大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)策略和模式創(chuàng)新案例
——拉脫法測(cè)量液體表面張力系數(shù)

李慧麗 趙 炯

（華北理工大學(xué)輕工學(xué)院 河北 唐山 064000）

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工科院校專(zhuān)業(yè)重要基礎(chǔ)課程之一，是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和用實(shí)驗(yàn)方法觀察研究物理現(xiàn)象規(guī)律能力的開(kāi)端。就現(xiàn)實(shí)而言，學(xué)生在中學(xué)階段動(dòng)手實(shí)驗(yàn)甚至接觸儀器的情況很是少，加之實(shí)驗(yàn)內(nèi)容通常與大學(xué)物理相聯(lián)系，理論知識(shí)較復(fù)雜。這就造成了學(xué)生不知教師所云，出現(xiàn)想糊弄應(yīng)付、“坐大車(chē)”的現(xiàn)象[1]。為了提高課堂效率，我們打破傳統(tǒng)帶班模式，采用自主選課的形式，走出了一條特色道路。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)了學(xué)生網(wǎng)上自主選課，自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的開(kāi)放式教學(xué)模式[2]。這種教學(xué)模式真正體現(xiàn)了以學(xué)生為主體，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣和獨(dú)立思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的精神，加強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維能力鍛煉，提升了學(xué)生動(dòng)手操作能力。以拉脫法測(cè)量液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)課程為例，實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)策略和模式創(chuàng)新體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

1.確定三個(gè)教學(xué)目標(biāo)

1.1 知識(shí)目標(biāo)

通過(guò)理論課程的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生能夠熟悉液體表面張力產(chǎn)生原因；了解影響液體表面張力系數(shù)的因素；掌握拉脫法測(cè)液體表面張力的物理過(guò)程和物理現(xiàn)象，并用物理學(xué)基本概念和定律進(jìn)行分析和研究，加深對(duì)物理規(guī)律的理解。

1.2 能力目標(biāo)

1.2.1 分析問(wèn)題能力：教師以水的表面張力為課程主線(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生思考并尋找答案，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，提升分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

1.2.2 科研創(chuàng)新能力：教師介紹最新相關(guān)科研成果，使學(xué)生了解最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)其科研思維和創(chuàng)新思維。通過(guò)線(xiàn)下理論-實(shí)踐課程，分析水的表面張力產(chǎn)生機(jī)制，掌握砝碼定標(biāo)的方法，通過(guò)理論推導(dǎo)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、探索知識(shí)的能力；實(shí)踐與課程創(chuàng)新能力。

1.3 素質(zhì)目標(biāo)

1.3.1 提升學(xué)生的認(rèn)知、實(shí)踐能力：理論與實(shí)踐相結(jié)合，通過(guò)課前預(yù)習(xí)、課中教師講解、學(xué)生實(shí)踐、課后教師批改報(bào)告等形式，融入“團(tuán)結(jié)、協(xié)作、質(zhì)疑、友善、誠(chéng)信、公正”等核心價(jià)值觀[3]。

1.3.2 極大引發(fā)學(xué)生基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的關(guān)注度，使學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣。表現(xiàn)在學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐，在理論知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，提高了自身對(duì)課程學(xué)習(xí)的專(zhuān)注度，使主動(dòng)探索問(wèn)題的能力得到提高。

1.3.3 將物理學(xué)與人文完美融合，實(shí)現(xiàn)“寓教于享、寓教于樂(lè)”[4]。通過(guò)《琵琶行》中“嘈嘈切切錯(cuò)雜彈，大珠小珠落玉盤(pán)”引出由于液體表面張力存在產(chǎn)生的自然現(xiàn)象，以文學(xué)為主導(dǎo)融入多種藝術(shù)形式等多樣化的教學(xué)策略，將物理學(xué)與人文融合一起，使枯燥的物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)現(xiàn)了人文化，預(yù)期達(dá)到寓教于享、寓教于樂(lè)的情感目標(biāo)。同時(shí)課程思政也融入教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到表面張力既可以成為人類(lèi)游泳的阻力，也可以成為昆蟲(chóng)的生存秘籍，使學(xué)生辯證的看待困難，變壓力為動(dòng)力。

上述三個(gè)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要把握好學(xué)生課前的學(xué)情。其中有利學(xué)情包括：（1）課前學(xué)生已經(jīng)掌握了物體受力分析方法和分子運(yùn)動(dòng)學(xué)理論內(nèi)容，對(duì)用拉脫法測(cè)量液體表面張力系數(shù)課程學(xué)習(xí)有一定的理論基礎(chǔ)。（2）課前學(xué)生完成了預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，對(duì)本次課程有了一定的了解。（3）課前學(xué)生已經(jīng)掌握了逐差法處理數(shù)據(jù)的方法，對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理有很大的幫助。不利學(xué)情包括：（1）學(xué)生早期未接觸液體表面張力知識(shí)，存在知識(shí)缺陷，導(dǎo)致理解有困難，增加學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的難度。（2）砝碼定標(biāo)的方法求轉(zhuǎn)換系數(shù)，極大增加了學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的難度系數(shù)，對(duì)教師授課提出巨大挑戰(zhàn)。（3）學(xué)生在拉脫法測(cè)量液體表面張力過(guò)程中尋找向上拉環(huán)最大拉力位置很難控制，增大了實(shí)驗(yàn)誤差，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生質(zhì)疑。教師通過(guò)課前學(xué)情的把握，能夠了解學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)，便于安排實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。

2.教師教學(xué)三部曲

2.1 課前教師準(zhǔn)備工作

課前教師完成網(wǎng)上選課平臺(tái)的搭建及設(shè)置和實(shí)驗(yàn)儀器的檢修、調(diào)試及擺放工作，并且告知學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)課程的上課流程及安排。教師具體工作包括：（1）錄制微課視頻。（2）完善虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中本實(shí)驗(yàn)相關(guān)內(nèi)容。（3）準(zhǔn)備課中教學(xué)活動(dòng)及拓展內(nèi)容。（4）完成課堂所需實(shí)驗(yàn)裝置及教具的調(diào)試。而學(xué)生首先要自主學(xué)習(xí)，觀看教師錄制的微課視頻，對(duì)本次課程的核心知識(shí)點(diǎn)有初步認(rèn)識(shí)和了解；其次，學(xué)生認(rèn)真完成液體表面張力系數(shù)測(cè)量的預(yù)習(xí)報(bào)告；最后，學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)操作。

課前教學(xué)策略的目的主要包含四個(gè)方面：（1）物理實(shí)驗(yàn)中心虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)能夠展現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，為學(xué)生儀器操作奠定一定的基礎(chǔ)。通過(guò)液體表面張力系數(shù)測(cè)量的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生能夠?qū)x器操作有一定了解。（2）學(xué)生經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的初步自學(xué)，簡(jiǎn)單總結(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和操作，并完成預(yù)習(xí)報(bào)告，能夠?qū)?shí)驗(yàn)課程理論有一個(gè)深刻的認(rèn)識(shí)，并且?guī)е鴨?wèn)題去學(xué)習(xí)。這就改變了以往填鴨式的授課方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性[5]。（3）視頻播放的目的是為了提煉液體表面張力實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，為學(xué)生初步展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。（4）撰寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告，有助于提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)、總結(jié)提煉的能力。

2.2 教師課上講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

教師以液體表面張力的發(fā)現(xiàn)、解釋、提出理論和驗(yàn)證的縱向邏輯思維為思路，穿插與表面張力有關(guān)的自然現(xiàn)象，最終引出本實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹獪y(cè)量計(jì)算出自來(lái)水表面張力系數(shù)。

實(shí)驗(yàn)授課過(guò)程包含以下三個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）引課-介紹表面張力相關(guān)的自然現(xiàn)象。以現(xiàn)象-本質(zhì)為線(xiàn)，穿插以科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行授課。物理實(shí)驗(yàn)課程是學(xué)生“看得見(jiàn)、摸得著”一門(mén)課程，能夠形象地展示自然現(xiàn)象，加深學(xué)生對(duì)表面張力概念和產(chǎn)生的記憶和理解。實(shí)驗(yàn)課程實(shí)施具體策略：首先，教師提到自然界關(guān)于表面張力的現(xiàn)象；其次，對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行解釋?zhuān)蛔詈笈e出表面張力在實(shí)際生產(chǎn)生活中的應(yīng)用有哪些？這樣的課程設(shè)計(jì)主要是以介紹不同自然現(xiàn)象的方式引入液體表面張力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師能夠把課堂內(nèi)容和思政融合到一起。通過(guò)觀察引入不同現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及求真務(wù)實(shí)的態(tài)度。

（2）教師講解實(shí)驗(yàn)原理。教師以大學(xué)物理力學(xué)知識(shí)為依托，分析實(shí)驗(yàn)中向上拉動(dòng)的鋁環(huán)最大拉力，建立等式。由于拉動(dòng)鋁環(huán)的拉力實(shí)驗(yàn)無(wú)法測(cè)量，需要尋求另外一個(gè)物理量去代替拉力。為了滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)測(cè)量要求，表面張力實(shí)驗(yàn)提供了測(cè)量的物理量為電壓。這就要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中找到力與電壓的轉(zhuǎn)換系數(shù)才能夠計(jì)算出自來(lái)水液體表面張力系數(shù)。實(shí)驗(yàn)講解過(guò)程要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是用標(biāo)準(zhǔn)砝碼對(duì)測(cè)量?jī)x進(jìn)行定標(biāo)；難點(diǎn)是拉脫法測(cè)定自來(lái)水的表面張力系數(shù)時(shí)的受力分析。這種授課策略以液體表面張力為主線(xiàn)，在理論課程講解同時(shí)穿插實(shí)驗(yàn)演示，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)液體表面張力產(chǎn)生機(jī)制，掌握砝碼定標(biāo)的方法，進(jìn)而能夠利用逐差法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（3）課上學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生單人單組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而達(dá)到提升動(dòng)手操作和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ唤處熌軌騿蝹€(gè)輔導(dǎo)學(xué)生，針對(duì)具體問(wèn)題及時(shí)處理，保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)的順利完成；學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師觀察學(xué)生操作狀況，匯集學(xué)生產(chǎn)生的問(wèn)題，針對(duì)不同問(wèn)題統(tǒng)一或單獨(dú)指導(dǎo)。

2.3 課后教師批改報(bào)告

課后教師根據(jù)課前預(yù)習(xí)占10%、課堂表現(xiàn)占45%、數(shù)據(jù)處理占45%對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行打分。實(shí)驗(yàn)報(bào)告能夠反應(yīng)學(xué)生課上理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作情況。教師針對(duì)報(bào)告中的問(wèn)題給與批示。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的錯(cuò)誤能夠進(jìn)行分析和總結(jié)，加深對(duì)表面張力實(shí)驗(yàn)的理解。一方面，學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、修正、完成及報(bào)告撰寫(xiě)，提升了自身的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性和完整性，培養(yǎng)了科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰八季S。另一方面，教師課后能在網(wǎng)上提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)的課外材料，拓寬了學(xué)生知識(shí)的廣度。同時(shí)，教師能夠在網(wǎng)上及時(shí)獲得學(xué)生反饋意見(jiàn)，進(jìn)而不斷改進(jìn)提升自身的教學(xué)質(zhì)量。

3.教師教學(xué)策略

3.1 教學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)儀器相結(jié)合。通過(guò)實(shí)驗(yàn)儀器的操作加深學(xué)生感官認(rèn)識(shí)，形象生動(dòng)地理解液體表面張力概念，更加深入掌握實(shí)驗(yàn)原理。

3.2 板書(shū)的運(yùn)用：通過(guò)板書(shū)將鋁環(huán)受力分析和逐差法呈現(xiàn)于黑板，使學(xué)生能夠充分地理解表面張力產(chǎn)生的根本原因。

3.3 媒體應(yīng)用：利用教學(xué)視頻展示水蜘蛛在水面輕盈地行走和夏天荷葉上的水珠。引出實(shí)驗(yàn)課程研究的問(wèn)題—液體表面張力。學(xué)生有感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，透過(guò)自然現(xiàn)象看到液體表面張力的本質(zhì)。

3.4 實(shí)驗(yàn)器材的應(yīng)用：能生動(dòng)再現(xiàn)液體表面張力實(shí)驗(yàn)過(guò)程，便于學(xué)生理解液體表面張力。

3.5 實(shí)驗(yàn)獨(dú)立操作：學(xué)生能夠探索液體表面張力實(shí)驗(yàn)存在的未知問(wèn)題，加深對(duì)表面張力概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

3.6 設(shè)置問(wèn)題：在授課過(guò)程中穿插提問(wèn)、設(shè)問(wèn)等形式，引導(dǎo)學(xué)生建立獨(dú)立思考的能力，激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣。

3.7 課堂交流：學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題相互之間進(jìn)行討論，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

4.教學(xué)特色

拉脫法測(cè)液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)課程采用了互動(dòng)式教學(xué)模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、主動(dòng)性。主要體現(xiàn)在：（1）預(yù)習(xí)互動(dòng)：學(xué)生課前從網(wǎng)上預(yù)習(xí)，包括每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、原理、仿真調(diào)節(jié)等，寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)前教師當(dāng)面檢查預(yù)習(xí)程度。（2）實(shí)驗(yàn)互動(dòng)：?jiǎn)稳藛谓M運(yùn)行，教師通過(guò)巡視、觀察，了解每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，適時(shí)指導(dǎo)，體現(xiàn)學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的互動(dòng)教學(xué)。（3）課后互動(dòng)：實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改后，在下一次實(shí)驗(yàn)前返還學(xué)生，教師適時(shí)將實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的問(wèn)題當(dāng)面說(shuō)清或在報(bào)告中批注，學(xué)生有問(wèn)題到辦公室或網(wǎng)上提問(wèn)。

總之，對(duì)拉脫法測(cè)量液體表面張力系數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略和模式的創(chuàng)新能夠最大限度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性；能夠培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力以及求真務(wù)實(shí)的態(tài)度；能夠提升學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生愛(ài)國(guó)情懷。