更新时间:2023-03-21 17:06:19
任课教师有的满堂灌,有的满堂练,有的满堂问,单纯追求课堂气氛———假热烈,给人的印象视乎在表演作秀,没有体现学生的主体地位,忽视学生的学习兴趣培养.有的演示实验效果不明显,或没有结果,现象看不到,没有说服力.比如水沸腾实验,明明水还没有沸腾,教师就让学生站起立即说水在沸腾时有什么现象,教学效果可想而知.有的教师过分依赖仿真实验或者实验视频,一年做不了几个实验,经常利用电脑仿真代替演示学生实验,学生就没有经历动手动脑做实验的经历和体会.
2实验器材不足,有些实验没有条件做
有的学校多年不添置仪器耗材,实验器材数量明显不足,比如某校马德堡半球实验只有一套器材,平行班级有八个班,只能等一个班上完以后下一位教师才能使用,影响教学进度.有些学校在经费使用上也不愿意给实验教学上花费更多的钱财,几年甚至十几年也不添置器材,实验仪器匮乏.有的学校实验室器材虽然很多,但器材的型号数量配备很不合理,有的过多有的又太少,如某校弹簧秤量程为0~50N的数量多达100个,而量程为0~5N、0~10N的弹簧秤总共只有30个,给教学工作带来很多不便;有的学校在购置实验器材时不听取专业教师的意见和建议,领导拍脑袋想购啥器材就买回来,有的器材对初中物理实验用处不大,如适合高中教学用的有交流输出的学生电源在初中使用的时机很少.
3有些教师实验教学能力有限
可以说这是制约实验教学质量难以提高的关键,困扰着广大教师,其中存在的问题最多,也是需要我们特别引起重视的地方;比如有些演示实验操作不规范,甚至有些是错误的,有些学生实验教师不能很好地指导,发给学生实验器材后让学生自己乱动,学生想怎么用就怎么用,实验器材当成玩具,比如有的学生把砝码浸入盐水中,用量筒给水加热等,仪器损坏现象时有发生,课堂教学秩序混乱,实验效果明显降低;有些上课用语不规范,比如把溢水杯叫水桶,把烧杯叫玻璃杯,把导线叫电线等.有的教师不清楚滑动变阻器、电阻箱及电位器的适用条件,不分电路情况和实验精确度的要求任意使用,给学生一个错误的信息;有的教师不知道学生电源稳压和直流输出的特性,给学生讲在任何电路情况下可以随便使用没有区别,混淆视听.有的老师在讲授布朗运动和扩散时让学生在显微镜下观察悬浮花粉微粒或在无风情形观察空气中的烟粒、尘埃都会看到微粒的运动,墨汁撒在水中会迅速扩散,并且温度越高,运动越激烈,扩散也越快,于是老师解释到我们学生看到的微小花粉或烟粒是它们的分子在做无规则运动,墨汁扩散也是因为墨汁分子在运动等等,当解释到花粉微粒为啥会在某时刻瞬间不动时是由于水分子静止不动,试想水分子怎么能在某时刻静止不动呢?把布朗运动与扩散现象说成是同一种现象;凡此种种漏洞百出的解释都是老师没有吃透教材出现的错误;还有个别教师实验课后不打扫卫生,不整理清洗器材,不爱护公共财物,实验过程中浪费现象严重,对学生不进行良好实验品格的培养,态度情感价值观教育缺失;不重视总结得失,课后没有反思,不写实验报告、作业批改不认真.
4实验器材保管使用不当管理混乱
有些砝码生锈影响测量结果,有些开关,滑动变阻器接触不良导致电路不通,有些电池电量不足影响实验效果,有些砝码不用镊子取用而用手拿取,天平上的游码不用镊子拨动,也是用手直接滑动,有些电流表、电压表接线柱螺丝松动接触不良,实验时电路虽然连接正确但是电流表电压表指针不动,学生会认为电路错误,造成误解.有的实验室管理员非专业人员,又不经过培训对物理仪器不懂,张冠李戴,经常发生仪器搭配不正确现象,仪器摆放不规范,制度不健全,没有器材更新更换计划,不重视实验室建设,学校买啥仪器就保管啥仪器,充其量就是一个保管员的角色,没有报损赔偿制度管理混乱;有的实验室管理人员由物理教师兼职,教学任务重无暇顾及实验室工作,有的教师不愿意承担实验室工作,认为学校对实验室人员划入后勤服务人员,在评职称评先进绩效考核等方面低人一等;有的实验室装备精良,先进仪器高端,仪器价值成本较高,装饰豪华成了应付检查和学校装饰门面的工具,长期不使用,或使用率不高,不打扫卫生仪器器材上面灰尘一层,白白浪费了很多财政资金.
5缺少必要的教学挂图
有些当年很好很实用的教学挂图,由于经常使用,存在破损现象,没有及时修理或更换,教学的直观性打了折扣.比如船闸教学活动挂图,在长期使用后,闸室闸门损坏,如果能及时修理或更换新挂图,配上多媒体动画,教学效果会更好.有的学校近几年购置的教学挂图、图片、光盘都很少,课堂上老师可选用的教具数量少种类单一.
6没有充分利用好多媒体教学
有些课件与教学内容联系不十分紧密,或者课件表达的意思不明显,对学生知识的生成意义不大,有些课件或视频资料突出趣味性,知识性不足,忽视对学生知识的传授,顾此失彼.有的老师课件多少年都一成不变,不修改也不增加丰富新的内容,没有时代气息,很不适应现代学生的认知理解能力,课堂没有吸引力.有些老师上课只会演示课件,课堂俨然变成了课件展示会,离开课件就束手无策不会上课.
7教师自制教具能力弱
部分教师不能根据学情、校情独立制作教学用具,只会使用现有的教学用具,不会开发利用周围资源制作适合学生实际情况的教学用具.开发创新能力较弱,很难辅导学生的课外手工制作,对于学校或上级举办的手工制作大赛也是疲于应付,不能保证工作质量.
8课外实践活动开展不正常
学校不重视课外实践活动,学生外出参观学习机会很少.物理源自生活又应用于生活,理论知识必须与生产劳动想结合,比如在学习水能利用时,可以组织学生就近参观水电站发电设备,聘请工作人员讲解发电流程工作原理,学习汽油机柴油机时,有些老师很少组织学生去汽修厂参观,学生只能在课堂上看到汽油机柴油机模型,缺乏真实感.
9学校缺乏对学生的科技小制作小发明创作活动的重视
近年来,全国各所高校大规模扩招,每所学校的入学人数每年都在增加,而学校教学设施的更新却跟不上这种速度。以我校为例,10年前我校每年的招生人数为300人左右,而如今每年的入校新生超过2000人。很多院校的实验教学出现“捉襟见肘”的现象,特别是医学院校的物理实验教学,多位学生共用一台实验仪器,甚至有的学生根本不参与实验。
2、仿真技术在医用物理实验教学中的应用及优势
2.1仿真技术改变以教师为中心的“填鸭式”教学模式
随着计算机和网络的普及,将计算机仿真实验软件放入校园网络或计算机实验室中,能使实验教学走出课堂,在时间和空间上得到延伸。由于仿真软件的可视性和可操作性,学生可以提前结合实验教科书进行预习、学习和探究,大大激发了学生探索和创新的兴趣。到上实验课时,学生不再被迫接受“填鸭式”灌输,而是主动提出问题和想法,并在实验过程中予以解决和验证。
2.2仿真技术增加了合理的实验内容
2005年,我校购买了中国科技大学的大学物理仿真实验软件,此软件包含了大量的基础物理实验,其中核磁共振、原子光谱分析、核衰变的统计等实验,解决了由于资金不足无法开设和现代医学相关的近代物理实验的问题,开阔了学生的视野,使学生进一步认识到物理学的重要性,提高了学生学习物理学的热情。除此之外,该套软件里的分光计实验、偏振光的研究等降低了光学实验调节步骤的复杂性,节约了购买昂贵光学仪器的费用。
2.3仿真技术缓解了实验场地不足的情况
由于学校扩招,学生人数大量增加,导致实验场地不足。引入仿真软件,再结合学校机房的计算机就可缓解实验场地不足的情况。由于学校机房的计算机数量较多,学生可以每人一台,这样就解决了多人共用一台实验仪器的问题,使每位学生都参与到实验的过程中。
3、仿真实验和实物实验的关系
1大学物理仿真实验的优越性
1.1投资较少,占用场地小,相对灵活
随着高等院校招生规模的扩大,人均仪器设备占有量降低及教育资源明显不足的矛盾日益突出。增加实验仪器及实验场地无疑要加大资金的投入,增大了各高校的经济压力。仿真实验相对来说投资及后续追加投资都较少,且占用场地较小,较之实物实验相对灵活,便于实验课的安排与调整。
1.2不受外部因素的影响,安全性高
实物仪器在长期使用后由于元器件等的磨损老化等造成了测量误差偏大,准确度及精确度下降,维修及校准的次数和投入都要增大,且仪器的运行受外部因素(如温度、湿度、气压、光照等)的影响较大,自身稳定性降低。仿真实验则不受上述外部因素的影响,实验在程序设计者预先设定的理想状况下进行,可得到较好的实验效果,避免了实物仪器因操作不当或失误造成实验失败给学生带来的挫折感。且投入资金利用周期较长,软硬件的维护费用也较低。仿真实验具有很高的安全性,完全避免了实验自身危险性(如放射、辐射、激光、强磁场等)及实验出现意外(爆炸、爆裂、泄漏、触电等)给人带来的伤害。相比实物实验中实验品的消耗及产生的实验垃圾,仿真实验真可谓是“绿色环保”实验。
1.3利用网络平台,搭建虚拟实验室
互联网技术的飞速发展为网络教学提供了可靠的技术保障,大学物理仿真实验可以很好地利用校园网这一网络平台,创建虚拟实验室(即网络实验室)。学生可以在任何时间地点登录校园网进入虚拟实验室进行仿真实验操作,打破了传统实验室受时间和空间制约的不利影响。教师可利用利用传统实验教学模式的优势,结合虚拟实验室以及远程网络教学形成多维、多层次的大学物理实验立体教学模式。
1.4激发学生学习兴趣,提高学习效率
仿真物理实验采用最先进的计算机软件开发技术,为学习者提供了形象直观、自然逼真、内容丰富的实验环境,实验内容设计上采取了flash和三维立体动画技术———动静结合、图文并茂、自然有序,辅以声音、图像、动画等极强的表现力来帮助学生进行多感官的学习。学生可从多方面多角度地观察学习仪器及原理,便于学生的预习,有助于学生对实验仪器的熟悉和对实验原理的理解,极大地激发了学生的兴趣,调动了学习的积极性,有效地提高了学习效率。
2大学物理仿真实验的局限性
2.1仿真实验不能完全代替实物实验。
尽管仿真实验具有极高的“仿真度”,但它仍然无法完全代替实物实验。仿真实验无法模拟出实验者在实物实验中所能体会到的视觉、听觉、嗅觉、触觉等多方面的实际感官体验。
2.2仿真实验是理想化的实验
仿真实验的内容较死板,大都是实验现象的复现,是在理想化的实验环境下得出的理想化的实验结果。在按照正确的程序操作的情况下,人人都能够顺利地完成实验并且得到理想的实验结果。实际上这些都是程序设计者提前“完成”的实验结果的再现,不利于实验者在实物实验中发现问题、分析问题、解决问题能力的培养。
2.3仿真实验极大地限制了学生主观能动性的发挥
在仿真实验中,所有过程都是在虚拟的环境中进行的。学生所做的工作就是动动鼠标,这样将会淡化对基本技能的训练,不利于学生实验技能的培养。学生必须按照程序设计者预先设定的步骤和程序来完成实验,而不能有自己特有的思路和想法,有种被牵着鼻子走的感觉。在设置相同实验参数的情况下,实验结果完全相同,将会挫伤学生实验的积极性和主动性,逐渐降低实验和学习的兴趣。
2.4仿真实验阻碍了师生之间的情感交流
在仿真实验中,学生面对的是电脑,更多的进行的是“人机对话”,降低了师生间的双向交流和互动,教师的操作指导作用受到限制,教学艺术无从谈起,淡化了师生间的直接沟通,学生的课堂反应难以反馈,“以人为本”的理念体现不足。
3仿真实验和实物实验的有效统一
3.1正确看待仿真实验的地位和作用
在大学物理实验教学中,实物实验为核心,仿真实验教学只能是实物实验教学方法的一种补充[3。将物理实物实验与仿真实验有效合理结合,才能收到最佳的教学效果。
3.2仿真实验的开展要防止走极端,注意“度”的把握
仿真实验实验教学的实施要防止走两个极端,即完全肯定和完全否定仿真实验。对于定性观察实验现象及规律的实验,可采用仿真实验教学。对于操作性较强,需要定量测量计算结果的实验要在条件允许的情况下尽可能地采用实物实验。仿真实验和实物实验的安排要有一定的比例,注意好“度”的把握。
3.3仿真实验的“仿真度”有待进一步提高
仿真实验的局限性是由它的“仿真度”决定的,因此要减小其局限性就要进一步提高“仿真度”,使仿真实验更加逼真,更加贴近实物实验,这就给软件开发工作者提出了更高的要求。
4未来仿真实验开发的思路
在未来的仿真实验设计中,要以单个的实验仪器(如示波器、干涉仪等)为对象建模,单独封装,有独立的操作接口,建立广泛的仪器设备模块库。实验者可以利用这些仪器设备模块进行自由选择和组合,在仿真环境下能够集成为自主的设计性实验,有利于学生发散思维和创新能力的培养。结束语仿真实验的出现不仅极大地丰富了物理实验教学的内容和手段,也为大学物理实验教学改革提供了更多的素材和更大的选择空间。但是我们要看到事物的两面性,认清仿真实验在大学物理教学中的地位和作用,以实物实验为主体的思路不能变,充分利用二者的优势,相辅相成,有效结合,在教学实践中不断地探索和完善,才能取得最佳的教学效果,才能不断地提高教学质量,从而实现教育教学的基本目的。
作者:王艳文 王海英 单位:新乡医学院生物医学工程学院河南师范大学物理与电子工程学院
第二篇:大学物理实验模块化教学方案
1模块化教学方式的重要性
大学物理实验是我校理工科各专业学生接受高等教育后第一个理论与实践相结合的教学环节。在此环节中,学生第一次有机会将数学和物理的专业理论知识与自然界的真实世界联系起来,通过动手实际操作体验理论与实践的联系。同时,大学物理实验课程在培养学生科学实验能力、提高科学素质和培养学生理论联系实际能力等方面具有其他实践类课程不可替代的作用。2012—2014年我校两次对大学物理实验室进行了升级改造,实验设备的数量和质量有了很大提高。这也为进一步改革《大学物理实验》教学模式、提高课程教学效果以及在培养应用型人才中的作用等方面提供了有力的支持。为了进一步提高大学物理实验课程的教学效果,发挥大学物理实验课程在培养学生的动手能力及工程实践思想中的作用,笔者根据我校专业特色,从划分大学物理实验模块和改进考核方法两个方面探索适合我校特点的大学物理实验模块化教育模式。研究结果不仅可以适应我校转型发展以及培养应用型人才的要求,充分发挥大学物理实验在理工科专业中的作用,而且将会在提高学生对大学物理实验及相关理论课程的学习兴趣和学习效果、培养学生的学习能力和动手能力等方面起到积极的促进作用。
2课程体系的模块划分
为了利用有限的课时完成大学物理实验课程的基本教学要求,针对各专业的特点划分不同的模块是实行模块化教学的重要内容之一。按照《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》,模块的划分不应该是对课程体系的简单压缩和组合,而应该结合教学内容、教学模式和教学方法等方面的要求提出切实可行的实施方案。我校大学物理实验主要满足电气工程及其自动化专业、通信工程专业、机械设计制造及其自动化专业、土木工程专业,以及数学与统计学院、化学化工学院、食品工程学院、信息工程学院各专业的校内实践性教学需要;在条件成熟时,还可以面向部分文科类专业开设部分大学物理实验课程,以利于全面提高学生的人文和科学素养。在实际教学过程中,大学物理实验室主要由力学实验室、电磁学实验室、光学实验室和热实验室四个基础实验室组成,为全校理工科学生提供大学物理实验和基本实验技能训练。结合本校专业设置情况以及学生的学习能力和基础,依据《非物理类理工学科大学物理实验课程教学基本要求》,我们提出模块化设置方案。共设置五个基础模块,即力学、热学、电磁学和光学模块以及近代物理模块。根据不同专业的特色和要求设置各个单元的内容和难度,以利于适应专业需要,激发学生学习兴趣(培养学生个性化学习),达到培养学生能力的目的。在五个实验模块中,我们将大学物理实验也相应划分成两个层次。第一个层次为基础必修内容,主要以培养学生掌握基础测量方法和数据分析处理能力,通过实际操作提高实验技能。第二个层次为专业必修和选修模块(提高和拓展),根据不同专业的特点以及学生的学习兴趣和学习能力来设置。该层次旨在让学生深入了解与专业密切相关的理论和实验方法,通过直观的实验过程帮助他们理解抽象的理论并提高他们的学习兴趣,为将来进一步学习、深造打下坚实的基础。根据各个专业的特点以及实验设备现状,设置了不同专业相应的模块化方案,其中标识为A的实验对应于第一层次的可选项目;标识为B的实验对应于第二层次的可选项目。为了保证模块化设置与不同专业之间的紧密衔接,对于不同的专业应充分注意各个模块与专业特点之间的关系,宜按照重点突出、层次分明的原则合理安排。对第一个层次的内容,根据专业情况和教学实践,我们提出以下模块化安排原则。首先,对于电气、电信和电子专业,根据其专业特点以及后续课程的要求,应重点突出电学方面的内容。在教学过程中,引导学生熟练掌握与电学相关的物理量的测量方法和仪器操作方法,这样不仅有利于提高学生的动手能力,而且也有助于学生通过具体的实验过程建立直观的物理图像,为后续专业课程学习提供有力的帮助。同时选做少量波动光学以及近代物理实验,以帮助学生理解波动方程的意义和近代物理的特点。其次,对于机械和土木工程专业,应重点强调力学部分的内容。结合专业课程的特点,引导学生把握力学知识的基本概念和分析方法,并能通过实际测量过程理解动力学原理,为学生进一步学习工程力学打下坚实的理论基础。第三,对于化学、化工、数学及其它专业,应根据具体情况突出热力学、电磁学以及量子力学等部分的内容。对于专业性较强的模块,可以在内容和结构上做灵活调整,在保证基础理论体系的前提下,突出重点,适当且合理地精简和组织模块体系。完成第一层次模块化教学内容之后,学生已经初步掌握了适应专业要求的大学物理实验能力。第二层次的模块化教学设置一定数量具有综合性的实验项目。如力学模块中的单摆、拍频实验,热学模块中的比热容测量、热传导实验,电磁学模块中静电场描绘,光学模块中的衍射光强分布、偏振特性研究,近代物理学中的弗兰克—赫兹实验、燃料电池热性实验等,可以利用传感器和微机辅助进行实验。利用微机进行在线测量,不仅可以有助于提高实验的效率,还可以通过分析软件对实验数据进行深入和准确的分析,提高学生的实验技能以及分析问题和解决问题的能力。为了提高模块化教学的效果,在每个模块都应该明确该单元的知识要点和必须掌握的实验技能,提出明确的学习目标和要求,并指出该单元与后续专业课程以及工程实践或未来发展的关系。这样能使学生明确每一单元的学习目的,有利于引导学生提高学习兴趣,把握知识重点,合理选择实验项目。
3优化考核模式
合理设置了模块化教学的内容之后,为了检查和保证教学效果,应采取相应的考核方法和考核手段。在考核模式上,可以采取更加灵活有效的手段。由于模块化体系在每个单元的内容设置上目标比较明确,且充分考虑了学生的学习能力差异和自主学习的需要,使得学生对学习目的有比较清楚的认识。学生可以根据每个模块的具体要求及时反馈和评价自己是否完成相应的要求,并可以在教师的指导下主动完善实验过程并对实验数据进行正确分析和处理。教师可以通过现场提问和指导、实验方案设计完善程度和实验数据分析能力及处理结果、虚拟试验以及网络平台等形式,及时掌握学生是否理解实验原理,评价学生的实际动手能力。其结果可以真正起到利用考核引导、督促学生主动学习,检查和提高教学效果的作用,同时也避免了主要依靠实验报告评定教学效果的弊端。
4结语
结合我校理工科各专业的特点,提出了大学物理实验模块化教学体系的设置方案。在模块化设置即教学内容的编排上,采用两层次、六个模块方案,从基础和拓展两个方面提高学生实验能力和技巧;结合模块化教学方法提出了灵活、多方位的考核模式,有利于提高学生学习的主动性,对及时反馈教学效果起到积极作用。
作者:董新平 王红玲 闫润瑛 王安梅 单位:许昌学院电气信息工程学院
第三篇:大学物理实验教学探讨
一、对某重点工科大学物理实验教学现状的调研
为了调查当前一些工科大学生的实验能力情况,了解实验思想方法在物理实验教学中被师生重视与否的现状,笔者设计了15个相关问题进行问卷调查,每个题目都给出固定的选项,让调查对象选择最符合自己实际情况的答案。
1.调查对象。
随机抽取某工科大学2013级本科专业电子科学与技术、地质学、应用物理学、电子信息工程、信息安全、交通工程、能源与动力工程、电子信息工程、自动化等理工科9个专业共350名学生作为本次问卷调查的对象,于2014年11月做了此次问卷调查。
2.调查过程。
为了保证本次问卷调查的可行性和有效性,笔者在大规模调查前进行了试验性调查,在该工科大学12级本科学生中邀请10名学生参与问卷调查,在预调查的过程中,注意观察调查问卷的设置是否妥当,如有不完善地方可以进行调整。参与调查的10名学生都在20分钟内按要求做完了问卷调查,说明该问卷内容设置相对合理,可以正式展开调查。正式调查选在13级本科学生在大学物理实验课的课前展开,在各实验教师和学生的配合和帮助下,共计发放问卷360份(加预调查的10份),回收352份,经过问卷中测谎题的设置筛选出有效问卷高达348份,符合高样本数,可以进行相关的数据分析,该次调查顺利完满地结束。
3.调查结果与分析。
笔者对调查问卷的15个问题进行统计并输入excel表格中进行汇总分析。物理实验是物理知识的先驱,物理实验的思想和方法、实验手段等是其他学科实验的基础。大学物理实验在培养创新型人才的科学素养、科学方法、科学思维和科学精神等科学素质方面具有不可替代的作用,它本应该是工科生非常喜欢的一门课程,然而在调查问卷中,48.8%的学生并不是很喜欢实验课,甚至有78.2%的学生反映当前的大学物理实验教学并不能满足他们的学习要求。值得欣慰的是,50%以上的学生认为实验中的物理思想方法同物理知识一样重要,问卷第6题中,只有13.5%的教师会重点介绍实验设计思想,12.3%的教师会重点介绍实验方法。究其原因不难发现在传统的教学观念中,大学物理实验普遍被认为是一种实践课程,在实验课上要求学生按实验教材给出的步骤测量出数据,实验结束后完成实验报告,让学生学会操作实验就算达到教学目标了。问卷调查结果显示,只有将近54%的同学对做过实验中的仪器和实验操作进行简单的描述或图示,在实验课上,只有10.6%的同学肯定自己能理想地操作实验,20.4%的同学比较善于做好实验记录并对结果进行分析,在实验中遇到故障只有11.2%的学生能自己独立解决,对实验中经常涉及的模拟法、补偿法等基本研究方法,只有24%的同学比较熟悉,能熟练使用列表法、作图法等基本的实验数据处理方法的同学只有6.6%。通过上述一系列的数据显示,大学物理实验课程并没有切实达到培养学生的基本科学实验技能、培养学生的科学思维和创新能力等目标。结合此次调查结果,笔者也查阅了大量文献资料,得出以下结论:当前的物理实验教学在学生的科学素质培养方面重视不够,在物理实验的课堂教学中,大部分教师在讲解实验时,都是对实验的操作步骤和数据处理进行着重介绍,而忽视了实验中蕴含的科学精神、科学方法等宝贵的物理思想。学生关心的也仅仅是测量数据和撰写实验报告,基本不去思考实验的思想和方法,只知道按教材步骤做,不理解也不去探究这样做的原因,导致在做完一系列的大学物理实验课后,学生不仅出现对基本的实验方法完全不知,还有实验兴趣下降、个人动手操作能力也没有提高的尴尬现象。更别提让学生掌握物理实验的丰富内涵、培养创新思维和提高学生科学素质了。这种忽略物理实验思想方法的教学理念割裂了物理现象和物理知识之间的内在逻辑联系,对培养学生的创新能力不仅没有促进作用反而会起到一定的阻碍作用,因为思想才是每一个具体实验的灵魂,只有掌握了灵魂才能真正地学以致用。笔者大量查阅资料几乎没有见到有大量涉及实验思想方法教学的物理实验教材,足以证明当前教育界对实验思想方法教学的重视程度远远不够。由此可见,当前的大学物理实验教育改革应该重点考虑的问题之一应是如何加强实验思想方法教学,引导学生注重实验研究方法,在实验中培养学生的创新能力,锻炼学生成才从而推动我国的科学技术创新步入一个新的辉煌。在大学物理实验教学中,着重探讨实验思想方法的教学,把握大学物理实验的精髓对于培养学生的创新能力和科研精神,造就一批高素质的卓越工程人才有着重大的现实意义。
二、重视实验思想方法教学在大学物理实验教学改革中的必要性
重视实验物理思想方法在大学物理实验教学过程中的运用,对培养大学生的创新精神有很大作用,回顾物理学史,从古代物理学、近代物理学到现代物理学,它的产生和发展,都是科学前辈们运用创造性思维的成果。纵观历史,有哪一项重大的科学创新不是和科学思想的应用与发展有关?在物理学史上,牛顿创立了万有引力定律得益于他造诣颇深的数学思维,卢瑟福基于自己灵活的类比思维提出原子的“行星式模型”,伦琴发现X射线的最大助力是她的直觉和灵感,爱因斯坦创立相对论得益于理想化思维方法等。在物理学的发展长河中,几乎每一个物理实验的诞生都有一定的历史渊源和时代背景,尤其是历史上一些重大的物理实验所蕴含的丰富物理思想。在实验教学中向学生展示物理学家设计实验的思考过程以及物理学家所散发的科学精神,物理学家们在团体合作、思维的发散基础上完满解决科学难题的事例给学生培养团队合作意识和创新意识树立榜样。物理实验的思想方法方法不但适用于自然科学的研究,也适用于其他科研探究。在物理实验操作中经常会应用到分析、综合、抽象、概括、演绎等思维方法,这些思维方法更是学生进行思维活动所不能缺少的。“授人鱼,不如授人渔”,素质教育的核心要求是创新教育,是让学生知道为什么要这样去做。所以说学习实验的物理思想方法在培养学生的科学素质方面有更加长远的意义,远比仅仅学习实验的操作步骤受益深远。例如,实验方法中的控制变量法可以培养学生初步分析问题、研究问题的能力,转换法有利于培养学生思维的灵活性,替代法有利于培养学生思维的变通性,模拟法有利于培养学生的科学想象力。对于学生来说,科学思想、科学方法、科学精神和科学态度,将会影响着他们未来的事业和生活,不管他们将踏入什么样的工作岗位,即便是忘记了具体的物理实验,但掌握的物理思想方法可以指导他们作为社会人,应用他们已经内化了的物理思想方法形成善于分析、归纳、分类、综合等的工作思维,从而思考并解决问题。可以说实验思想方法的学习和掌握是他们在汲取科学研究中最高层次层、最有迁移价值的财富。对于教师来说,重视实验思想方法的教学也有利于他们的创新发明,在实验教学的过程中,教师只有充分挖掘出实验中典型的科学思想和科学方法才能更好地教导学生学习,同时教师可以对实验的程序和设备进行探究,如果能有所突破并应用到教学中,也有利于激发出学生的创新意识。
三、结束语
物理实验思想方法凝聚了物理学家们的巧妙构思,是他们创新智慧的结晶。当前的物理实验教学改革可以在教材中突出物理实验思想方法的介绍及讨论,教师要注意引导学生认真分析实验中所涉及到的实验思想方法,尤其是一些典型的方法要着重讲授,同时要求学生在实验报告中探讨该实验思想方法的合理性。比如测量金属材料杨氏模量的实验要让学生掌握光杠杆镜尺法;分光计实验中让学生掌握自准直法;电位差计实验中要让学生知道补偿法的应用等。教师还可以从实验的目的和现有条件出发,指引学生探索实验思想方法,从具体要求出发,探究哪种方法最适用,在“探究、实践、交流”的实验教学中彰显学生的主体地位,提高学生的实验兴趣,激发创造性思维,培养出符合时展要求的创造型人才。
作者:梅忠义 宋丽影 单位:合肥工业大学电子科学与应用物理学院
第四篇:大学物理实验教学实践与思考
一、对大学物理实验和理论课教学进行整合同步,改变理论与实验割裂的现状
目前大学物理和大学物理实验是两门独立课程,往往是同时开设的,造成很多实验在做的时候,实验原理在理论上还没有学习,极大影响实验效果。应根据大学物理课程的教学进度,调整大学物理实验项目顺序,让大物实验在该实验涉及的理论讲授后一周内进行,使学生通过实验及时验证所学理论知识,同时用学习的理论解释实验现象,达到理论联系实践的效果。建议本着教育以人为本的原则,将大学物理课程理论教学与实验教学统筹协调安排,可能的话将大学物理实验和理论课整合成一门课,实验作为整个课程一个不可割裂的部分看待(就像其他课程一样),有利于任课教师整体考虑理论与实验的关系。
二、对大学物理实验内容、实验管理方式、实验教学方法和手段进行改革
1.实验内容改革
目前大学物理实验项目较多,而学时一再压缩,要想都做不现实。那么哪些实验该做,哪些实验选做甚至不做,才能达到最佳效果呢?教学实践中应根据不同专业后续课程的需要,对大学物理实验进行取舍。如对机械工程专业来说,力学类实验最有用,应该都做,而像弗兰克-赫兹实验就没必要做。对电子科学与技术专业来说,力学类很多实验如单摆测重力加速度就没必要做,而弗兰克-赫兹实验应该做。还有些实验,如长度测量和误差处理,应该所有专业都应该做,因为基本测量方法和误差处理所有专业都会涉及,也是所有实验的基础。可以根据不同专业分成必做实验和选做实验,必做实验是与本专业后续课程密切相关的,所以必须做,而选做实验是学生根据个人情况有选择性地做。具体是机械类专业力学类实验全做,部分光学实验如牛顿环测厚必做,电学和热学部分实验选做;而电子信息类专业电学和光学实验全做,力学和热学部分实验选做等,总之大学物理实验项目应充分征求各专业的专业课老师的意见,利用好有限的大学物理实验学时,以做到学以致用。另外大学物理实验课程教学内容应注重与最新科研、工程和社会应用实践的联系,融入科技创新和实验教学改革成果。
2.实验管理方式改革
目前我国应用型本科院校大学物理实验课有规范化教学和开放式教学两种模式。规范化教学是由实验指导教师指导学生在规定的上课时间内完成既定实验项目;而开放式教学是将实验全部摆出,学生根据自身情况预约时间选择实验项目到实验室完成,实验教师只在实验室值班和答疑。目前大多数应用型本科院校由于人力物力的原因采用规范化教学;少数条件好的学校采用开放式教学。教学实践中发现这两种模式的单一采用已不能适应需要,应采用二者结合的方式。学生初学这门课的时候采用规范化教学,通过几次规范化实验课,让学生掌握一些基本实验技能、实验方法与处理数据技巧,使其初步具有独立操作能力。然后将部分实验开放,由学生自由选择项目做。如电学实验,先采用规范化教学法,让学生熟悉电流表和电压表等仪器的用法,掌握基本技能,再采用开放式教学,将惠斯通电桥的应用、电表改装及校准等实验需要的仪器摆出,由学生选做。学生自己设计实验方案,自己挑选仪器。这样学生既受到规范化工程训练,又提高学生物理学思维和独立工作能力,为今后专业实验奠定扎实基础。建议有条件的应用型本科院校的大学物理实验室建立自己的教学网站,学生在网上根据每学期实验设置情况选择实验项目和实验时间,同时允许学生退选和补选实验,给学生一定的回旋余地。学生通过网络及时了解实验成绩,通过网络社区与老师讨论,这种“交互式”师生关系能充分调动学生的学习积极性和主观能动性,激发学生对实验的兴趣,培养学生创新意识和能力。
3.实验教学方法和手段改进
大学物理实验要重视演示实验的功能,增强学生的学习兴趣。对一些实际生活中难以见到的物理现象,演示实验能增强理论讲授的说服力。而与生活生产密切相关的高科技含量较高的演示实验对引导学生了解科学前沿具有重要意义。对一些不易实物演示的,则可通过计算机模拟,如微观的、宏观的、极慢的、极快的物理过程采用计算机进行逼真模拟,放大或缩小物理场景,将物理过程形象地展示在学生面前,使学生透彻理解物理本质。建议教师自制一些演示实验的工具,学校投入一定经费购置一些演示仪器,供大学物理实验教学使用。大学物理实验同样重视仿真实验,如用有关软件模拟电场线,磁力线的分布,让学生通过仿真实验获得对物理知识的感性认识。部分大学物理实验还可考虑与专业实验对接,如三线摆测物体的转动惯量可以考虑和理论力学或者机械原理的有关专业实验对接,以达到提高学生知识水平和能力的目的。实验数据处理和作图是大学物理实验中的重要环节。部分实验数据繁杂,计算量大,手工绘图粗糙,处理结果偏差较大,使学生花大量时间用于数据计算而忽视实验本身的物理内涵,本末倒置,因此建议在大学物理实验教学中引入相关软件,如Excel、Matlab或Origin用于数据处理和绘图。
4.在实验中引进物理学史教育
注意在大学物理实验课中引入物理学史教育,可以受到良好的教学效果。做实验时,介绍一下该实验在物理学中的历史地位和影响、最初思路方法、做该实验的第一个科学家,道出相关理论的源流、发展、验证和形成过程,激发学生好奇心和兴趣,使下面的讲解变得容易,实验效果无疑非常好。同时通过物理学史的介绍将相关理论知识联系在一起形成知识 面,从而加深学生对理论知识的理解和掌握,对科学家事迹的介绍有利于培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的科学精神。所以,大学物理实验课中引入物理学史教育具有重要意义。
三、在大学物理实验教学中贯穿安全教育和爱护设备教育
1.培养学生安全意识
安全意识是当代大学生的基本素养之一,但在大学物理实验教学实践中,发现很多学生安全意识淡薄,这一点在电学实验中尤为突出。特别做交流电实验的时候,有同学图省事改动线路时不切断电源,带电操作,这是非常危险的事情,极易产生人身伤害。建议大物实验时,把实验安全问题放在首要地位,树立学生的安全意识,告诫学生按照实验规程操作。还有些同学纪律散漫,在实验过程中打打闹闹,很容易跌倒,地上有开关,弄不好碰破了头会导致人身伤害,所以在大学物理实验教学的同时要贯穿安全教育。
2.培养学生爱护实验设备、爱护公物的意识
在大学物理实验教学中,发现很多同学对实验设备不爱惜,如电学实验中,个别人不按要求,将电压一个劲儿往上调,导致白炽灯烧掉了,还有个别同学野蛮操作,特别对示波器的探头线,经常硬拉强拽,造成不必要损坏。对导线的插拔有时不按照要求捏住根部进行,而是强拉线身,导致很多导线看似是好的,实际上已经不导通了。针对这个问题,应该对学生展开爱护实验设备教育,在给学生演示示波器探头线和导线插拔的正确方法时,严肃实验室纪律和操作规程,让他们明白只能将电压调到实验指导书允许的上限就不能再上调了,另外引导学生想一想,为什么现在实验室的好多设备不能用,有那么多故障,是什么原因造成的?师兄师姐们过去是不是也像我们现在这样不爱惜设备,导致现在很多实验开展起来困难重重?如果我们继续不爱惜实验设备,那我们的师弟师妹们以后做这些实验的时候不是情况更糟吗?很多同学都表示一定要爱惜设备,不能给师弟师妹们留下烂摊子。经过几次实验时的安全教育和爱护设备教育过后,学生的安全意识有了明显提高,操作设备温柔多了,在做光学实验的时候,都知道不能用手捏透镜,收到良好效果。
四、在大学物理实验教学中贯穿素质教育和育人功能
1.组织纪律性、协作精神和团队意识培养
大学物理实验教学的根本目的是培养人,组织性、纪律性、协作精神和团队意识是新时代大学生必备的素质,大学物理实验教学中,发现不少学生组织性纪律性很差,协作能力很差,实验前不预习,实验过程中毫无头绪,大声喧哗,实验课迟到缺勤现象严重。教学实践中,我通过班干部和部分同学了解到班上哪些同学学习比较认真,态度比较端正,指定他们担任各个小组的组长,让他们在实验前督促同组人提前预习,来实验室时互相提醒不迟到,实验后及时写实验报告。另外指定动手能力比较强的同学轮流演示实验,具体措施是自己主动报名加其他同学民主推荐,排定每次实验演示的同学,这些同学在实验前认真预习,吃透实验精神,有什么问题在实验前事先和我沟通,并且提前将实验预做一下,总结出现的问题并准备解决预案。正式上实验课的时候,让这个同学演示给其他同学看,我在旁边讲解,提醒大家注意事项,以及可能出现的现象和解决办法,在确认同学们都弄明白的情况下,让他们2~3人一组分组实验,实验中出现的问题让他们及时举手向我提问,我及时帮他们观察出现的问题,引导他们用书本上的理论知识进行分析,找出症结,并最终顺利完成实验。
2.规范性实验报告和应用文写作能力培养
实验报告是对一项实验工作做出规范的、全面的、实事求是的总结,并以书面形式表达出来。撰写完整规范的物理实验报告是教学的重要环节,也是当工科大学生的基本技能技巧。但在大学物理实验教学实践过程中发现很多大二学生居然不知道完整的实验报告怎么写,这些学生的实验报告往往是将测得的实验数据一罗列,就没下文了:没有分析,没有结论,没有思考。针对这个问题我以“怎样写实验报告”为题在实验前给每个小组都详细讲解一遍:应该如何写,包括哪几个部分,要注意哪些东西,然后结合部分实验报告进行点评。并且提醒同学们实验报告是一种应用文写作,以后工作中,还可能有类似报告要写,虽然有所差别,但大同小异,套路是一样的,今天写实验报告,将来在工程技术工作实践中就可能要写研究报告、工程技术报告,所以同学们要高度重视它,切实提高应用文写作能力,为今后工作打下基础。经过几次大学物理实验,学生的实验水平明显提高,一般问题都能自己解决,完整的数据表格也能轻松搞定,而且学生问的问题也上了档次,实验报告写得越来越认真,图表都很清楚、明显规范。很多同学都表示通过大学物理实验课,确实学到了不少东西,加深了对书本知识的理解,弄清楚了很多概念,而且改掉了过去散漫的作风,养成了严谨的工作态度,提高了协作精神,团队意识明显提高,受益匪浅,达到了素质教育的目的。
五、改进大学物理实验考核体系
改进实验考核方法,旨在提高教与学的积极性。目前大学物理实验考核由平时成绩与课期末考试成绩两块组成。平时成绩包括出勤率和实验报告撰写,期末考试成绩《大学物理实验(上)》是考核学生处理实验数据方法的掌握,而《大学物理实验(下)》是考核实验原理,导致学生实验过程中不认真对待,数据抄袭现象严重。不少同学在大学物理实验结束后做专业课实验,连万用表都不会用。为了保证实验课教学质量,建议对《大学物理实验(下)》进行实验操作考核。抽签决定考试项目并单人操作,当场评分。由于有期末单人操作考试的压力,因此学生的实验态度发生了根本性变化,由以往只注重实验结果向注重实验操作步骤及实验报告转变,态度积极认真,效果良好。在对学生的考核上,强化平时成绩,平时成绩占80%,同时注重考查学生自学能力(预习报告,20%)、表达能力(数据处理和分析,20%)和操作能力(20%)。考核方式除笔试、抽签操作外,还应建立多元化实验考核方法,如学生自制实验器材的,或者改进实验方案的都可以折算成平时成绩的一部分,大大激发学生学习兴趣和创新能力。另外为了提高学生实际操作能力,缺做实验的学生允许补做或重做。随着时代进步和教育改革深化,大学物理实验教学实践中还会面临更新形势,还会遇到更多问题,但我相信,只要秉承一颗责任心,坚持教书的同时育好人的原则,遇到问题想办法解决,甚至创造条件解决,就能不断提高大学物理实验的教学水平,推动大学物理实验教学进步。
作者:笪诚 单位:巢湖学院机械与电子工程学院
第五篇:大学物理实验教学学生科学能力培养
1大学物理实验教学的作用和现状
大学物理实验教学将物理理论和物理实际相结合,因此更具实践性.由于科技发展的冲击和大学教育理念的不断完善,对于大学物理实验教学也在进行着多方面的探索和研究.尤其在提出创新教育和素质教育的新课改要求后,大学物理实验教学中的教学改革得到了进一步的深化,但大学物理实验的教学内容、教学方法和教学评价等方面还有待于完善.首先,实验内容还是以基础性和验证性实验为主,探索性和设计性实验偏少.由此导致学生的学习兴趣不足,课堂不够活跃.其次,教学方法还是教师讲,学生听;教师示范后,学生重复操作,或是学生按实验指导用书的指示一步步进行操作的传统模式.这样的教学方法使学生缺少独立思考的空间,不利于培养学生的科学探究能力和创新能力.再次,实验成绩的考核还是以书面呈现的实验数据和实验报告为主.书面的成绩评定方式不能综合反应学生在实验中创造性地解决问题的能力.
2实验过程中学生科学探究能力的培养
基于目前大学物理实验教学中存在的问题,寻找一种恰当的教学模式成为问题的关键.近年来,在培养人才科学素养的教学宗旨指导下,探究性教学模式得到广大教学研究人员的关注,这一模式在不同学科领域教学中得到了广泛实践,并取得了巨大的成功.据此,把这一教学模式引入到大学物理实验的教学中,并且在教学过程中尤其注重学生科学探究能力的培养.以培养学生基本实验技能和科学探究能力为目标,首先对实验内容进行了重新优化整合.在内容上,减少了基础性和验证性实验,增加了探究性和综合性实验.探究性实验以学生为主体,实验前给学生分好小组,针对给定的实验题目,学生制定科学探究实验的计划和实验方案,根据实验目的学生自己准备实验器材,器材可来源于学生生活中的用品和器具,也可和实验室提前预约.经历这一过程,学生能够进一步明确实验目的.而且通过实验方案的设计,提高了学生的科学探究能力.改变传统的以教师为主的教学方式,采取教师为主导,学生为主体的方式.围绕着加强学生素质和提高创新能力的目标,采取每次实验前给出问题,学生通过查阅文献资料的方式进行实验准备,整个实验过程都以学生为主体,做实验的方式由学生想,学生自己操作,困难由学生自己解决,教师主要负责提示学生实验中的安全注意事项.学生解决不了的问题,可以采取课上讨论的方式,教师从旁引导,实验数据采用随堂处理,课上提交的方式.整个实验过程都体现出了研究性大学物理实验的自主性、合作性、研究性和开放性的教学特色.在实验成绩考核上,采取多种方式相结合.依据探究性实验教学的方式,将实验考核依据培养学生科学探究能力和科学素养所占的权重,分为实验设计、实验操作和实验处理三个部分,部分实验提交实验报告,让学生自主选择探究性实验和综合性实验提交实验论文,让学生提前了解论文的格式和撰写的过程.多种考核方式的结合能够充分调动学生学习的主动性和积极性.
3结语
通过大学物理实验探究式教学的方式,可以让学生积极主动地参与到科学探究过程中,掌握科学探究方法,体会科学探究的精髓和快乐,使学生成为具有科学探究能力和科学素养的创新性人才.
作者:王英 王玉玲 单位:大庆师范学院机电工程学院
第六篇:大学物理实验教学探索
一、大学物理实验教学改革
学生多种能力的培养离不开大学物理实验这个环节。物理实验室为学生营造良好的环境,物理实验为培养高素质创新性人才铺平道路,物理实验教学改革成为了重中之重。最近几年,我们共同努力力求在物理实验的内容、方法和手段等方面得到更好的创新和改革。
(一)更新实验教学内容
传统的物理实验大多是验证性实验,内容陈旧,也不能依据学生的专业特点、特长爱好开设具有创新性的实验。这样,要想塑造出适应现代高科技、高素质人才是望尘莫及的。针对这些情况,应该从现实应用和创新中提取题材,删除简单的验证性、测量性实验,增设物理概念、物理意义浓厚,实验方法、实验技巧突出的实验。比如《大学物理实验》中“长度测量”是借助螺旋测微计和游标卡尺完成的测量性实验,这些最基本的仪器的使用完全不必作为一个实验单独开设,而应在完成其他逻辑性较强、物理意义鲜明的实验基础(比如“金属弹性模量的测定”)上捎带给大家介绍这些仪器的使用方法即可。也可以将已开设的实验进行拓展、延伸,如“示波器”的实验可以增加声速的测量;还有些实验不但能培养学生验证物理原理的基础能力,又能培养学生通过物理原理来解决实际问题的能力;另外,还可以引入运用计算机处理和采集数据的实验,例如普朗克常数的测定,这些实验可以让刚接触物理实验的学生以不同的形式进行重复的基础训练。对于具有一定基础的学生,可以更快的进入深层次的实验,提高创造性思维和创新能力。我们努力争取在实验内容上得到更新,使实验的综合性、开放性、创新性得到进一步改善,让学生在受到基础教育的同时也能接受适应时代需求的应用教育。
(二)改进实验教学方法
实验教学方法的改进是完成实验教学内容的保证,我们尝试从以下几方面做些工作:首先,实验教学要循序渐进,从基础实验逐渐过渡到设计性实验;其次,实验教学中趣味教学也是非常重要的,实验的操作、过程和现象都具有趣味性,相比平时枯燥乏味走过场的实验课来说,更能吸引学生的注意力,激发学生的学习积极性。最后,采用“启发式教学”方法来改善教学过程。启发式教学有很多方式,教师可以引导学生参与课题的研究,可以基于基础问题探索解决方案;可以针对论题完成相应的论文,引导学生自己思考问题,发表不同的见解。学生的学习是知识的吸收和消化,能力的提高,素质的提升过程。
(三)完善教学手段
现如今,多媒体的广泛使用,网络资源的源源不断。大学物理实验也要跟上媒体网络的步伐,与现时代接轨。那么大学物理实验教学,如何能充分地利用这些先进的媒体技术成为我们不容忽视的重要问题。例如,在传统实验中,实验前的预习报告、实验后的数据处理和回答问题对于掌握原理和完成实验的重用性学生都很清楚,但是在实际操作中真正用心完成的少之又少。在这样的现状下,我们可以充分利用先进的媒体技术给学生演示实验,利用先进的物理软件给学生做仿真实验。实验前利用这些资源预做实验;实验后通过这些资源复习实验,物理仿真实验走进教学,使得学生可以利用自己的自由学习时间去重新认知、理解、复习、和领悟实验的内涵,促使学生的探究思维和创新能力的培养。
(四)开放物理实验室
为了适应多元化人才培养目标,大学物理实验也由传统的封闭式教学变为开放式教学。开放式教学不仅是实验管理形式上的开放,而且是实验教学内容和实验教学方法的开放,开放物理实验室是根据学科特点设置多种层次的实验教学目标,让学生独立探索、开拓思维、突出创新、提高素质和能力,强调教学对学生的自由发挥,实验题材的选取、资料的搜集、研究方案的确定、实验过程的实施,直到最终阶段性成果的获得,都要求学生积极、主动参与到实验中来,并积极、主动地探索问题的解决方案。开放实验时间可以让学生根据自己对实验项目的新想法、新思路和新实验方案的出现来预约实验时间。开放实验仪器,可以让学生充分使用所有仪器自己组合,来完成设计的实验方案。教师通过对原有实验的改进,新实验的开发,构建开放式教学体系,推动课程内容的更新、教学方法的改进、教学管理模式的完善。为学生主动学习和个性发展创造一个较好的外部环境,让学生根据自己的知识水平和丰富的想象力,有效解决当前实验教学中存在的不足。开放式教学从教学方法上来说,是一种探究式的学习过程,教师的作用是引导,是对学生的实验过程与进展的宏观控制与正确评价,是对学生操作技能的培养实现一种正向迁移。总之,要调动一切积极因素,鼓励科研,服务于科研。除此之外,对活跃科技活动形式,有两点建议:1.结合实验室建设,开展科技活动。实验室的建设是学科建设的重要内容,学生在课堂上可以获得学科知识,而在实验室里却是实践深化的基地。在实验室的建设过程中,让学生参与实验室的某些工作与活动。2.结合教师科研项目,设置科研助手。教师的科研能力提高了,就会让更多的学生有机会参加到科研活动中去,这不但可以将科研与教学结合起来,促进教学质量的提高,更可以实现培养特色人才的目的。开放实验室既是师生科研探讨课题的地方,又是学生的课外科技探究活动的场所,它能促使教师不断研究、更新实验教学方法,为祖国培养更多高素质的人才。
二、结束语
微型化学实验则能够很好地解决这一难题,由于它尽可能地使用较少的化学试剂,而且仪器设备比较小型,方便在课堂上进行,很好地培养了学生的动手能力和创新探究能力。具体表现在以下几个方面:
1.提高学生的动手实践能力
对于化学教学而言,课堂教学和实验教学是两大基本组成部分,在教学中加入微型化学实验,增加学生自己动手的次数,能够强化知识。教师在课堂上可以指导学生,收集家里或是某些公共场所的各种废弃物品,自己动手制作微型的化学试验箱。例如收集废旧的输液管来代替导管,部分难以收集的仪器替代品和化学试剂等可以由老师提供。对于化学课程中占据相当大比例的实验,都要尽可能地在课堂上进行演示。对于演示实验,将其转变为使用微型化学实验之后,更容易在课堂上进行。充分利用微型化学实验比一般的化学实验使用更少的化学试剂、更安全、更环保的特点,将节省下来的试剂用来让学生做更多的实验,加深了学生对所学知识的印象,同时也增加了学生动手操作的机会。如在讲授关于硫酸所具有的性质这一节课时,就可以将之前的多试管实验用微型九板孔来代替,这样就可以将课堂上的实验时间减少,让更多的同学来亲自体验实验带来的乐趣。在实验的过程中,老师要规范学生的操作,及时地指出学生操作过程中出现的问题。
2.培养学生观察探究的能力
化学学习中有很多现象是需要观察得出的,在以往的化学教学过程中,大多数都是采用教师一人在讲台上进行实验,学生在自己的座位上进行观察的模式。但是由于许多化学反应过程很迅速,反应现象是很微妙的,学生根本无法做到仔细、细致、全面的观察。微型化学实验的引用,学生可以利用自己的微型试验箱,在老师的指导之下自己动手进行实验,此时,每一位学生都可以通过最合适的距离和方向来对实验现象进行观察总结。老师只需要提前告诉同学们所要特殊注意的事项和重点观测的现象以及有效的观察方法即可。学生按照老师的提示来进行实验、观察,结合所学的知识来进行分析研究,老师帮助同学解决其难以思考出来的难点。这样一来,不仅学生亲自动手实验,加深了对实验现象的记忆,也很愉快地掌握了知识。
3.培养学生的思维拓展能力
学生通过对实验进行观察所能得到的感官感受只能作为感性的认识,只有通过自己的思考,结合课本上的知识,认识到事物内在的联系,才能将感性认识转化为理性的认识。在化学课堂上引导学生自己动手制作微型化学实验箱,更能够激发学生动手实验的兴趣,促进学生求知的欲望,使得学生只要看见自己做的实验设备,思维就可以立马活跃起来,自己先思考怎样进行实验,可以得到想要的信息。这样在每节课之前,学生就会主动地去预习所要学习的内容,上课时则会更加专注地听讲,认真地进行实验,并观察所发生的反应现象是否同自己之前的设想一样。然后结合自己的疑问,学生可以积极思考其中的原理,也可以咨询老师。老师通过学生的观察、讨论和思考的结果,有针对性地对本节课的核心要点进行总结和归纳,加深学生的理解和记忆。对于学生都不太感兴趣的复习课来说,可以通过增加微型实验这一项目来缓解课堂的枯燥、沉闷的气氛。教师可以将所学过的知识合理地进行串并,通过一系列的微型实验来使学生将其中涉及到的化学知识结合在一起,提高课堂复习的效率。这样不仅活跃了课堂气氛,更加锻炼了学生对知识的整合和总结能力,学生在动手的同时,加快了思维的活跃程度,可以获得更好的复习效果。在课下的业余时间,则可以鼓励学生自己对微型实验仪器进行创新和改善,可以在老师的指导下与同学进行实验竞赛等活动,自己设计课题和研究过程,经过老师的把关后开始实施,然后进行讨论,总结分析,得出结论。这种活动可以丰富学生的课余生活,培养了学生的自主思考和创造性思维。
4.提高学生自主学习的能力
自主学习是学生获取知识的最主要的途径,也是使学生成为全面发展的人才必不可少的要素。在课堂上学生自主进行微型化学实验,学生可以在其中发现自我的价值,从而更加激发学习的动力和愿望。同时,从实验中得出自己所期望知道的科学知识的乐趣,使得学生在课下也愿意自己动手进行实验,自己查阅资料去获得自己想要的答案。这样不仅学生学会了课前预习、分析思考问题和解决问题,而且还在和同学讨论研究的过程中掌握了与人沟通交流的能力。为了解决自己迫切想知道的难题,在学生阅读大量的参考书的同时,也提高了阅读能力,养成了良好的阅读习惯。微型化学实验的引用,很好地提高了课堂教学的效率,使得学生更好地掌握化学知识,最主要的是培养了学生的学习能力。
二、总结
1.1硬件条件不足
我院实验中心现有药物化学实验室、仪器室、准备室各一间,近120m2,能够满足教学实验场地的需求。然而,实验装备陈旧且不足,基本都是老式的机械搅拌器、电热套、水浴锅等,连基础的实验要顺利完成都存在问题。例如,合成对氨基水杨酸钠的实验中,在用水重结晶时,稍微过量的水都使晶体不易析出,这时需要减压蒸除多余水分的基本操作(浓缩)在药物化学实验室都不能完成,影响实验的成功率,进而对学生的学习兴趣产生消极影响。
1.2教学内容孤立
目前,我院开设的药物化学实验均为对理论知识的验证,内容单一、孤立,缺乏连续性、探索性和创新性。每次实验课,教师都会对实验目的、原理、方法、注意事项等进行详细讲解,学生只要按部就班地操作就能顺利完成实验,不需要过多的思考。对实验中出现的异常现象,很少有学生能独立分析原因,而总习惯依赖于教师。现行的药物化学实验教学模式,对学生思维方式和潜力的开发以及综合运用知识能力的培养十分不利。
2改革方法与措施
2.1更新添加常规性实验仪器设备
科学在进步,仪器设备在革新。我院药物化学实验室配备不足,且落后陈旧。不能适应社会对药学人才的培养需求。需更新添加适量实用的仪器设备。在实验室的建设中,本着实用、常规性为原则,如配置磁力搅拌器、旋转蒸发仪、循环水真空泵等常规仪器。
2.2合成实验方式的转变
目前,我院药物化学实验室开展的实验均采用常量法进行,但随着招生人数的增加,用于药物化学实验的药品、试剂、反应溶剂的消耗也随之增加,同时加重了实验室及周边环境的污染。因此,在药物化学实验课中开展微量-半微量实验课,可较大程度地节约化学药品、试剂、溶剂等消耗品的用量,有效地节约实验经费。另外,倡导“绿色化学”和“低碳合成”。
2.3构建药物化学实验基本技能实训体系
实验教学过程中,学生操作不规范,动手能力差,缺乏有机化学实验基本操作基础。针对这一现象,把加强基本技能训练作为实验教学的基础,目的是要学生掌握正规操作,提高动手能力。依据药物化学教学大纲和药学类本科专业认证对药物化学实验的要求,药物化学实验基本技能包含回流、搅拌、液液萃取、蒸馏、分馏、减压蒸馏、水蒸汽蒸馏、普通过滤和加热过滤、结晶抽滤和洗涤、重结晶、熔点测定共11项基本技能,我们以此为基础,构建药物化学实验基本技能实训体系。
2.4构建常规药物制备实验篇
根据药物化学11项基本技能,精心选择常规性药物制备实验,既起到锻炼熟练掌握药物化学实验基本技能,又起到巩固所学药物化学基本知识和基本理论。如从阿司匹林的合成、对乙酰氨基酚的合成、扑炎痛的合成、苯妥英钠的合成、苯佐卡因的合成、盐酸普鲁卡因的合成、磺胺醋酰钠的合成、氟哌酸的合成、氯霉素的合成等经典药物制备实验中精心挑选,从药学院药物化学实验室的实际出发,构建常规药物制备实验篇。
2.5构建计算机辅助药物设计实验篇
随着近年来药学的化学模式逐渐改变为生物-化学模式,药物化学的教学内容融入了较多的生物方面的内容:根据药物作用的靶点、药物与受体的结合、作用机制、药物在体内的代谢,进行新药设计研究。根据药学院计算机辅助药物设计研究室的实际情况,从应用量子化学计算方法进行分子结构优化以及异构化反应研究、生物大分子的分子动力学模拟、MM-PBSA方法研究药物小分子和靶标的结合自由能、基于药效团模型的虚拟筛选、甾体化合物的三维定量构效关系、生物素及其结构类似物与抗生蛋白链菌素作用方式研究等实验章节中精心选择计算机辅助药物设计实验,构建计算机辅助药物设计实验篇。
2.6构建综合性实验实战篇
根据药学院回医药研究的最新成果,从药物化学的角度,结合各届药学学生的培养目标,由教学小组讨论提出课题,构建综合性实验实战篇,并且由学生自主设计完成实验。
3结论
1.1实验教材教具的准备工作
选择与本校实验条件相匹配的实验项目及教材,是保证药物化学实验效果的前提条件。教材或实验讲义中应避免含糊不清的字眼或有歧义的实验流程,加强实验设计及规划,明确每次实验的知识点、操作技能点、实验目标与要求。编排好与理论内容衔接的实验进度,药物化学本科教学实验内容应向药物的质量控制、配伍禁忌、生产及储存保管等更贴近生活、符合工作岗位需求方面的内容倾斜,注重实验内容的实用性,确保实验项目对学生岗位胜任能力的提高有所帮助,真正实现理论与实践融合。重视多媒体、视频教学在实验讲解中的作用,在实验过程中那些比较复杂的装置和实验现象,如果单凭教师的讲解和示范,可能会耗费不少时间和精力而效果并不理想,采用多媒体及视频录像辅助教学,使实验讲授更加生动、形象,使学生感受直观,记忆深刻,学习效率提高而不良习惯、不规范性操作大大减少。
1.2实验仪器设备及耗材的准备工作
实验员对仪器要进行日常保养、常规检查,使用前对仪器进行调试,保持仪器的良好运行状态,不可用的仪器设备及时报废并重新申请购买;对药品、试剂及时盘点并按要求新鲜配制,确保其有效性和浓度的准确性;对实验环境中可能存在的危险隐患进行排查,确保实验室水、电、通风状况良好;实验员应提前准备实验,并随时在岗,对学生所需的部分实验耗材随时提供和补充。
1.3带教教师的教学观念的更新与转变
教师是实验教学的引导者、策划者和监督者,在实验教学中起着非常重要的作用。实验教学中发现,学生的实验态度很容易受到带教教师的影响,教师教学态度严谨与否将直接影响实验教学效果,教师应该充分认识到课堂教学态度的重要性,重视实验在职业素质养成中的重要作用,特别是对其思想品德、群体合作性、工作习惯、学习创造力的培养。
1.4带教教师预实验
实验开设前,带教教师应进行实验预试,利用相同的实验仪器设备、试剂、原料,在相同的实验条件下进行实验预试,可帮助教师明确实验的时间分配和安排、发现实验中可能出现的问题并找到解决的方法、预测实验应达到的目标结果、优化实验流程、设计产品的回收与利用的方法、归纳需讲解或讨论的主要问题等。如性质实验,用原料药和药品来做性质实验有很大的差异,限于药品管理制度,部分原料药的采购并不顺利,如果改用药品来做,应通过预实验估算药品和试剂的取用剂量、浓度,调整实验步骤和实验条件,以得到明显的实验结果。
1.5学生实验预习工作
学生对实验课的重视程度往往低于理论课,能主动预习实验的并不多,实验课中边看讲义边操作,做完实验再回头思考原理的现象较为普遍,从而使实验课教学达不到预期的目的和意义。实验开始前,学生应通过查找工具书掌握实验原理、实验目的、实验流程,对反应类型及反应中涉及的原料、试剂、中间产物、终产物的理化性质有充分的了解,对试剂的用法、用量有初步的估算,对实验中危险有害因素有所预见和对策,对实验中可能用到的仪器设备能熟练操作。药物化学实验中的制备实验,往往耗时比较长,且有些实验的仪器需要预干燥(如阿司匹林的制备),预习工作能有效减少实验耗时及错漏,提高实验效率和效果。在综合设计性实验中,则可先由教师提出实验题目及要求,以小组为单位自行制订设计实验方案,最后教师确认实验方案后开展实验。学生通过预习或设计,对实验有一定的思考,把学习真正变成创造性的活动,学会提出问题、分析问题和解决问题的科学方法,开拓思路,熟悉和体验研究过程,最终形成科学的思维。
2实验中
2.1带教教师加强实验过程的监控与管理
在实验过程中,加强实验过程指导,参与学生的实验讨论与分析,了解学生的实验思路,要求学生仔细观察,规范操作,对实验现象及结果如实记录,带教教师依据预先设计好的实验考评项目,在实验中给予评价,考查学生的实验态度、仪器使用和实验操作的正确性,提醒学生保持台面、地面的卫生整洁,促进其养成良好的工作习惯。实验课堂较理论课堂更利于师生的认识和交流,在实验带教中,教师应秉承理解平等、合作民主、肯定激励的原则开展实验指导工作,师生感情升温,学生学习兴趣、积极主动性增加,能进一步提高课堂教学的有效性。带教教师对实验过程的监控与管理,能帮助学生及时发现实验中出现的错漏,规范学生的操作行为,促进其良好职业习惯的养成。
2.2适时开展组间竞赛及观摩
学生在实验中表现为3种类型:低头族或懒惰型、认真但反复失败型、好又快型,教师监管的重点落在前面2型,除督促和指导外,可适时开展组间竞赛及观摩,学生们相互监督、检验实验步骤和阶段成果,对实验过程中出现的实验现象变化进行讨论分析,能有效调动学生的主观能动性,有助于实验的顺利推进。
2.3重视实验过程记录
部分学生的实验记录直接记录在实验讲义、教材空白处或小纸片上,记录凌乱不规范,言语含糊不清,小组的其他成员看不懂,直接影响实验报告的书写。引导学生重视实验过程的记录,规范记录内容(包括实验操作、资料来源、所用试剂、现象、后处理、结果的记录)及实验报告的书写,以能够依据实验报告实现实验的“重现”为目标要求。
2.4中间产物的鉴定
国内大多数院校的制备合成只是对终产物进行鉴定及分析处理,缺乏对中间产物的鉴定,一般由带教教师凭借以往经验判断指导下一步的操作。可借鉴巴黎第七大学的经验,开展校企合作,完善实验室条件,对反应条件控制和中间体鉴定的质量较好,经初步鉴定(薄层和熔点测定)之后的中间产物,通过测试中心,及时将红外和核磁图谱打谱提供给学生,更能有依据地指导其后继的实验,学生能充分体会药物制备的工艺流程,拓宽其知识领域,加强其责任感和自信心。
3实验后
3.1报告书写与批改
实验报告是传统的实验课的考核形式,是反映学生实验思路、实验过程、实验成果的重要书面材料,也是实验评价的主要依据。带教教师应督促学生需如实描述自己制备的产品特征、计算收率,以实验思路清晰、分析讨论合理得当为主要评价指标,而不单纯地注重产量与结果,在批阅时指出存在的不足或改进的方法并及时将实验报告返还给学生,培养学生对待科学的严谨态度,提高学生分析问题、解决问题、表达问题的能力。同时,带教教师应广泛、深入收集学生对实验项目的相关反馈信息,改进实验服务、优化实验流程,对实验细节及注意事项进行补充,集思广益,使实验方案更加完善。
3.2产品回收和利用
传统药物化学的实验以学生按部就班地完成教材要求的实验为主,对于学生实验合成出来的产品不够重视,学生辛苦制得的产品无人问津,没能得到充分的利用,即造成了资源和能源的浪费,同时也深深伤害了学生学习的积极性和工作热情。应引导学生把实验产品安全有效地应用到生活中,如阿司匹林,虽然实验室制备的阿司匹林卫生条件不能达到人体可以服用,但体外辅助用于治疗脚气、虫咬皮炎、花草养殖等均有一定的效果;不适合在生活中直接使用的实验产品,可由教师统一收集,纯化后用于性质实验或用作药剂、药理实验的药品原料;对于实验后产生的废弃液体集中回收、集中处理,学生在“三废”的处理中一方面应用了理论知识,同时还培养了环保意识。
4结语
1以解剖医学知识为切入口培养学生的学习兴趣
兴趣是学生学习的动力,教师在实验教学中首先要激发学生的学习兴趣,才能调动起学生思维的积极性,使其能够愉快的主动学习。长期以来,医学物理实验的课程设计多为纯物理实验或验证性试验,实用性不强,教学未能体现医学特色,与学生的后续医学课程内容关联性不大,难以激发学生学习本课程的兴趣。注重教学创新,就必须改变原有的教学方式,即单纯根据教材讲解实验目的、原理、操作步骤和注意事项,再让学生如法炮制地进行实验的教学模式。在课堂教学中,应结合解剖医学知识,尽可能多利用现代化的科技手段,如多媒体、视频短片、软件模拟实验、立体实物模型演示实验等,调动起学生的兴趣和学习积极性,让学生将医学物理原理与实验现象很好的联系起来,加深对理论知识的理解。例如,在讲解“心脏做功”这一知识点时,可以先通过投影展示两张图片,一张是心脏解剖图,另一张是血液循环图,并告诉学生血液循环需要由心脏做功来维持。具有医学背景的学生一定会对心脏工作的原理产生兴趣,想要深入理解机体内的血液循环,就必须仔细看清图片内容,于是新课程教学内容就渐渐吸引了学生的注意力。教师再顺水推舟,在黑板上画出整个心血管系统的简化物理模型,用箭头标示出血液的流动方向,循序渐进引出心脏做功的物理公式。经过变换公式推导,可知心脏做功多少与主动脉血压和血液流速有关。最后,再通过物理实验仪器测量以上两个变量,让学生根据公式求出心脏所做的功,从而了解心功能的情况。这样的教学方式学生容易理解和接受,会达到良好的教学效果。
2结合专业学科特点,提升学生的动手实践能力
恩格斯曾说过:“没有解剖学就没有医学”,说明解剖学在医学中具有极其重要的地位。医学物理实验课程应结合医学专业的特点,特别是加强物理实验与解剖医学知识的联系,重视实验的医用性。作为医学院校的教师,应该合理利用校本部及附属医院的医学资源,随时了解和掌握一些新的医学动向和医学研究问题,特别是解剖医学知识背后蕴涵的物理学哲理和研究思维方法,进行整合、提炼,丰富到医学物理实验的课堂。比如,讲到“几何光学实验”时,单纯以玻璃透镜为实验道具会让学生感到枯燥无趣。如果结合人眼的解剖医学知识,向学生展示眼球剖面的解剖结构图,再讲解眼睛的光学结构、折射原理,并用物理知识将眼睛简化为一个单球面折射系统,可加深学生对知识的理解。再如“液体粘度系数的测定实验”,传统的实验是根据泊肃叶定律原理,采用比较法测定水或酒精的粘滞系数,实验内容比较乏味,缺少与医学的联系。根据解剖医学的知识结构特点来对实验进行改进,因为血液的颜色是红色,而且具有一定的黏性,可让学生在水中添加不同比例的甘油和红色颜料,模拟制成不同粘滞性的血液样本,进行比对实验,再联系人体血液的粘滞性应用在临床疾病(如冠心病)的诊断、治疗等,这样既能够增强实验的趣味性和操作性,还有利于学生科研素质和实验操作技能的提升。因此,医学物理实验的教学应从学生教育的实际需求出发,通过结合解剖医学的知识,突出理论物理知识在医学中的应用,加强学生创新思维能力和实验技能的培养,以满足培养高素质医学人才的需要。
作者:江虹 董世武 贾兰 单位:第三军医大学生物医学工程学院
1.探究液体内部压强与深度的关系。
实验1:在废弃的空饮料瓶侧壁不同高度的地方用钉子钻出上、中、下3个小孔,先用手指堵住小孔,往里面倒满水,然后松开手指,可以观察到水从3个小孔中分别流了出来,其中最下面的小孔流出的水喷得最急、最远,上面小孔流出的水喷得最慢、最近。实验证明,液体的压强随深度的增加而增大。
2.探究液体压强规律。
实验2:把废弃的空饮料瓶(较柔软的)盖子打开,正立着逐步伸入水中,观察到空饮料瓶向内凹陷,饮料瓶发生了形变,伸入水中越深,饮料瓶凹陷越大。实验证明,液体内部在各个方向上都有压强,压强随深度的增加而增大。实验3:把废弃的空饮料瓶侧壁同一深度不同的方向刺好几个小孔,把空瓶插入水中,发现外面的水从各个不同方向的小孔向瓶内射入。实验证明,液体内部向各个方向都存在压强。把废弃的空饮料瓶侧壁不同深度同一方向扎好几个小孔,发现外面的水从各个小孔向瓶内射入,上孔射入又近又慢,下孔射入又远又急。实验证明,液体内部存在压强,液体的压强随深度的增加而增大。实验4:在废弃的空饮料瓶不同侧壁上的同一高度扎好几个小孔,先用手指堵住小孔,最后给瓶里充满水,再松开手指,瓶中的水会向外喷向不同的方向,但喷射的距离是相同的。实验证明,同种液体在液体内部的同一深度处液体内部向各个方向的压强是相等的。实验5:用橡皮泥将饮料瓶侧壁扎有的几个小孔堵住,将空饮料瓶装满红色的浓盐水(目的是使效果明显),再把装满红色浓盐水的塑料瓶插入盛水的水槽中,使瓶内外的液面相平,再把橡皮泥同时拔出。结果显示,饮料瓶里红色的浓盐水从各个小孔向瓶外射向水槽中的水里。实验证明,液体内部的压强和液体的密度有关系。
3.探究液体压强特点。
实验6:将一饮料瓶去底,在底部包上橡皮膜并用橡皮筋系紧,向内部灌水,可以看到橡皮膜向外凸起,说明液体对容器底部有压强;不装水,将橡皮膜的一端压入水中,橡皮膜向内凹陷,实验证明,液体内部存在压强,当向饮料瓶内加水到与外面水位等高时,橡皮膜又会变平,这说明液体内部同一深度处的压强相等。
4.演示帕斯卡定律。
实验7:在废弃的空饮料瓶侧壁不同地方用钉子扎4个小孔,打开瓶盖,用手按入水中使其充满水,再拧紧瓶盖,用手挤压饮料瓶,会观察到从4个孔中射出来的水的射程是相等的。实验证明,加在密闭液体上的压强能够按照原来的大小使液体向各个方向进行传递。
二、设计与液体压强有关的实验,进行小制作、小发明实验
8:自动浇花。将盛满水的饮料瓶连接一个打点滴的带开关的细管,悬挂在花盆上面,通过开关控制滴水的大小,在重力及液体压强的作用下,水滴长流,保证主人不在家的几天里水能自动浇花。通过这个小实验能解决生活中的一些小问题,启发学生进行小制作、小发明。实验9:水帘实验。在废弃的空饮料瓶中装满水,并在侧壁扎上几个小洞,打开瓶盖,可观察到有水射出,这说明液体内部在各个方向上都有压强。当饮料瓶盛满水拧紧瓶盖后,在侧壁不同的方向扎几个小洞(直径小于2mm),水并不流出来。当用手拧松瓶盖时,水就从所扎的小孔向外射出来,形成美丽的水帘。
三、结语