设计性物理实验教学模式的研究与实践

扶　晓，贾书洪，刘旺盛

(空军航空大学　基础部，吉林　长春　130022)



设计性物理实验教学模式的研究与实践

扶晓，贾书洪，刘旺盛

(空军航空大学基础部，吉林长春130022)

摘要设计性物理实验具有锻炼学生实践能力、培养创新意识、提高科研素质的特点，是实现创新人才培养目标和素质教育的重要教学环节。通过对设计性物理实验内涵和教学要点的阐述和总结，结合设计性物理实验教学现状，针对教学过程中出现的问题提出了有效的改革措施，并以电位差计的设计为例，以分解教学过程和细化教学环节为突破进行了研究与实践。经过两学期的教学实践，取得了良好的教学效果，达到了预期教学目标。

关键词设计性实验；物理实验；教学模式；电位差计

实验教学是人才培养的重要环节，对锻炼学生的实践能力，培养学生的创新精神，提高学生的科研素质等都具有重要的作用[1]。与传统物理实验对学生所要求和训练的模仿和重复有所不同，在设计性物理实验教学中，强调和注重的是对学生个性和创造力的锻炼和培养。近年来，各高校针对大学物理实验课程的教学模式进行了一系列的探索和改革。由于设计性物理实验弥补了传统实验的种种弊端，适应了社会对培养高素质、创新型人才的需要，所以它已经成为实验教学改革中创新的重点[2]。

1设计性物理实验的内涵

设计性实验是最近几年实验教改中涌现出来的新的实验类型，是一种介于基本教学实验和实际科学实验之间的、较高层次的、类科研的实验训练。它是指学生在教师的指导下，根据给定的实验目的和实验条件，自行查阅资料，自己设计实验方案，选择实验器材，组装实验设备，拟定实验程序，加以实现并对结果进行分析处理的实验[2-3]。由于设计性实验的方案往往并不是唯一确定的，不同学生可以采用不同的途径和方法，设计不同的实验方案以达到同样的实验目的，因此在设计性实验过程中，改变了千人一面的教学模式，使学生有更强的自由性，具有更广阔的创造空间，学生的独立思维、才智、个性得到充分展现和发挥。

2设计性物理实验的教学要点

设计性实验将使学生经历一次科学实验过程的基本训练。根据多年教学和科研经验，笔者认为人在解决实际难题时所体现出的不断学习和不断思考的过程，是知识学习和能力提高的最好方法和最佳途径！设计性实验的教学要点[4-7]包括以下3点。

2.1可行性

1)应拟定具有相应难度的设计(课题)任务，其设计方案应为学生的创造性预留有充足的空间；2)应为学生自主学习提供充分、系列化的参考技术资料，供学生在解决可能的问题时查找；3)充分准备多样化的实验器材，为学生多样化设计在可选器材方面提供保证。

2.2合理性

要对学生的任务设计和实验设计进行课前指导和完善，确认在设计合格后进入实验验证阶段；需要对设计结果的成功与否进行验证确认，引导学生对设计结果合理性进行验证设计。

2.3设计性

实验的设计必须以学生为主。教师可以对设计思路和设计方法进行必要的讲解，达到启发和引导学生实现自主设计的目的，但绝不是给出最终设计结果；学生的设计还必须要通过查找资料和创新性思考的支撑来实现。这样，通过教学模式的改革，使学生通过设计性实验实现了变被动实验为主动实验、变被动学习为主动的学习和探索过程。实践证明教学效果很好！

3设计性物理实验教学现状

下面以电位差计的设计为案例，阐述设计性物理实验的教学现状。电位差计的设计是空军航空大学大学物理实验课程中一个必选的实验项目，课程实际包含两项实验内容：1)电位差计原理的掌握和仪器的使用；2)应用电位差计设计校准电流表的电路并实验实施，其中，第二项内容的实质是由学生自主设计并实验完成，对学生来说有一定难度，同时也具备一定的挑战性。由于学生在前期物理课程中未涉及电位差计设计原理“补偿法”内容的学习，因此该实验课在以往授课过程中，是先讲授理论，再由学生动手实践、设计并实验，共计4个学时才能完成。随着课程的改革调整，该实验课程被压缩为2个学时，同时内容要求不变，这就给该实验课程的实施造成很大困难，这也是本课程的难点所在。

4设计性物理实验教学改革实施

为有效解决上述矛盾，尝试了教学模式改革的探索，将整个课堂教学目标的实现科学分解为“自主学习”“同步实践”“自主设计”“自主实验”和“总结巩固”5个教学环节，每个环节又细化为“教学目标”“方法手段”和“检查确认”3个分环节。经过两学期的教学实践，取得了良好的教学效果，完全达到了预期教学目标。

4.1自主学习环节

将电位差计原理、初步使用方法和电流表校准的基本操作提前到课前“自主学习”环节。充分利用校园网信息化网络平台的优势，将各种预习资料上传到网络供学生下载预习；发布明确的预习要求、预习报告撰写要点或范文，解决学生写不好或不会写实验报告的问题，使学生预习有目标和抓手。同时，创新性地提出本次实验要求和评分标准(验收并按完成顺序先后计分)，并采用课前检查、审批预习报告方式对学生的预习目标进行确认。此环节的设计将以往需要在课内讲授的电位差计的原理、基本使用方法和仪器介绍等知识延伸到课外，既有效解决了课时少、任务重的教学突出矛盾，又培养锻炼了学生自主学习和信息收集及获取的能力。

4.2同步实践环节

课堂上采用边讲边操作的方式，学生和教师同步连线。在连线过程中，教师要随时观察学生的操作进度，及时进行指导，减少学生“卡壳”现象，避免学生掉队。此环节的设计使教师既能有效掌握学生预习效果和动手能力，又可事半功倍地实现“使学生能熟练掌握电位差计使用方法”的教学目的。

4.3自主设计环节

学生根据自选的设计题目来进行实验设计并验证自己的设计方案。设计的内容包括实验步骤、实验仪器、实验电路、电路中采样电阻阻值的选择、校准刻度的选取等内容。设计完毕后由教师审阅学生设计方案的合理性，并给予适当的指导。此环节的实施能够使学生的个性设计方案体现出多样性，有利于学生创新意识的培养。

4.4自主实验环节

学生根据“自主设计”环节的设计内容来进行“自主实验”环节的操作。用拟定的实验步骤开始实验操作，连接电路，测量数据和数据分析。教师通过记录完成顺序，并依据设计和完成质量给出分值的评价。此环节的设计能够使学生在实验过程中培养独立思考、解决问题的能力，并在不断改善实验方案的过程中将已有知识进行升华，同时，教师采用激励机制能有效保障学生高质量完成实验。

4.5总结巩固环节

归纳总结实验过程中学生出现的典型问题，高度概括整个实验核心思想。此环节的设计能够达到巩固学生学习效果的目的，消除部分学生可能的模糊认识，使全部学生对这个实验建立起系统的概念。通过思考题的布置，学生能够做到举一反三，灵活运用所学知识来解决实际问题。

5结束语

在大学物理设计性实验教学中合理安排教学过程及采取有效的监督、审查和评价机制，能有效提高学生学习的积极性和主动性，培养创新性思维和查找资料的能力，锻炼学生独立思考和解决问题的能力。虽然空军航空大学开设设计性物理实验教学取得了一定的成果，但仍然存在不少问题，相信经过教师和学生的不懈努力，将会探索出一套适合学校实际情况的设计性实验的教学模式。

参 考 文 献

[1]涂亚芳.设计性物理实验教学的探讨[J].实验室科学，2013，16(2)：85-87.

[2]杨可军.大学物理设计性实验教学研究[D]武汉：华中师范大学，2007：6-8.

[3]周殿清.普通物理实验中综合性、设计性实验的开设[J].物理实验，2005，25(1)：31-33.

[4]贾书洪，刘旺盛，张立中.设计性实验教学的探索与实践[J].航空大学学报，2013(3)：77-79.

[5]宋卫星.设计性实验教学过程规范化的思考与探索[J].实验技术与管理，2009，26(7)：127-130.

[6]蒋志年.大学物理设计型实验的开发与设计[J].西昌学院学报(自然科学版)，2014，28(6)：34-36.

[7]苑中英.大学物理设计性实验教学初探[J].辽宁科技学院学报，2011，13(4):67-68.

Study and Practice of Teaching of Designed Physics Experiment

FU Xiao，JIA Shuhong，LIU Wangsheng

(DepartmentofFundamentalCourses，AirForceAviationUniversity，Changchun130022 ，China)

AbstractDesigned physics experiment，which has characteristics of helpful to the training of practical ability，cultivation of innovative consciousness and improving the quality of scientific research.Therefore，it is an important content in the subject of teaching reform of college physical experiment.This paper points out the content of design of physical experiment and summary the teaching points，introduces and analyzes the present situation of our school in Designed physics experiment.Aiming at the existing problems，we put forward effective reform measures to make a better performance in the designed physics experiment and take the desigh of potentionmeter as an example.This research has taken teaching process and teaching decomposition refinement as breaking through for conducted the research and the practice.Through the teaching practice of the two terms，we has obtained the good teaching effect，achieved the expected teaching goal.

Key wordsdesigned experiment；physics experiment； teaching reform；potentiometer

收稿日期:2015-02-28；修改日期: 2015-03-23

基金项目：2014年军队院校物理教育教学研究课题资助项目(JWY201418)。

作者简介：扶晓(1978-)，女，硕士，实验师，主要从事物理实验教学工作。

中图分类号G642.423；G424.31

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.046