大学物理实验自主参与性探讨论文
摘要：:本文探讨了如何在大学物理实验课程中激发学生的自主参与性，阐述了教学改革所采用的“适当省略加合理引导”这一方法。通过一个常见的大学物理实验，给出了这一方法的具体教学实施示范以及成效，体现了激发自主参与性的必要和它带来的优势。
关键词:大学物理实验;教学改革;自主参与性
大学物理实验这门课程，作为面向理工科各专业学生的一门必修基础课程，是构成大学物理课程的一个重要组成部分。大学物理实验作为理论知识应用的一个理想场所，不仅可以帮助学生巩固所学理论知识，更可以进一步锻炼学生的实际动手能力，培养协调合作的精神和激发自主探索的意识。但是在实际教学过程中，发现了学生在自主参与方面存在着缺失，需要通过课程设计的优化改革来改善这种情况。
一、物理实验进行过程中，在自主参与性方面值得改进的地方
目前进行的大学物理实验课程，在实验步骤部分，一般都参考实验教材，将具体实验的操作顺序详尽有序地罗列出来。当教师指导学生进行具体实验时，只需要按照教材步骤，一一逐步执行，就基本可以完成整体实验流程。［1］然而这样一种模式，难免使得整个实验流程固定僵化，学生只是按部就班操作，在主动思考实验操作意义，体会实验设计精妙之处，难以有个人深刻的理解和体会。同时也无法产生自己主动探索的兴趣，无法发现更多教材没有囊括的有趣现象。［2］［3］因此在这一方面，值得加以改革，以获得更好的教学效果。
二、改进的思想、方法和具体实施
人最主要的一个特点便是具有主观能动性。学生作为知识的接受个体，并不是完全被动的对象，在教学方法合适的情况下，完全可以激发出学生的自主性意识。［4］在这样的思想指导下，针对大学物理实验课程的特点，可以在实验各环节进行一些改进。采用的方法称为“适当省略加合理引导”，“省略”即省略去某些固定详细的标准实验操作步骤，“引导”则是在其他部分给予学生充分思考的机会，设置启发性的问题以及情境，引导实际步骤的进行。下面通过《气垫导轨上的碰撞》(后简称《碰撞》)这样一个典型的.大学物理实验，对具体改进的方法和实施加以阐述。
(一)实验目的部分对主动探索经行强调
在实验目的部分，需要强调主动探索的必要性。如在《碰撞》实验中，补充一条“探索总结不同组合情况下的两物体碰撞的规律，并与理论结果验证比较”。通过设置这样的实验目的，引导学生探索不同的速度、质量组合，对滑块碰撞结果的影响。
(二)实验原理部分增加启发引导性的设置
在实验原理部分，要对思考的方向给出足够的提示引导。如在《碰撞》实验中，经过改进，只给出根据动量守恒和能量守恒，两滑块弹性碰撞前后速度应该满足的方程。并且引导学生自行进行理论的计算，算出理论预测的结果。如表述“请根据动量和能量守恒这两个方程，算出碰撞后速度的表达式”。
(三)实验步骤部分省略去固定条件，引导学生设计进行探索
在保留最基本的必要操作外，省略详细的标准步骤，引导学生自主设计实验项目，尝试多种情况。如在《碰撞》实验中，典型的实验图示如下图所示:现有的实验教材中，除熟悉滑块滑动、电子天平以及光电门的使用外，详细标准步骤按照碰撞情形分为:设置v20=0，考虑m1＞m2、m1=m2、m1＜m2三种情况。遵循本文思路改进之后，不再设置具体三组滑块质量组合数字，而是由学生自行选取多种不同负重，来改变所用滑块的质量。另外在初始速度设定方面，也省略去教材上设定的v20=0，让碰撞前的速度选择也由学生自己设定。同时将数据记录的表格设计交由学生自己进行。
(四)实验结果讨论部分，针对每一组学生不同的探索结果，进行总结性讨论
在记录实验数据并处理之后，针对每一组学生所得的不同结果，总结出共性结论进行讨论。对个别小组做出的额外发现，加以解释和鼓励。对学生自主性发挥得到的成果，给予积极的反馈。
三、选择不同班级作为对照组，实践改进方法，进行效果对比依据以上所指定的方法，挑选了本校建筑工程专业的两个不同班级进行了对比，分为A、B两组。所进行的实验为《气垫导轨上的碰撞》。
A组:共40人，20个实验组。采用现有的实验教材，按照改进之前的标准步骤统一进行教学，分别测量了“m1=250g、m2=200g”，“m1=200g、m2=250g”，“m1=200g、m2=200g”三种质量组合的碰撞情形，同时速度设定统一为v20=0。B组:共42人，21个实验组。按照改进之后的“适当省略加合理引导”步骤进行教学。在其他实验条件保持一致的情况下，这两组的实验表现差异主要呈现在以下几点:(1)从整个实验完成所用时间来看，A组最后时间截止在96分钟，B组最后时间截止在132分钟。
(2)由于未设定具体的滑块质量数据，与A组统一的质量组合有别，B组学生在质量选择上呈现出了大量不同的组合。如对于v20=0，m1＞m2的完全弹性碰撞情形，所有21组中有19组进行了测量，分别采用了“m1=250g、m2=200g”，“m1=450g、m2=250g”，“m1=500g、m2=300g”等几十种不同组合。在实验结果讨论阶段，引导学生总结，发现了以上情形所共有的实验现象:“碰撞后两滑块均按照碰撞前滑块1的速度方向运动”，并且将此现象与他们理论计算结果进行了比较，得到吻合。
(3)由于同时省去了对速度v20=0的限定，B组学生也尝试了大量对于速度的选择。21组学生中有14组测试了v20＞0，v20=0，v20＜0的完整三种情形，有5组测试了两种速度选择情形，有1组只测试了v20＜0的情形，有1组只测试了v20=0的情形。通过观察不同情况下的实验现象，引导学生总结，发现“滑块2初始速度的方向和大小，两滑块质量的大小关系会共同影响碰撞之后的滑块运动方向”。通过与理论计算结果比较，也得到了验证。
(4)在对结果误差分析方面，A组学生中，有2个小组发现了实验结果与理论预测有较大差别的地方，但无法通过自身有限数据给出具体误差的来源。而在B组学生中，由于尝试了多种组合，共有9个小组提出自己实验中有个别结果与理论预测不完全符合之处。通过引导学生对结果的具体分析，同时结合理论，发现“此类现象主要发生在质量组合、速度选择为某些特殊值的情况下”。此后学生总结出:“在此种特殊情况下，由导轨不完全水平、碰撞导致侧向振动、摩擦力等误差来源对实验结果的影响可以达到非常明显的程度”，并提出为了尽量减少这种误差影响，在以后的实验中的可以改进的地方。通过以上对比，可以明显看出使用改进教学方案后的B组，相对于A组而言，实验内容得到了丰富，对实验现象的分析理解更加深刻，对理论知识的理解更加全面。学生自主参与性得到了有效激发，整体教学效果得到了改善。
四、总结
综上所述，通过对传统实验授课方法的改进，采用“适当省略加合理引导”这一方法，可以在物理实验教学中很好地激发学生的自主参与性，能够帮助他们更好地理解实验的原理和设计思路，更全面地分析实验的结果，更深刻地领悟相关的理论知识。其中教师对教材内容的修改加工、对实验过程的改进设计以及对学生的帮助引导至关重要。沿用这个思路，可以进一步在以后优化实验教学，以逐步提升整体的教学效果。
参考文献:
［1］陈杭，廖棱．关于大学物理实验教学改革的几点看法［J］．教育教学论坛，2015，(33)．
［2］徐志君，魏高尧，隋成华．改革大学物理实验教学培养自主实验能力［J］．实验室研究与探索，2011，30(6)．
［3］魏平．在大学物理实验课程中培养学生的自主学习能力［J］．物理与工程，2017，27(Z1):175-177，184．
［4］张宏剑．在物理实验教学中提升学生自主学习能力［J］．实验技术与管理，2010，27(1)．
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