淺談大學(xué)生實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)

張倫 于建勇 李艷 郭三棟 渠立成

摘 要：大學(xué)物理實驗是大學(xué)生在高校從事科學(xué)實驗的起步，因此，如何通過該課程培養(yǎng)大學(xué)生良好的實驗素養(yǎng)是一個值得深思的課題。此文以該校工科大學(xué)物理實驗教學(xué)為例，首先闡述了當(dāng)前低年級學(xué)生在實驗素養(yǎng)方面存在的不足之處。其次，針對前面提及的幾個問題提出解決方案，即培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度和迎難而上的實驗精神，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)的實驗思想和良好的實驗習(xí)慣以及增強學(xué)生的主觀能動性。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實驗 實驗素養(yǎng) 不足之處 解決方案

中圖分類號：G64 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（c）-0109-03

Abstract：It is the first step that university students are engaged in scientific experiment in college physics experiment course. Therefore，it is worthy to study how to cultivate good experimental literacy for students in this course.In this paper，we take the engineering students of our university for example on the basis of physics experiment teaching.It is clarified firstly that the experimental literacy of junior students is not good enough in some aspects at present.Then some solutions are presented according to above shortcomings by cultivating rigorous attitudes，brave spirit，system thought，good habbit and subjective initiative of students in the experiments.

Key Words：College Physics Experiment；Experimental Literacy；Shortcomings；Solutions

物理學(xué)是一門建立在實驗基礎(chǔ)上的學(xué)科，因此，物理實驗在物理學(xué)的發(fā)展中起到舉足輕重的作用。高校作為國家培養(yǎng)人才的基地，源源不斷地向社會各個領(lǐng)域輸送人才。因此，高等教育歷來受到各界人士關(guān)注，歷經(jīng)改革，目的是更好地為國家培養(yǎng)結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良的優(yōu)秀人才，不斷滿足社會需求。優(yōu)良的實驗素養(yǎng)是各類人才應(yīng)該具備的素質(zhì)，然而，良好的科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，而是潛移默化的過程。大學(xué)物理實驗這門課程則是學(xué)生大學(xué)期間從事科學(xué)實驗的起步，其宗旨是讓同學(xué)掌握基本的實驗知識和基本實驗方法以及培養(yǎng)學(xué)生的實驗技能和實驗素養(yǎng)。因此，大學(xué)物理實驗教學(xué)改革一直受到廣大高校教師的重視和研究[1-5]，實驗教學(xué)手段日趨多樣化，水平隨之提高。

然而，當(dāng)前大學(xué)物理實驗教學(xué)仍然存在一些問題需要進一步解決。以該校工科大學(xué)生為例，筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)前低年級大學(xué)生缺乏一定的實驗素養(yǎng)?？茖W(xué)的實驗素養(yǎng)對于大學(xué)生日后的學(xué)習(xí)深造或工作具有深遠影響，學(xué)生一旦擁有良好的實驗素養(yǎng)，會受益無窮。因此，該文目的是從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度和迎難而上的實驗精神、系統(tǒng)實驗思想的建立、良好實驗習(xí)慣的養(yǎng)成以及較強的主觀能動性的形成等方面來淺顯地談?wù)劦湍昙壌髮W(xué)生實驗素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1 當(dāng)前低年級大學(xué)生實驗素養(yǎng)的幾個不足之處

分析認(rèn)為當(dāng)前該校低年級大學(xué)生在實驗素養(yǎng)方面主要存在以下幾個方面的不足。

（1）缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度。筆者在實驗教學(xué)中發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)學(xué)生會主動注重實驗結(jié)果的合理性，認(rèn)真多次做實驗，直至得到合理結(jié)果；而多數(shù)學(xué)生則是做完實驗，記錄得到實驗數(shù)據(jù)，就算大功告成，急于離開實驗室。

（2）缺乏迎難而上的實驗精神。從多年來的選課結(jié)果來看，學(xué)生普遍喜歡選做容易操作的實驗，盡量回避操作相對較難的光學(xué)實驗。而且，自從去年個人選課系統(tǒng)啟用后，光學(xué)實驗越發(fā)受冷落，其中，以分光計測光柵常數(shù)和分光計測三棱鏡玻璃折射率這兩個實驗最為典型。如果有其它實驗可選的情況下，選這兩個實驗的同學(xué)很少。

（3）相對系統(tǒng)的實驗思想尚未形成。學(xué)生實驗思想的形成不是一蹴而就的，需要長時間的積累。經(jīng)典性實驗、認(rèn)知性實驗、綜合性和設(shè)計性等各類實驗都能培養(yǎng)學(xué)生的實驗思想，但筆者認(rèn)為綜合性和設(shè)計性實驗更能訓(xùn)練學(xué)生的思維方式。以磁懸浮導(dǎo)軌動力學(xué)實驗為例，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生缺乏基本的實驗思想，如分組思想等。在磁懸浮導(dǎo)軌上可以做多項內(nèi)容，其中有一項實驗內(nèi)容是研究速度和位移的關(guān)系，因為研究兩個量之間的關(guān)系，就不能允許其他物理量變化，即初速度和加速度不能改變。雖然課上強調(diào)，少數(shù)同學(xué)在實驗中仍然會改變初速度和加速度，實驗數(shù)據(jù)雜亂無章，不能進行數(shù)據(jù)分析。

（4）良好的實驗習(xí)慣尚未養(yǎng)成。良好的實驗習(xí)慣不僅決定著實驗的成敗，而且對學(xué)生日后的工作或進一步深造有著深遠影響。好的實驗習(xí)慣有很多，如：勤記數(shù)據(jù)、愛思考、仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象等。這里仍然以磁懸浮實驗中的速度和位移關(guān)系研究為例，該項內(nèi)容通常要求學(xué)生記錄5組數(shù)據(jù)進行研究，但是，學(xué)生經(jīng)常會做錯一組或幾組，需要重做。如果學(xué)生記錄的數(shù)據(jù)齊全，只需把做錯的實驗重做即可；遺憾的是少數(shù)同學(xué)有時忘記記錄斜坡的傾角，致使5組實驗全部重做，費時費力。

（5）主觀能動性發(fā)揮不足。由于經(jīng)典性實驗、簡單驗證性和認(rèn)知性實驗偏多，而且實驗步驟寫得比較詳細(xì)，學(xué)生只要按照實驗講義上的內(nèi)容一步一步地操作，就能輕松地得到實驗結(jié)果。這使得學(xué)生在實驗過程中不愛思考，只是機械地記錄數(shù)據(jù)，甚至不主動分析實驗數(shù)據(jù)是否合理。此外，在實驗操作中，學(xué)生常顯得束手束腳，在實驗步驟上不敢做改進的嘗試，極少有實驗方法的創(chuàng)新。

2 培養(yǎng)大學(xué)生實驗素養(yǎng)的方案探討

針對上述大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題，為了更好地培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)實驗素養(yǎng)，應(yīng)該合理地安排實驗，課上加強引導(dǎo)，多方位多角度地培養(yǎng)學(xué)生的實驗?zāi)芰蛯嶒灱记?。分析認(rèn)為可以從以下幾個方面著手。

（1）師生共同努力培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度。

培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度需要師生的共同努力，教師需要耐心引導(dǎo)，學(xué)生需要積極配合、認(rèn)真對待。以雙棱鏡干涉實驗為例，為了測量入射光的波長，第一步需要測出干涉條紋間距，然后測量像距及其他參量。如果第一步結(jié)果出錯，最終的結(jié)果必然是錯的。為了及時發(fā)現(xiàn)錯誤，教師可以中途檢查所有同學(xué)的第一步實驗結(jié)果，結(jié)果正確的同學(xué)才可以進行下一步操作。這樣就可以把錯誤扼殺在搖籃里。而且仍要告訴同學(xué)第一步出錯很容易造成待測光波長不是可見光，實驗結(jié)果嚴(yán)重偏離事實。再比如，分光計測光柵常數(shù)的實驗中，學(xué)生因不知道衍射角的幾分偏差會對實驗結(jié)果有什么影響，常常不在意這個誤差，教師可以告訴幾分誤差最終會造成多大誤差，引起同學(xué)重視。當(dāng)教師發(fā)現(xiàn)同學(xué)實驗數(shù)據(jù)錯誤需要讓其要重做時，溫和的語氣可能比命令的口吻要好一點，通過課上的點點滴滴來培養(yǎng)學(xué)生正確的實驗態(tài)度。

（2）教師正面引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生迎難而上的實驗精神。

針對前面提到的學(xué)生不愛選較難實驗的這一現(xiàn)象，筆者認(rèn)為教師可以從正面加以引導(dǎo)。一是教師在緒論課上可以告訴同學(xué)，較難的實驗更利于培養(yǎng)個人的動手能力。如分光計實驗雖然難，但可以提高動手能力，且促進學(xué)生理解理論課所學(xué)內(nèi)容。二是在教師課后與學(xué)生談心的過程中，可以從自身的學(xué)習(xí)體會中對學(xué)生加以引導(dǎo)。必要時，可以將學(xué)生不太愛選做的實驗設(shè)置成必修實驗，加以有效的督促。

（3）增加設(shè)計性、綜合性實驗培養(yǎng)學(xué)生的實驗思想。

學(xué)生實驗思想的培養(yǎng)是一個全面系統(tǒng)的工程，需要對實驗進行精挑細(xì)選，多方位多角度對學(xué)生進行訓(xùn)練和引導(dǎo)，甚至單單一門大學(xué)物理實驗課程難以完成此重任。各類實驗都能從不同角度、不同層次培養(yǎng)學(xué)生的實驗思想，其中設(shè)計性和綜合性實驗更能培養(yǎng)學(xué)生的思想。分析認(rèn)為，可以挑選原理和內(nèi)容相對簡單的綜合性實驗來培養(yǎng)一些樸素而又重要的實驗思想。例如：磁懸浮導(dǎo)軌動力學(xué)實驗內(nèi)容和原理雖然簡單，學(xué)生高中就學(xué)過，但其中暗含重要的實驗思想，如：分組思想等。在實驗中如何研究兩個物理量之間的關(guān)系，如何才能減小實驗誤差，如何能夠快速檢查實驗結(jié)果的合理性，如何找出實驗錯誤的原因，都需要一定的實驗思想作指導(dǎo)。

然而，實驗思想不是通過一個實驗就能形成，需要做多個實驗，進行多次訓(xùn)練。因此，可以適當(dāng)選一些原理和內(nèi)容相對簡單實驗來訓(xùn)練學(xué)生的思維方式。為什么要選原理簡單、內(nèi)容為學(xué)生熟悉的實驗?zāi)兀恳驗閷嶒炘磔^難，學(xué)生的重心容易轉(zhuǎn)向?qū)嶒炘淼睦斫?，短短三?jié)課既要理解原理，又要訓(xùn)練實驗思想不太現(xiàn)實。比較可行的辦法是弱化原理本身，在課堂教學(xué)中把重心放在各種實驗思想的培養(yǎng)上。至于開設(shè)哪些實驗需要進一步地調(diào)研。

為了促進學(xué)生實驗思想更好地形成，可以開設(shè)選修實驗或創(chuàng)新實驗，將大學(xué)生科研訓(xùn)練和大學(xué)物理實驗相結(jié)合，讓學(xué)生根據(jù)自己專業(yè)或愛好進行選題，自主設(shè)計實驗內(nèi)容。然后教師在實驗過程中對學(xué)生進行實驗內(nèi)容或?qū)嶒灧桨傅恼{(diào)整。

（4）教師潛移默化地熏陶培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣。

培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣，不是朝夕之功，需要實驗教師在課堂教學(xué)中潛移默化地熏陶培養(yǎng)。通過一、兩個實驗不可能培養(yǎng)出良好的實驗習(xí)慣，實驗習(xí)慣的養(yǎng)成需要教師長期的點滴指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生實驗中表現(xiàn)出的不良習(xí)慣，需要教師隨時隨地的指正，如學(xué)生不善于記錄數(shù)據(jù)時，告訴同學(xué)為什么要盡可能地多記實驗條件；學(xué)生不愛思考時，給他提幾個問題思考；學(xué)生不愛觀察實驗現(xiàn)象時，給他說明為什么要注重實驗現(xiàn)象的觀察；學(xué)生粗心大意時，給他說明認(rèn)真細(xì)致的重要性。

（5）放開手、充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

在實驗中賦予學(xué)生更多的自由，將會有助于學(xué)生主觀能動性的發(fā)揮。實驗步驟寫得過于詳細(xì)，不利于學(xué)生主觀能動性的調(diào)動。當(dāng)然，在上學(xué)期開出的實驗中，詳細(xì)的步驟也是必須的，畢竟學(xué)生此前受過的實驗訓(xùn)練不多。但隨著學(xué)生實驗次數(shù)的增加和實驗?zāi)芰Φ奶岣撸环矫婵梢栽黾右恍┻x作實驗項目，不給詳細(xì)的實驗步驟，給同學(xué)留有思考的空間；另一反面，教師可以根據(jù)課堂進度提出一些小問題，讓學(xué)生思考并解決。

改變教師授課為主的方式，采用互動授課方式。比如，每個實驗都暗含著一個設(shè)計思想，對于設(shè)計相對簡單的實驗，教師可以提出問題：“同學(xué)們，如果讓你們來設(shè)計這個實驗，你們怎么設(shè)計呢？”。讓同學(xué)思考片刻，或暢談自己的方法后，最后教師給出答案。這樣，可以有效激發(fā)同學(xué)思考，增強其實驗的主人翁意識。此外，建議學(xué)生在小結(jié)里寫出自己做實驗的感受以及對實驗方法和實驗儀器進行改進的方法等，也可以調(diào)動學(xué)生的積極性。

3 結(jié)語

綜上所述，該文闡述了當(dāng)前低年級大學(xué)生在實驗素養(yǎng)方面的不足之處，提出培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)的探討方案，歸納為以下幾點：（1）師生共同努力培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀾B(tài)度。（2）教師正面引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生迎難而上的實驗精神。（3）增加設(shè)計性、綜合性實驗培養(yǎng)學(xué)生的實驗思想。（4）教師潛移默化地熏陶培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣。（5）放開手、充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。

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