大学物理实验误差理论课教学探索与改革研究

熊智慧

(成都师范学院，成都 611745)

在理工科院校中，大学物理实验课是大学生的必修专业课程，是为了培养大学生的实验基本技能和独立思考能力的课程[1]。通过对大学物理实验教学课程的学习，学生能够在其他实践科目中更好地利用科学探索的方法去实践，从而提高学生的动手实践能力。在大学物理实验课中，对以“不确定度”为内容的误差理论进行学习，是大学实验课顺利进行的基础。然而，许多大学对误差理论的教学并不到位，由于师资、教学方式、设备等原因，学生的误差理论学习效果不佳。基于此，有必要对大学物理实验误差理论课教学进行思考和探究，找出提高大学生误差理论学习的方法，切实打好物理实验课程学习的基础。

1 高校误差理论课教学现状和不足

在对大学生展开大学物理实验教学之前，都会开设误差理论基础学习的课程，但是在理论课程安排上还是存在着一些不足，影响着学生对误差理论基本概念的理解。学生对误差理论的基本概念理解不深刻，在实验过程中就会对数据处理的不确定度计算方法难以理解，导致实验效果不好。高校教师对误差理论教学主要采取灌输式方法，将误差理论的基本概念和计算方法讲授给学生，而学生在实验项目操作过程中遇到问题，却没有良好的思维去探究和处理。教师应改变误差理论教学和实践教学方式，以学生为主体，分四个阶段展开教学。

2 应用四阶段误差理论教学法的注意事项

第一，对单个数据进行多次测量。对数据的观测次数越多，数据的平均值与被观测量的真值就越相近，得出的测量结果也会更准确[2]。但是观测的次数越多，付出的时间成本和经济成本就越高，许多高校还不足以支持学生进行不限次数的观测，学生在经过多次测量后，也会对测量工作产生厌倦和懈怠的心理。在这种情况下，教师应保证学生的观测次数不少于6次，以便得出相对准确的观测值。

第二，在数据测量的同时，应意识到同一个数据的多次测量是具有相互独立性的，这是评定不确定度中需要特别注意的。相互独立性是指每一个数据的测量都相互独立，互不影响[3]。

第三，规范使用仪器。在进行测量时，要了解测量仪器的正确使用方法，规范使用测量仪器，这是提高测量数据精确度的有效方法。

3 四阶段误差理论教学法的具体内容

第一阶段：引入误差理论时选择创造贴近生活的情境。不确定度理论是一个专业术语，要是学生过分纠结于难懂的高数知识和高数公式推导，将导致学生长期处于听不懂、难理解的状态。对于高数知识基础薄弱的大学生，要将不确定度的理论知识融入日常生活中，让学生在实际生活中体会不确定度的意义。将不确定度展现在实际生活中，学生就能形象地了解不确定度是由于测量误差的存在而导致被测量量不能确定的程度，明白不确定度的评定范围是被测量量真值的范围。创设的情境可以是让学生用身边的测量工具，如三角板进行测量，测量身边的物体，如书本的厚度。这样的情境设置简单易操作，能让学生形象地感受到不确定度的含义，学生的测量积极性也会有所提高。

通过课堂上简单的测量，能够发现学生的测量问题。例如：有的学生只是将本次测量看作是简单的数据收集，对测量误差本身的含义没有理解，导致测量了多次都是在同一位置，造成最终数据的不确定度为零的假象；有的学生没有把握测量的次数，测量了两三次就开始计算不确定度，导致计算结果不准确。教师应向学生讲解测量的注意事项和不确定度的含义，让学生真正学懂知识，这样在实验操作中才更有逻辑性。设置情境让学生练习，可以及时发现学生的问题，理论教学和实验教学才能达到应有的效果。

第二阶段：规范操作要求，全程指导。大学物理基于高中物理，但又和高中物理不同，很多学生并不了解实验报告的规范书写，所以教师应详细指导学生进行规范的实验报告书写。书写实验报告时，可以给出实验报告的书写模版，指导学生填写测量和计算的数据，降低学生书写实验报告的难度，规范学生的书写格式。

要注意对学生实验操作的全程指导，及时纠正学生的错误操作。在检查学生实验报告时，要对学生测量的数据和计算数据误差进行详细分析，对学生出现的小错误及时批注，督促学生对细节进行修改。

在这个过程中，虽然教师要全程指导，但并不是教师要全权控制学生的操作，实验的各项指标测量和计算都要由学生去完成[4]。在这样经过多次反复的详细训练和指导后，学生的实验操作能力和对数据的处理能力都会得到很大程度的提高。

第三阶段：检查纠错，适时指导。在学生经过几次反复训练后，学生的实验操作能力和数据处理能力都有了一定程度的提升，但是在教师的详细指导下，学生容易产生依赖，失去独立思考的能力和自觉学习的动力。在学生进行实验操作前，应先让学生预习，推导不确定度公式，确定好实验数据的记录和分析模版，教师再对学生的实验预习模版进行检查和指导，要求学生修改预习模版的错误。直到学生的预习模版中没有问题，再进入实验室操作。

操作过程中，教师只需要适时提醒学生注意操作规范，适时指点学生的错误。错误的原理和详细情况要求学生自主思考。试验后要求学生书写实验报告，对实验数据和误差进行详细分析并指出错误，让学生自己思考错误的原因并进行修改，促进学生理论知识和实践操作相结合，使学生的实验操作能力和数据处理能力得到飞跃式的提升[5]。

第四阶段：宏观指导，参与研讨。经过前三个阶段的学习，学生已经全面掌握物理中的误差理论，实验操作技能也得到了提升。此时，教师可以让学生全程自行设计和操作，对学生的疑问进行适当提点。当学生结束整个实验后，让学生讨论实验报告，总结实验结果，对学生的实验结果进行检验。

4 结语

在大学物理的误差理论教学中，教师以灌输式讲授进行教育，学生被动接受，导致学生的学习积极性不高，影响了学生对误差理论的学习效率，动摇了大学物理的实验基础，教学方式亟需改进。利用“四阶段”方法对学生进行物理误差理论及物理实验操作教学，能有效提升学生的学习积极性，提高学生的理论知识水平和实验操作能力。在今后的大学物理误差教学中，可以应用“四阶段”教学方式，切实提高大学生的物理实验操作水平。