《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程學(xué)習(xí)過程中常見問題與分析

尹教建++張亞萍

【摘 要】《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》對大多數(shù)大學(xué)生來說是第一門實(shí)踐類的必修課程，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題較多。文章從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)方面總結(jié)分析了學(xué)生常見的問題，并給出了正確的做法，希望為學(xué)生學(xué)習(xí)效率和綜合能力的提高提供有益的幫助。

【關(guān)鍵詞】《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》 常見問題 分析

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》是各高校理工科非物理專業(yè)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的一門獨(dú)立的必修課程，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端[1]，在實(shí)驗(yàn)思想、實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)[2]。這門課程一般在高校理工科非物理專業(yè)一、二年級開設(shè)[3]，是大多數(shù)學(xué)生接觸到的第一門實(shí)踐類課程。與理論課程相比較，《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》具有目的性強(qiáng)、內(nèi)容廣泛、注重?cái)?shù)據(jù)處理等特點(diǎn)[4]，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中具有更大的獨(dú)立性、自由性和探究性[5]。大多數(shù)學(xué)生對《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》的認(rèn)識還停留在高中演示實(shí)驗(yàn)階段，不適應(yīng)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》的課程特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)過程中遇到了各種各樣的問題。本文對大學(xué)生在學(xué)習(xí)《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》過程中遇到的常見問題進(jìn)行歸納總結(jié)并給出正確做法，希望能為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供一定的指導(dǎo)。

一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中的常見問題

預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)中的重要環(huán)節(jié)[6]。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中的常見問題有：對實(shí)驗(yàn)認(rèn)識程度不夠；缺乏數(shù)據(jù)表格的設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)對于完成實(shí)驗(yàn)操作具有重要的意義。學(xué)生通過高質(zhì)量的預(yù)習(xí)，能夠理解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的原理，掌握實(shí)驗(yàn)中的關(guān)鍵步驟；能夠根據(jù)原理指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)操作，對實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象及時(shí)分析、糾正；能夠快速而順利地完成實(shí)驗(yàn)操作，會有解決問題時(shí)的游刃有余感、克服困難的成就感；同時(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際的能力、動手能力，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力也會得到充分的鍛煉。反之，如果預(yù)習(xí)不夠充分，就會在實(shí)驗(yàn)操作過程中處處碰壁，即使能夠勉強(qiáng)完成實(shí)驗(yàn)，也會有很強(qiáng)的挫敗感。

預(yù)習(xí)也是鍛煉學(xué)生自學(xué)能力和設(shè)計(jì)能力的重要環(huán)節(jié)。而這種自學(xué)能力與操作儀器有著直接的關(guān)系。任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對于學(xué)生來說都有嶄新的內(nèi)容需要學(xué)習(xí)，學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中需要消化這些嶄新的知識，并轉(zhuǎn)化成對實(shí)驗(yàn)儀器的操作能力。同時(shí)，學(xué)生需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理完成對測量任務(wù)的預(yù)演，據(jù)此而設(shè)計(jì)合理的數(shù)據(jù)記錄表格。因此，實(shí)驗(yàn)前的數(shù)據(jù)記錄表格設(shè)計(jì)體現(xiàn)了學(xué)生對于整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的把握程度和設(shè)計(jì)程度。

基于上述原因，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)要求寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和數(shù)據(jù)記錄表格。其中，實(shí)驗(yàn)原理是關(guān)鍵部分，要求簡單明了，既不能把書上所有內(nèi)容都抄下來，也不能只列公式，讓人看了不知所云。同時(shí)，數(shù)據(jù)表格需要單獨(dú)設(shè)計(jì)在一張紙上，這樣既可以鍛煉學(xué)生的設(shè)計(jì)能力，也能夠避免設(shè)計(jì)內(nèi)容與教師要求不一致所帶來的問題。

二、實(shí)驗(yàn)操作中的常見問題

實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)是各種實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)的直接環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)操作中要求學(xué)生做到正確操作，認(rèn)真觀測，拒絕作弊。實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)的基本順序是：教師檢查學(xué)生的預(yù)習(xí)情況及有效證件；教師對實(shí)驗(yàn)原理、內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器等進(jìn)行簡單講解，學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)并獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；教師檢查簽字；學(xué)生獲得原始數(shù)據(jù)。

操作過程中學(xué)生常見的問題有：發(fā)現(xiàn)儀器有問題而不及時(shí)與教師聯(lián)系；測量數(shù)據(jù)記錄不符合要求；未養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣等。

實(shí)驗(yàn)過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生發(fā)現(xiàn)儀器有問題時(shí)不與教師及時(shí)聯(lián)系，以致影響了實(shí)驗(yàn)操作的進(jìn)程；甚至有的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)臨近結(jié)束時(shí)還沒有完成要求內(nèi)容，這種情況下容易出現(xiàn)抄襲數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。其主要原因是學(xué)生害怕儀器操作不當(dāng)，損害儀器，會影響實(shí)驗(yàn)操作分?jǐn)?shù)。其實(shí)，任何儀器經(jīng)過長期使用都會出現(xiàn)故障，這屬于正?，F(xiàn)象。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都配有專業(yè)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員負(fù)責(zé)儀器的維護(hù)和維修，只要遵照教材上的實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)和教師的要求正常操作，就不會影響實(shí)驗(yàn)操作的分?jǐn)?shù)。另外，如果儀器出現(xiàn)故障，通過分析反?，F(xiàn)象找出故障的原因，也是一種重要的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

測量數(shù)據(jù)記錄不符合要求，主要表現(xiàn)在有效數(shù)字的記錄和表格規(guī)范性兩個(gè)方面。

（一）有效數(shù)字記錄的正確做法。在讀取有刻度或指針的儀表時(shí)，最小刻度以下應(yīng)再估讀一位，正好是整刻度的，在估讀位上記“0”，當(dāng)然，游標(biāo)卡尺類的儀器除外；數(shù)字顯示儀表顯示值均為有效數(shù)字，不再估讀。多量程儀表要合理選擇量程，充分利用儀器精度，測量讀數(shù)有效數(shù)字位數(shù)最多，即在保證能夠測量出來的情況下，量程盡量小。

（二）數(shù)據(jù)表格的規(guī)范化要求。數(shù)據(jù)表格應(yīng)欄目清楚，項(xiàng)目分明，寫明表的序號和名稱，標(biāo)明物理量、單位及數(shù)量級，注明測量日期、說明和必要的實(shí)驗(yàn)條件，不能使用鉛筆記錄數(shù)據(jù)。

良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣會使學(xué)生終生受益。常見的不良實(shí)驗(yàn)習(xí)慣包括：不按要求整理實(shí)驗(yàn)儀器，如儀器亂擺放，不拆連接的電路，儀器不關(guān)閉工作電源等；不整理操作臺衛(wèi)生，如不清理桌面紙屑、橡皮泥，不打掃實(shí)驗(yàn)室地面衛(wèi)生等。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中要有意識地培養(yǎng)自己的科研素質(zhì)和實(shí)驗(yàn)作風(fēng)，克服這些不良習(xí)慣。為了讓學(xué)生養(yǎng)成良好的習(xí)慣，教師應(yīng)當(dāng)時(shí)時(shí)注意給予學(xué)生適當(dāng)?shù)奶嵝?。整理?shí)驗(yàn)儀器和打掃衛(wèi)生等實(shí)驗(yàn)素質(zhì)培養(yǎng)一般占實(shí)驗(yàn)操作成績的5%。

三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的常見問題

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是科技寫作的一部分，主要是訓(xùn)練用科技語言進(jìn)行科技寫作的能力。書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的基本要求是實(shí)事求是，嚴(yán)禁抄襲。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中常見的問題有：數(shù)據(jù)表格不進(jìn)行重新整理，數(shù)據(jù)處理無過程；處理數(shù)據(jù)時(shí)有效數(shù)字不正確；作圖不規(guī)范。

（一）數(shù)據(jù)表格整理

書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)不重新整理數(shù)據(jù)是大多數(shù)學(xué)生的通病。這主要是由于學(xué)生對原始數(shù)據(jù)的作用認(rèn)識不到位。原始數(shù)據(jù)的記錄與保存，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)，是形成科研成果的重要基礎(chǔ)[7]。對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析往往會得到更好的理論。比如第谷把一生的天文觀測資料留給了開普勒，開普勒經(jīng)過20年的計(jì)算和整理，相繼發(fā)表了行星運(yùn)動的第一、第二、第三定律[8]。此外，原始數(shù)據(jù)是學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)并獲得教師認(rèn)可的證明，因此，不能在原始數(shù)據(jù)上進(jìn)行任何的涂改，計(jì)算，否則視為作弊行為。由于不能在原始數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算，而原始數(shù)據(jù)又往往比較雜亂，因此書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)必須要重新整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)處理要有必要的過程，所謂有過程是指書寫公式，將數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算并得出結(jié)果的一系列過程。數(shù)據(jù)處理有過程使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理顯得條理清晰，能夠方便地查到出現(xiàn)錯(cuò)誤的計(jì)算環(huán)節(jié)，能夠容易確定計(jì)算結(jié)果的有效數(shù)位數(shù)，能夠有效避免學(xué)生在數(shù)據(jù)處理過程中的抄襲和偽造。

（二）處理數(shù)據(jù)中的有效數(shù)字問題

數(shù)據(jù)處理過程中的有效數(shù)字不正確是最常見的錯(cuò)誤之一。實(shí)際上，只要記住以下幾個(gè)規(guī)定就能解決這個(gè)問題：1.中間結(jié)果和常數(shù)的有效數(shù)字一般比直接測量讀數(shù)的有效數(shù)字多取1～2位，有效數(shù)字取舍一般采用1/2修約規(guī)則；2.合成不確定度的有效數(shù)字一般只取一位，相對誤差的有效數(shù)字取兩位，有效數(shù)字取舍采用1/3修約規(guī)則；3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效數(shù)字的末位與不確定度的末位對齊。

（三）作圖的規(guī)范化要求

正確規(guī)范的作圖基本要求包括：必須注明圖號和圖名；必須標(biāo)明坐標(biāo)軸物理量、單位和分度值；必須選用明顯的標(biāo)志符號表示數(shù)據(jù)點(diǎn)，如“△、×、○、◇、□”等，不能用“·”；坐標(biāo)軸的最小分度對應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的最后一位準(zhǔn)確數(shù)位，可以適當(dāng)放大或縮小倍數(shù)在10或0.1之內(nèi)，如測量數(shù)位3.65cm，圖紙的最小刻度應(yīng)為0.1cm；選擇合適坐標(biāo)軸比例和原點(diǎn)位置，使圖線在圖紙中央；連線必須使用工具；圖解法必須在圖紙上標(biāo)出求斜率的取點(diǎn)坐標(biāo)，有效數(shù)字正確，且為接近實(shí)驗(yàn)范圍兩端的兩個(gè)非實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，斜率和其他量的計(jì)算要有必要的過程，結(jié)果有單位，有效數(shù)字位數(shù)一般要多于測量數(shù)據(jù)的位數(shù)。

在上述作圖的規(guī)范中，學(xué)生最常見的錯(cuò)誤有：沒有注明圖號名稱；數(shù)據(jù)點(diǎn)標(biāo)志符號不明顯；圖解法時(shí)選取實(shí)驗(yàn)點(diǎn)等。實(shí)際上，每種物理實(shí)驗(yàn)教材上都有作圖及圖解法的例題。由于作圖以及圖解法有統(tǒng)一的要求，只要按照教材上的例題作圖，就能滿足作圖法的基本要求。

四、結(jié)束語

《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》對于大學(xué)生來說是一門極其重要的實(shí)踐類課程，涉及內(nèi)容范圍廣泛，使用儀器種類較多，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，學(xué)生錯(cuò)誤較多，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來較多的困惑。本文從實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)報(bào)告三個(gè)方面總結(jié)了學(xué)生常見的問題，指出了某些實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)存在的意義，分析了出現(xiàn)問題的原因，并給出了正確的解決方法，希望為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供有益的幫助。

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