原理，達(dá)不到我們的教學(xué)目的。

圖1 UJ33D-2型數(shù)字電位差計(jì)測(cè)量電位差

同樣是測(cè)量電位差，如下頁(yè)圖2所示，是早年我們實(shí)驗(yàn)室的老師，根據(jù)需要設(shè)計(jì)的一套測(cè)試裝置，看起來(lái)設(shè)備簡(jiǎn)陋，很落后，但是，其工作原理很明確，就是根據(jù)惠斯通電橋平衡原理，通過(guò)電橋平衡求得的。

通過(guò)老師的講解，學(xué)生可以從圖2中認(rèn)識(shí)交直流變換電源、電阻箱、開關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)電源、檢流計(jì)等常用器材和部件，通過(guò)用導(dǎo)線將這些部件連接起來(lái)，并檢查錯(cuò)誤，使其能正常運(yùn)行，可以使學(xué)生了解一個(gè)完整的電路及其工作原理，這對(duì)學(xué)生由理論學(xué)習(xí)上升到實(shí)際操作，做到理論與實(shí)踐相結(jié)合是很有好處的。

通過(guò)講解和學(xué)習(xí)，雖然儀器粗糙，但物理學(xué)原理很直觀明了，學(xué)生很容易看懂和學(xué)會(huì)，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生掌握基本原理，提高實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新技能十分有益。

圖2 自組織裝置測(cè)量電位差

因此，在學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，讓學(xué)生同時(shí)做圖1和圖2兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，并讓學(xué)生進(jìn)行比較，這對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生對(duì)原理的掌握和認(rèn)識(shí)，很有幫助。

二、充分利用實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，努力培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力

有了較充裕的資金后，是一種設(shè)備買十幾套或幾十套，讓學(xué)生同時(shí)做，還是多買幾種少買幾套讓學(xué)生分別做，也是需要考慮的實(shí)際問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)我們的認(rèn)真調(diào)研和分析，結(jié)合實(shí)際情況，我們決定，一種儀器買6套，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室放三種儀器，這樣，與一個(gè)實(shí)驗(yàn)室放一種儀器共18套相比，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，我們分析：首先，這樣做有效地避免了重復(fù)，節(jié)約了資金。使學(xué)生在同等條件下，可以多見多做二種不同的實(shí)驗(yàn)。其次，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)空間，降低了建筑和空間開支，假設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室只能容下18套實(shí)驗(yàn)儀器，原來(lái)只能放一種儀器，學(xué)生認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)的是“一”，那么，現(xiàn)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室放三種6套實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生可以學(xué)習(xí)三種不同儀器的使用方法和原理，得到的是“三”。第三，方便了學(xué)生自學(xué)。目前，我們的教學(xué)方法是，老師第一次上課時(shí)，將該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)三個(gè)實(shí)驗(yàn)的儀器全部介紹完，學(xué)生以后憑記憶和自學(xué)來(lái)做實(shí)驗(yàn)，如不明白，還可問(wèn)老師和同學(xué)，同樣是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室18套儀器，如果是同種儀器的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，則老師講解后，學(xué)生就做，學(xué)生可以不假思索很快完成，而現(xiàn)在是三種不同的實(shí)驗(yàn)，每種實(shí)驗(yàn)儀器6套，學(xué)生聽講完后，學(xué)生只做其中的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，下次再來(lái)做另外一個(gè)。這樣，等下次來(lái)時(shí)，學(xué)生可能忘了，這時(shí)，需要憑他的記憶，再加上自學(xué)和同學(xué)或老師的指點(diǎn)來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為，更有利于對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和對(duì)知識(shí)獲取的培養(yǎng)。

三、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐，我們探索了在空間和資金有限的條件下，如何搞好基礎(chǔ)課教學(xué)，如何將現(xiàn)代化先進(jìn)儀器與傳統(tǒng)設(shè)備相結(jié)合，合理利用場(chǎng)地和設(shè)備，如何將培養(yǎng)學(xué)生能力與學(xué)生分?jǐn)?shù)相結(jié)合的教學(xué)思路。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的逐漸好轉(zhuǎn)，相信以后國(guó)家對(duì)高等教育的投入會(huì)逐年加大，相關(guān)問(wèn)題值得我們繼續(xù)研究。

[1]王墨林，羅樂(lè).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2012，31（12）：140-144.

[2]王月明，劉官元，董大明.網(wǎng)絡(luò)背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探討[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2010，23（3）：15-18.

[3]崔文芳.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)助推學(xué)生創(chuàng)新能力提升[J].現(xiàn)代閱讀，2012，（10）：147-147.

[4]楊宏偉.物理學(xué)（第三版）[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2012.

[5]楊宏偉.強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，促進(jìn)研究性教學(xué)與素質(zhì)教育相結(jié)合[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，24（1）：14-16.

[6]楊宏偉.物理教學(xué)中提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的措施[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（3）：124-126.

G642.0

A

1674-9324（2014）28-0269-02