寻找物理实验共性，提高教学效率

姚 勇，宋文博，马 欣，王湘川，张怀作，杨 军

（西南石油大学 理学院，四川 成都 610500）

寻找物理实验共性，提高教学效率

姚 勇，宋文博，马 欣，王湘川，张怀作，杨 军

（西南石油大学 理学院，四川 成都 610500）

为了挖掘实验课中的存在共性，使被讨论的共性更加具体化，该文从原理、仪器、数据处理等多方面进行了详细的探讨，首先分析了目前物理实验教学中教学效率不高的原因，然后从多个方面来分析实验课中存在的共性，提出了从共性出发，顾及个性来提高教学效率。实践表明，使用这样的教学方法提高了教学效率，同时提高了学生知识的迁移和动手能力。

物理实验；共性；教学效率；迁移

物理实验是大学本科独立的、必修的课程，是提高动脑和动手能力的一门重要的基础课程。每个高校都为此配备了很多仪器和师资，但是并没有达到预期的教学效果，教学效率不高。多篇文献探讨了如何提高教学效率［1－3］，如提高师生的教学积极性，充分运用多媒体和计算机技术等。笔者就实验本身来思考这个问题，提出实验的共性是提高教学效率的一个重要因素［4］。

1 目前存在的问题

在日常实验课教学中，学生会接触到不同的实验。每次实验课内容对学生而言，都是全新的。面对每一个新实验，很多学生会畏首畏尾，不敢大胆做实验。即使他们做好课前预习和听课，做完实验，面对大量实验数据，无从下手，不敢处理实验数据，所以他们的学习效率不高。造成这个现象的原因是学生缺乏对新仪器的了解，缺乏对整个实验的把握，缺少做实验和处理数据的流程，即缺乏经验或者把握实验的共性等。

2 发掘物理实验中的共性

2.1 发掘仪器和实验操作共性

很多仪器在设计和操作方面都具有相同的地方。如光的干涉相对于其他光学实验而言，是一个简单入门型的光学实验，授课时可以优先放在前面。在光的干涉实验中，移测显微镜具有普通光学仪器的标准配置，如目镜、物镜、调焦手轮、读数装置、定位叉丝等。如何使用，比如调焦，调焦原理是什么；调目镜，调节目镜的目的是什么；如何调节十字叉丝清晰；什么是视差，如何判断视差，如何消除视差等［5］。这些对于其他光学实验都具有的共性，在这个实验中都要讲清楚，以至于能让学生很好地过渡到其他光学仪器。如何保护光学仪器，如手不能碰光学面，否则会污染光学面，降低成像质量；遇到光学面上有灰尘，应该用擦镜纸擦拭；如何拿光学仪器都应该做示范，同样具有共性。对于那些电学仪器，比如如何打开与关闭电源来保护仪器，在做实验时如何保护仪器，如何连接电路等［6－7］。这样的共性实验很多，引导学生思考，把以前学过的知识迁移过来，比较和实践，举一反三，增加学生的使用仪器的经验。

2.2 发掘科学地测量数据的共性

如何科学地测量数据，也是学生在做实验中必须考虑的问题。测量数据时，应该考虑适当采取措施来减小误差。如拉伸法测钢丝的杨氏模量是一个稍微复杂的实验，为了减小误差，需要测量较多的数据［8］。在这个实验中，先加砝码记录读数，再减砝码记录数据，最后用逐差法再次处理数据，实现减小摩擦和拉伸滞后导致的误差。这种思想可以用到很多实验来减小误差，在授课时讲清楚逐差法使用条件，在以后的实验中通过点拨，引导学生使用［9］。如利用焦利秤来测量水的表面张力系数，固体膨胀系数测量，还有利用光的干涉来测量薄凸透镜的曲率半径等实验中到可以这样测量数据来减小误差。再如，在分光仪的实验中，两个游标同步读数，再取它们的平均值，达到消除偏心差效果。这样的测量方法同样适用具有转轴类仪器读数，它们都具有共性。在测量数据时，适当引导学生，让他们思考前面实验测量数据方法，在新的实验中，提出科学的测量数据方法，从而达到好的测量结果。

2.3 发掘实验作图共性

图解法是一种常见处理数据的方法，因为它很直观，甚至可以处理实验数据，所以在这里单独讨论一下。有的同学认为图解法比较简单，打点连线就可以了。实际上，要想做出满意的图形，科学打点和作图工具是必需的。如普朗克常量测定是一个较多用图解法处理数据的实验。使用图解法来精确测量遏制电压，一般做法是在暗电流曲线与光电流曲线交点附近取更多点且点之间的步长较小，这样使用交点法测得的遏制电压就很精确。这里体现了在数据关键地方的附件需要作很多点来使曲线更光滑，体现测量变量们之间的关系。这些思想在授课中应该交代清楚，并且迁移到其他实验。如描绘霍尔电压和磁场的关系，燃料电磁的伏安特性曲线，还有光敏电阻的光电流和光照度的关系。这些实验在作图时，都需要找到拐点，然后在拐点附近多做点，且点之间的步长应该很小。这样作图以后，图形自然精确了。学生一旦找到这些共性后，经过老师点拨，就会自己思考这些问题，并想办法如何处理数据，转化能力得到提高。

2.4 发掘数据处理共性

实验做完以后，如何处理数据，如何选择处理数据方法，如最小二乘法、平均法、图解法及计算不确定度等。对于大量数据处理，大部分学生感到比较困难。为了让学生消除数据处理的恐惧，应多举例子，不同数据处理方法适应不同实验，寻找处理数据共性。如使用最小二乘法来计算普朗克测量和固体膨胀系数是比较合适的。学生熟悉以后，可以自行选择处理数据方法，同时也建议使用计算机软件来处理其他实验数据，特别是将来面对大量数据时。在图解数据时，尽量推荐学生使用计算机软件来作图，如origin、excel等。如在普朗克常量测定实验中也可以通过origin拟合来得到普朗克常量［10］。在其他实验中，如求斜率，固体膨胀系数测定、霍尔效应等实验中都可以使用origin拟合。对于计算不确定度，可以遵循相同的计算过程，如可以画出计算流程图，让学生根据流程图来计算不确定度，这样有助于学生熟悉和理解不确定度。

2.5 发掘实验设计共性，为学生展示实验设计思想

学生在设计实验时，有时会感到困惑，感到无从下手。这里讨论不确定度在设计实验中的应用。不确定度是实验中的重要概念，告诉学生可以使用不确定度这个强大的工具来设计实验，选择合适的测量工具。如图1所示，是个经典测量例子，要求测量某箱体零件的轴心距离L。

图1 测量轴心距离

有3个测量方案，

Looking for the Generality of Physics Experiment to Improve the Teaching Efficiency

YAO Yong，SONG Wenbo，MA Xin，WANG Xiangchuan，ZHANG Huaizuo，YANG Jun
（School of Sciences，Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China）

In order to excavate the common characteristics of the experimental class，and make the discussion more concrete，this paper makes a detailed discussion from the principle，instrument，data processing and so on.This paper firstly analyzes the reason of the low efficiency of teaching in physics experiment，then analyzes the commonness in the experimental class from many aspects，and put forward starting from the common point and take into account the personality to improve teaching efficiency.Practice shows that the use of such a teaching method does improve the efficiency of teaching，at the same time，improve the migration of students knowledge and ability.

physics experiment；generality；teaching efficiency；migration

O4－33

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.043

2015－04－07；修改日期：2016－10－27

姚 勇（1977－），男，硕士，讲师，主要从事物理实验教学方面的工作。