大学物理实验设计性实验

学物理实验中设计性实验的研究大学物理实验中设计性实验的研究摘要大学物理实验课是理工科学生在大学最先接触和进行科学实验基本训练的一门基础必修课，对于提高学生的综合素质，培养学生的实践能力和提高学生的科研能力具有不可或缺的作用。

设计性物理实验是大学物理实验中一种新的创新型教学模式，对于增强学生的创新意识，提高学生的创新能力，具有重要的意义。

本文分析了大学物理实验课的地位和作用，以及大学物理实验教学的现状和改革发展趋势，对设计性物理实验的相关问题进行探讨，对设计性物理实验的内涵进行了描述，归纳了设计性物理实验的五个特点，即主体性、探索性、创造性、综合性和趣味性；阐述了设计性物理实验的新教学模式和新教学理念。

本文的第三大部分分析了设计性物理实验设计的原则、设计性物理实验开设的必要性、开设设计性物理实验的基本过程、设计性物理实验存在的问题、设计性物理实验的实施进行了探讨。

第四部分是介绍设计性物理实验的例子，第五部分是设计和分析的实验项目。

最后是对开设设计性物理实验课程的一些的思考和建议。

关键词：物理实验教学；设计性物理实验；新教学理念；设计；实施 Designing experiment research in Physics experiment ABSTRACT Physics experiment course is the first contact wi t h science and engineering students in universities and scientific experiments based on the basic training of a required course. For improving the overall quality of students and play an important role in improving students’ practical skills and improve their ability to have an indispensable role in scientific research. Designing physics experiment is a physics experiment in a new and innovative teaching model, to enhance student awareness of innovation, improve their ability to innovate, is of great significance. The article analyses status and effect of physics experiment course, and analyses the present situation and development trend of the physics experiment teaching. Exploring some problems related to the designing physics experiment, describing the content of designing physics experiment. Concluding five characteristics of the designing physics experiment, that is, initiative, exploration, creativity, synthesis, interesting. Describing the teaching mode of and teaching belief. The third part analyses the design principles and the basic process of opening physics experiment and others problems. The fourth and fifth part is the designing example and designing project. Finally are some considerations and suggestions about establishing courses of designing physics experiments. Key Words: Physical experiment teaching, Designing physics experiment, New teaching concept, Design, Implementation 大学物理实验中设计性实验的研究目录 1 概述................................................................... 1 1.1 大学物理实验的地位和作用............................................ 1 1.2 大学物理实验教学的现状分析 (2)
1.3 我院大学物理实验教学的现状调查 ..................................... 4 1.4 大学物理实验教学的改革发展趋势 ...................................... 6 1.5 开设设计性物理实验的现状分析 ........................................ 7 2 设计性物理实验的相关问题................................................ 9 2.1 设计性物理实验的内涵................................................ 9 2.2 设计性物理实验的特点 (9)
2.3 设计性物理实验的新教学理念......................................... 11 2.4 设计性物理实验的新教学模式 ......................................... 11 2.5 开设设计性物理实验的意义 ........................................... 13 2.6 设计性物理实验开设的过程中教师与学生各自的角色..................... 13 3 设计性物理实验的开设与实施 ............................................. 15 3.1 设计性物理实验设计的原则 . (15)
3.1.1 实验的可行性................................................... 15 3.1.2 实验设计的简化性............................................... 15 3.1.3 实验设计的可操作性 (15)
3.2 设计性物理实验开设的必要性......................................... 15 3.3 计性物理实验存在的问题 ............................................. 17 3.3.1 当前开设设计性实验的困难 (17)
3.3.2 解决问题的办法................................................. 17 3.3.3 设计性实验的经验与不足 ......................................... 18 3.4 设计性物理实验设计的基本过程 (19)
3.5 设计性物理实验的实施 ............................................... 20 4 利用示波器测量电容的设计性物理实验例子介绍 ............................. 22
4.1 实验目的 ........................................................... 22 4.2 实验
方案........................................................... 22 4.3 实验所用器件....................................................... 24 4.4 实验分析与总结.....................................................
24 5 高温电阻丝电阻率测量设计性实验的分析与研究............................ 26 5.1 实验目的........................................................... 26 5.2 实验方案 ...........................................................
26 5.2.1 实验方案分析................................................... 26 5.2．2 高温电阻丝密度测量方案........................................ 26 5.2.3 高温电阻丝截面直径测量方案 . (29)
5.2．4 高温电阻丝长度测量方案........................................ 30 5.2.5 高温电阻丝电阻的测量方案 ....................................... 31 5.3 实验所用器件 ....................................................... 32 5.4 实验分析与总结..................................................... 32 6 开设设计性物理实验课程的思考与建议.................................... 33 总结.................................................................... 35 参考文献................................................................ 35 致谢................................................................... 357 大学物理实验中设计性实验的研究1 1 概述1.1 大学物理实验的地位和作用物理学是一门建立在实验基础上的自然科学，对于理工科专业的学生来讲，物理实验是一门很重要的课程：它既能为学生提供理解物理概念的感性材料来加深对理论的理解，又训练了学生的实际动手操作能力，是科学基础训练的实践环节，它的特点和灵魂决定了物理实验在培养高素质人才尤其是创新人才中的重要作用。

《大学物理实验》课是大学生进入大学以后接受系统科学实验方法和实验技能训练的开始，也为以后专业课的实验教学打下坚实的基础。

从培养创新思想、创新意思和创新能力来看，《大学物理实验》有着其它课程不可代替的作用。

实验课是学生在教师的指导下，利用实验器材，通过实验引起事物或物质的某种变化，再从观察这些变化的现象分析推理得出结论，使学生获得直接知识验证理论的一种教学手段，它对学生的综合素质的培养起着积极的作用。

1.为学生提供检验学习理论的材料和加深学生的学习效果物理学的理论往往是抽象的、深奥的，学生在学习的时候通常会感觉到枯燥和吃力。

科学研究表明，客观、生动形象的事实有助于学习者对知识的消化。

而物理实验就能给学生提供一个演示理论现象的平台，来帮助学生深刻理解物理理论，加深学习的效果。

2．培养学生关于真理标准的判别意识物理学是一门以实验为本的重要基础学科，物理理论的正确与否必须经过实验检验。

“实践是检验真理的唯一标准”—这是几百年来贯串整个物理学的一条基本原则。

也是鼓舞科技工作者不断探索、求实、创新的基本指导思想。

理论物理学家提出的新的理论一定是在实验事实的基础上总结而来或是必须经过实验的检验才能成立，当理论和精确的实验发生矛盾的时候，应当尊重实验，对理论进行修正和补充。

因此，物理实验在潜移默化中培养了学生的关于真理标准判断的意识。

3．培养学生的学习兴趣，为以后进一步学习专业实验课打下坚实的基础。

物理学的理论知识学起来一般比较枯燥无味，学生学起来也兴趣也不是很高，通过实验教学，学生学到的理论知识不但得到验证，而已还可以通过实验来提高自己对学习的兴趣。

同时，通过物理实验课，学生初步学到一些基础的实验技能，为将来学习专业 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）2 实验课打下坚实的基础。

4.培养学生认真细致的工作态度和坚忍不拔的毅力科学实验是人们为了认识世界而进行的一种探索性、尝试性、学习性的实践活动。

物理实验要求学生掌握基本物理量的测量方法，包括实验方法与实验仪器的恰当选择，实验条件的保证和实验操作的完满。

正确记录处理实验数据，悉心分析结果误差及可靠程度，以及进一步改变实验条件来检验判断结果的可靠性等。

所有这一切都要求实验者具有认真细致的工作态度和坚忍不拔的毅力。

5.培养学生的敏锐的洞察力和逻辑推理能力物理实验特别注重培养学生敏锐的洞察力和严密的逻辑推理能力，它教会学生如何利用实验的方法研究物理现象和物理规律。

这需要学生具有敏锐的洞察力和严密的逻辑推理能力。

学生要学会观察、分析实验中出现的各种实验现象并对其进行合理正确的解释，构建起从实验现象到规律，再到理论的一套逻辑体系。

6.培养学生的科学思维能力和创新意识物理实验课不但能使学生掌握基本的实验操作技能，更重要的是能提高学生的科学思维能力和创新意识。

物理实验要求学生通过对实验方案、仪器装置及其性能的改进和对关键因素的考证，找出突出事物本质联系的主要因素，把握主要因素，控制次要因素，从中找出规律性的内容。

7.培养学生求实进取的精神，引导学生领悟科学的方法物理实验的求实性事从对现有数据或成果的验证思考和多角度多方法的求真确认中体现出来的。

物理实验工作者总是试图用不同的方法对现有的理论
进行验证。

1.2 大学物理实验教学的现状分析目前，我国现有的基础物理实验内容主要是沿袭了各国前几十年的一套教学模式，即主要侧重于做一些验证性、模拟性和纯测量性方面的工作，教学模式较为单一。

基础验证性实验是指为了巩固学生的理论课程的基本知识而开设的、强调演示和证明，注重实验的结果(事实、概念或理论)而不是实验过程的实验。

基础实验有利于培养学生的实验操作、数据处理和技术技能。

诚然，这种实验模式对刚刚涉及物理学科的学生是有必要的，效果也是很显著的。

但对于理论知识已经达到了一定高度，特别是物理专业高年级学生来说，效果却不是很好。

由于长期以来，实验课在内容上只是对理论的验证，缺乏创新性：在实验方法上也属于是机械性的模仿，学生在完成实验之前就已经从讲义上 大学物理实验中设计性实验的研究3 知道了将要出现的实验现象和实验结果，一般来讲，只要按照现成的步骤进行操作，在误差允许的范围内都会得到预定的结果，因此，学生始终处于被动地位；在实验过程中学生往往只是简单的重复，没有积极的思维和创新，也没有探索的目标和方向，更有甚者，许多学生根本不动手，只是旁观,他们却能做出比操作过实验的同学还要好的实验报告。

因此，这种实验教学模式没有起到培养学生的独立思考能力、想象力、独立动手实践能力、刨新意识及创造能力的作用。

正因为如此，多年来我国培养的学生和其他国家的学生相比，在考试中往往可以名列前茅，但在实际工作中，却常常缺乏动手能力，更缺乏独立恩考和创新精神。

如果继续完全按照传统的实验教学模式，这样培养出来的学生很难适应新世纪科学的进步和社会的快速发展。

要培养具有创新精神和创新能力的新世纪大学生，提高学生的核心竞争力，就必须探索开设新的物理实验教学模式，以适应时代的要求和学生的需要。

目前物理实验大概存在以下几个问题： 1.重视验证性和测量性实验，忽略设计性实验在实验教学过程中，学生所使用的都是教师发的实验教材，对实验目的、实验原理、实验仪器、实验内容、数据表格以及数据处理基本上都写得很清楚，在做实验前基本上老师都会先见实验的步骤跟学生讲清楚，久而久之，学生就形成跟机器一样，按部就班，跟着老师的步伐走，这严重阻碍了学生创新精神的培养，同时也挫伤了学生学习的积极性。

2.实验内容都是一些比较经典的实验，缺乏一些最新科研前沿成果的内容。

从实验的内容来看，基本上都是属于验证性实验、知识的简单应用以及单纯的技能训练，各实验题目缺乏有机的结合，不利于学生知识结构的纵向以及横向发展。

实验内容缺乏跟新知识的联系，不但不能满足学生学习新知识的需要，而且很难激发学生的实验兴趣。

3.实验室管理制度不完善、不够合理目前，大学的实验室很少有开放，只有上实验课的时候才开放，这减少了给学生锻炼动手能力和思维能力的机会，本来我们的实验室资源相对国外比较发达的国家来说已经是比较匮乏，加上实验室没有对学生开放，这样一来，本来资源更得不到充分利用，学生的要求也就无法满足。

广东技术师范学院本科毕业论文（设计） 4 1.3 我院大学物理实验教学的现状调查为了准确地了解我院目前大学物理实验的教学中学生的实验意识、实验态度和实验能力的现状，更有效地开展大学物理实验课程，对我院大二在校学生的实验情况进行初步的调查。

1.调查目的了解本院学生实验态度、实验能力现状，为确定实验教学改革的目标、构建设计性实验教学模式提供前提资料。

2.调查方法问卷调查法。

3.调查对象为能够与教学改革同步进行，调查对象为我院大二的学生。

4.大学物理实验教学问卷调查及结果表1.1大学物理实验教学问卷调查结果 1.你认为物理实验重要吗？重要（73.86%）一般（23.86%）不重要（2.28%） 2.你认为实验对学习物理理论有帮助吗？很有帮助（67.05%）一般（30.68%）不大（2.27%） 3.你认为实验对提高思维能力帮助大吗？很大（69.32%）一般（29.55%）不大（1.13%） 4.你有没有独立设计实验进行探索的愿望？有（46.59%）尚可（46.59%）没有（6.82%） 5.实验中遇到困难你通常采用的方法是？问老师、同学（47.73%）与同学探讨并动手试试（44.32%）独立思考（7.95%）6.实验时，你是如照本宣科（20.45%）合作讨论独立完成（9.1%） 大学物理实验中设计性实验的研究 5 何完成的？（70.45%）7.你认为实验过程重要不重要？重要（82.95%）一般（17.05%）不太重要（0%）8.你能否灵活设计表格，有选择的记录数据，通过数据解释物理现象，获得物理规律能（23.86%）尚可（64.64%）不能（12.5%）9.课余时间你是否去学校实验室、或自己做一些实验经常做（10.23%）做过，担次数不多（53.41%）几乎没做过（36.36%）10.做实验前，你希望？老师详细地讲解实验原理、步骤和注意事项，然后按照老师的要求做（40.91%）老师尽可能简短地讲解一些重要事项，大部分的内容让学生自己去思考，完成（50%）老师没讲解注
意事项，让学生自己思考，完成（9.09%）11.实验数据与你期望的不一致，你将如实记录（55.23%）重新做实验（31.14%）修改数据（13.63%）12.通过现在的物理实验课，你取得的最大收获是：课堂上所学的定律得到验证（34.09%）解决实际问题的能力得到提高（51.14%）探索新事物的欲望得到增强（14.77%）13.你希望将来的物理实验与实际生活联系密切一些（63.64%）实验结果事先不知道，需要探索（20.45%）能为同学提供自己动手制作的条件（15.9%）有一些关于科研前沿的实验（0.09%）14.你认为评价一是否观察到物理现是否会操作能力是否得到锻炼 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）6 次实验的成功与否，应一下列中的那一项为标准：象（37.5%）（29.55%）（32.95%） 5.调查结果分析从问卷调查结果来看，学生对大学物理实验的看法和愿望是好的，但从适应当前物理实验教学的发展来看，仍然存在一些不足的地方：（1）从调查的结果可以看出，学生大部分认为物理实验课在大学课程中还是比较重要的，从表中第1、2、3项可以看出，但学生很多时候把实验课看做是验证理论的一个辅助工具，缺乏主动探索意识，实验中遇到困难不会自己想办法解决，主要靠老师是其他同学，从第5项可以看出。

（2）实验中学生缺乏主体地位，过份依靠老师和同学。

从第6、10、11课可以看出，大部分同学还是比较依赖老师，由于长期以来我们的教学模式都是老师先讲，然后学生按照老师的讲解进行实验，长期这样，形成了学生不爱动脑筋，遇到问题不会主动思考，学生的中心作用和主体地位得不到体现。

在教学过程中，老师往往包办过多，而且要求统一：方案统一、步骤统一、结论统一，长期以往导致学生思维懒惰，缺乏主动探究欲望，更缺乏创造性。

（3）在实验中，学生大部分认为实验过程重要，但是在实际实验中，遇到实验结果跟预期的结果不一样是，学生还是如实记录实验结果，缺乏一种严谨的、实事求是的科学态度。

学生就想机械一样记录数据，有的甚至为了达到结果跟预期的数据一样而修改数据，编造数据。

（4）从调查的表中12、13项可以看出学生比较重视实验的实用性和日常生活的密切性。

目前实验的选题一般都是一些比较经典的题目，缺乏跟实际生活密切相关的一些题目。

1.4 大学物理实验教学的改革发展趋势大学物理实验重点是要提高学生的实践能力和创新能力，为了给学生营造有利于他们提高综合素质、创新能力和充分调动学生的自主能动性的环境，广大的物理教师和物理实验教师都在为物理实验教学的改革发展做了大量的工作，目前高校的大学物理实验教学的改革发展趋势有几方面： 大学物理实验中设计性实验的研究7 1.构建新的教学体系，开展设计性的物理实验实验教学体系的建立要参照以下两个方面的原则：一是系统化原则，具体来说就是进行专业调整，打破课程的界限。

要从专业整体和学生发展的角度来考虑，学生应该具备什么样的课程理论和技能，实验讲相关要素构成科学合理的体系；另外一个是阶段性原则。

实验课的设立要考虑到不同层次，不同专业的需要和理论的协调。

2．改变教学方式和手段，教学主体向学生转移教学方式上应该尽早改变以教为主，积极向以学为主转变，教师应该根据学生的需要加以引导。

针对不同的实验模块可以采用不同的指导方式，对简单仪器的使用，操作技能的培训的验证性实验，可以对学生开放实验室，并可以安排高年级的学生或研究生指导。

对设计性实验，老师提供知识范围和仪器设备，学生自己查阅资料，自行设计实验方法，自己完成实验，达到提高学生的实践能力和创新能力。

3．改善实验室条件，加强硬件和软件建设实验环境的好坏客观地显示了学校对实验教学的重视程度，它不仅影响学生的心理状态和操作状态，而且还直接影响到实验结果和教师的教学管理。

目前，随着实验内容的更新变化，相应的教学仪器以及设备也在趋向于新型和先进趋向于运用集成电路后的小型化和数字化，趋向于运用各种传感器采集数据而后通过计算机来直接显示。

从而让一些学生能有更多的时间去研究实验的目的和意义、去探索解决一些自然界中的各类问题，培养学生已实际能力为主并适应社会需要的人才。

1.5 开设设计性物理实验的现状分析教育部早在“教高（2005）1 号”文件中就已经强调指出实验教学要“更加注重能力培养，着力提高大学生的学习能力，实践能力和创新能力”，“开发学生只能，培养与提高学生科学实验能力和素质”，要“把实践教学作为评比的关键指标” 【1】。

从培养学生的创新能力，提高学生的综合素质出发，物理实验的类型不能仅仅只停留在操作型、验证型实验的水平上，而要按学生能力形成的不同阶段，在实验教学中实行分层次教学。

做到既有基本实验训练，又有体现知识、能力、素质培养的综合性，培养学生独立思考、综合运用知识、创新等适应科研工作能力的实验，即开设设计性物理实验。

随着高等院校的实验教学的改革大力推进，加强对大学生的创新教育是新世纪高等教育教学改革的重点，
各高校根据专业培养目标及实践课程的自身特点，本着致力于培 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）8 养学生创新意识和实践能力的原则，组织和优化教学内容，逐渐形成了以基础性、综合性、设计性、研究性、发展性为一体的多层次、全方位的大学物理实验新体系，使大学物理实验教学不仅成为学生获取知识，训练技能的过程而且成为学会学习，学会创造塑造个性的发展过程。

但目前在一些普通的高校中设计性实验开设的现状仍然是项目较单一，受教学时数不足的影响，学生自主实验体现不充分，对设计性实验感到困惑，不知如何入手，教师不得不按照传统的教学方法把目的、原理、仪器、步骤、实验方法一一讲解，在教学上，基本上都是沿袭传统的教学方法。

从全国一些高校情况来看，实验室建设和物理实验教学改革都各有特色和共同点，都对物理实验教学的内容进行了系统的整合，为加强创新意思和实践能力的培养，大多数高校大学物理实验的内容均包含设计性物理实验，且设计性物理实验在大学物理实验内容中所占的比例呈上升趋势【2】。

大学物理实验中设计性实验的研究9 2 设计性物理实验的相关问题 2.1 设计性物理实验的内涵设计性实验是一种基于教学实验和实际科学实验之间的较高层次的科研实验训练，是在掌握基本实验和具备综合实验知识及能力之后，提出一些有利于启发思维，有应用价值的实验课题，让学生进行独立设计完成的实验。

它与基本实验最大的区别在于，设计性实验只给出实验题目，明确实验目的，提供实验设备及材料，而实验原理、操作步骤以及数据处理等都需要学生亲自去查阅资料，自行设计实验方案，并按照方案去实施完成。

与传统的验证性实验相比，其要求和目的也发生了根本性的变化，它打破了传统固定的实验教学模式，学生由被动学习转变为主动学习，学习的积极性得到了有效的调动。

同时也使学生在实验方法的考虑、测量仪器的选择、测量条件的确定等方面受到较系统的训练，提高他们动手动脑能力和创新能力体现了以人为本的教育思想。

开设设计性实验，不但是对以前基础实验知识和综合实验能力的一次检验，而且还是自身能力的又一次锻炼和提高，并为学生进入科研打下扎实的理论基础和实践功底。

通过开设设计性实验能锻炼学生的动手操作能力，培养学生的实践能力，激发学生的思维活动，提高学生探索新问题的兴趣，认识事物的综合能力以及研究问题的能力，是实现素质教育的良好途径，是深化实验教学改革、提高实验教学质量，改革实验教学模式，适应人才培养需要的重要举措。

2.2 设计性物理实验的特点设计性物理实验在客观上给学习者创造了一种促使学习者把强烈的自我发展意识转化为自身努力获取知识和提高能力的实际行为，学习者积极发挥自己的主观能动性和聪明才智思考所遇到的问题，突破常规思维定势，创造性地提出解决的方案，并反复再三，才可以完成实验。

只有这样的实验，对学生的动手能力，研究能力，特别是创新能力的培养是有积极作用的。

总的来讲，设计性实验有以下几个主要特点：1．主体性设计性物理实验的一个很重要的特点是以学生为主体，充分发挥其自身的聪明才智和主观能动性，依靠其自身解决问题的能力完成整个实验，较之传统的那种从实验原理、方法、仪器和步骤都由教师设计的物理实验而言，学生有较强的主体意识，在实验的整 广东技术师范学院本科毕业论文（设计）10 个实验过程中，体现以学生为中心的原则，充分顾及到学生是认知的主体，设计性物理实验因在实验过程中的时空的相对宽松，即对学生进入实验室的时段不予以限制，对于所动用的实验场地、仪器设备也创造相应的条件，构造学生自主的学习环境，设计性物理实验充分体现学生的自主设计、自主实施、自主发挥、自主分析和总结实验现象，解决实验过程中不断出现的新情况与新问题，在这个过程中，客观上创造了一种促使学生把强烈的自我发展意识转化为自身努力获取知识和提高能力的实际行为，学生自身建构知识和发展能力的行为促进了学生个性的全面发展和潜能的充分发挥，对其智力活动的开发具有重要的整合作用。

2．探索性大学物理实验中的预备实验、前导实验或基本实验都有相应的实验思想、实验原理、实验目的、实验仪器等，其可操作性强，实验进行的具体过程较为明确，可以训练学生掌握基本的物理实验的操作能力，掌握基本的物理实验的测量手段和方法，而设计性物理实验却较之大不相同，设计性物理实验仅由指导教师提出任务与要求，然后进行一系列的提出问题、明确问题、提出假设、检验假设的思维训练，在教师所提出的任务与要求的敦促下去探索其所涉及的诸多方面。

譬如，实验思想和方法的形成与选择，最佳测量方法的获得、实验仪器的选择、实验条件的选择以及实验步骤的形成等，在这个操作过程中，提出了一个问题解决活动的系统的逻辑性问题，学习者在这个过程中，要探索工作记忆中的信息，积极地进行严密有序的推理和判断。

3．创造性设计性物理实验要求学生在解决问题的过程中，大胆假设，多方求异，突破束缚、。