序論：在您撰寫靜電場描繪實驗報告時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。

第1篇

【實驗?zāi)康摹?/p>

1.學(xué)習(xí)用模擬法測繪靜電場的原理和方法。

2.加深對電場強度和電位要領(lǐng)的理解。

3.用作圖法處理數(shù)據(jù)。

【實驗儀器】

靜電場描繪儀、靜電場描繪儀信號源、導(dǎo)線、數(shù)字電壓表、電極、同步探針、坐標(biāo)紙等。

【實驗原理】

在一些科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中，往往需要了解帶電體周圍靜電場的分布情況。一般來說帶電體的形狀比較復(fù)雜，很難用理論方法進行計算。用實驗手段直接研究或測繪靜電場通常也很困難。因為儀表(或其探測頭)放入靜電場，總要使被測場原有分布狀態(tài)發(fā)生畸變;除靜電式儀表之外的一般磁電式儀表是不能用于靜電場的直接測量，因為靜電場中不會有電流流過，對這些儀表不起作用。所以，人們常用“模擬法”間接測繪靜電場分布。

1、模擬的理論依據(jù)

模擬法在科學(xué)實驗中有極廣泛的應(yīng)用，其本質(zhì)上是用一種易于實現(xiàn)、便于測量的物理狀態(tài)或過程的研究，以代替不易實現(xiàn)、不便測量的狀態(tài)或過程的研究。 為了克服直接測量靜電場的困難，我們可以仿造一個與靜電場分布完全一樣的電流場，用容易直接測量的電流場模擬靜電場。

靜電場與穩(wěn)恒電流場本是兩種不同場，但是它們兩者之間在一定條件下具有相似的空間分布，即兩場遵守的規(guī)律在形式上相似。它們都可以引入電位U，而且電場強度E=-U/l;它們都遵守高斯定理:對靜電場，電場強度在無源區(qū)域內(nèi)滿足以下積分關(guān)系

∮E·ds = 0 ∮E·d l = 0

對于穩(wěn)恒電流場，電流密度矢量J在無源區(qū)域內(nèi)也滿足類似的積分關(guān)系

∮J·ds = 0 ∮J·d l = 0

由此可見，E和J在各自區(qū)域中滿足同樣的數(shù)學(xué)規(guī)律。若穩(wěn)恒電流空間均勻充滿了電導(dǎo)率為σ的不良導(dǎo)體，不良導(dǎo)體內(nèi)的電場強度E′與電流密度矢量J之間遵循歐姆定律

J=σE′

因而，E和E′在各自的區(qū)域中也滿足同樣的數(shù)學(xué)規(guī)律。在相同邊界條件下，由電動力學(xué)的理論可以嚴(yán)格證明：像這樣具有相同邊界條件的相同方程，其解也相同。因此，我們可以用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場。也就是說靜電場的電力線和等勢線與穩(wěn)恒電流場的電流密度矢量和等位線具有相似線的分布，所以測定出穩(wěn)恒電流場的電位分布也就求得了與它相似的靜電場的電場分布。

2、模擬條件

模擬方法的使用有一定條件和范圍，不能隨意推廣，否則將會得到荒謬的結(jié)論。用穩(wěn)流電場模擬靜電場的條件可歸納為幾點：

(1)穩(wěn)流場中電極形狀應(yīng)與被模擬的靜電場的帶電體幾何形狀相同。

(2)穩(wěn)流場中的導(dǎo)電介質(zhì)應(yīng)是不良導(dǎo)體且電阻率分布均勻，并滿足σ

才能保證電流場中的電極(良導(dǎo)體)的表面也近似是一個等位面。

(3)模擬所用電極系統(tǒng)與被模擬電極系統(tǒng)的邊界條件相同。

3、同軸圓柱形電纜的靜電場

利用穩(wěn)恒電流的電場和相應(yīng)的靜電場其空間形成一致性，則只要保證電極形狀一定，電極電位不變，空間介質(zhì)均勻，在任何一個考察點，均應(yīng)有U穩(wěn)恒=U靜電，或E穩(wěn)恒電極≥σ導(dǎo)電質(zhì)=E靜電。下面

圖 1

以同軸圓柱形電纜的“靜電場”和相應(yīng)的模擬場—“穩(wěn)恒電流場”來討論這種等效性。如圖10(a)所示，在真空中有一半徑a的長圓柱導(dǎo)體A和一個內(nèi)徑b的長圓筒導(dǎo)體B，它們同軸放置，分別帶等量異號電荷。由高斯定理可知，在垂直于軸線上的任何一個截面S內(nèi)，有均勻分布輻射狀電力線，這是一個與坐標(biāo)Z無關(guān)的二維場。在二維場中電場強度E正平行于xy平面，其等位面為一簇同軸圓柱面。因此，只需研究任一垂直橫截面上的電場分布即可。

距軸心O半徑為r處(圖1(b))的各點電場強度為

E 20r

式中λ為A(或B)的電荷線密度。其電位為

UrUaEdrUaarr1n (1) 20a

Ua 201na若rb時，Ub = 0則有

代入式(1)得 UrUa

距中心r 處場強為 Er1n(b/r) (2) 1n(b/a)UadUr1 (3) dr1n(b/a)r

其中A、B間不是真空，而是充滿一種均勻的不良導(dǎo)體，且A和B分別與電流的正負(fù)極相連，見圖2同軸電纜模擬電極間形成徑向電流，建立一個穩(wěn)恒電流場Er?？梢宰C明不良導(dǎo)體中的電場強度Er與原真空中的靜電場Er是相同的。

4、同軸圓柱形電級間的電流場

取厚為t的圓柱形同軸不良導(dǎo)體片來研究，材料的電阻率為ρ則半徑r的圓周到半徑為(r+dr)的圓周之間的不良導(dǎo)體薄塊的電阻為

dRdr (4) 2tr

半徑r到b之間的圓柱片電阻為

Rrbbdrb1n (5) r2tr2tr

由此可知半徑a到b之間圓柱片的電阻為

(a)

圖2 同軸電纜模擬電極 Rabb1n (6) 2ta

若設(shè)U0 = 0，則徑向電流為

IUa2tUa (7) Rab1n(b/a)

1n(b/r) (8) 1n(b/a)距中心r處的電位為 UrIRrbUa

則穩(wěn)恒電流場Er′為

UadUr1Er (9) dr1n(b/a)r

可見式(2)與式(8)具有相同形式，說明穩(wěn)恒電流場與靜電場的電位分布函數(shù)完全相同。即柱面之間的電位Ur與1nr均為直線關(guān)系。并且(Ur/Ua)相對電位僅是坐標(biāo)的函數(shù)，與電場電位的絕對值無關(guān)。顯而易見，穩(wěn)恒電流的電場E′與靜電場E的分布也是相同的。因為EdUrdUrE (10) drdr

實際上，并不是每種帶電體的靜電場及模擬場的電位分布函數(shù)都能計算出來，只有在σ分布均勻幾種形狀對稱規(guī)則的特殊帶電體的場分布才能用理論嚴(yán)格計算。上面只是通過一個特例，證明了用穩(wěn)恒電流場模擬靜電場的可行性。

5、電場的測繪方法

由(10)式可知，場強E在數(shù)值上等于電位梯度，方向指向電位降落的方向?？紤]到E是矢量，U是標(biāo)量，從實驗測量來講，測量電位比測定場強容易實現(xiàn)，所以可先測繪等位線，然后根據(jù)電力線與等位線正交原理，畫出電力線。這樣就可由等位線的間距，電力線的疏密和指向，將抽象的電場形象地反映出來。

靜電場描繪儀(包括水槽、雙層固定支架、同步探針等)，如圖3所示，支架采用雙層式結(jié)構(gòu)，上層放記錄紙，下層放帶電極水槽。并將電極引線接出到外接線柱上，電極間有電導(dǎo)率遠小于電極且各向均勻的導(dǎo)電介質(zhì)水。接通交流電源就可進行實驗。在導(dǎo)電玻璃和記錄紙上方各有一探針，通過金屬探針臂把兩探針固定在同一手柄座上，兩探針始終保持在同一鉛垂線上。移動手柄座時，可保證兩探針的運動軌跡是一樣的。由水槽上方的穿梭針找到待測點后，按一下記錄紙上方的探針，在記錄紙上留下一個對應(yīng)的標(biāo)記。移動同步探針在水槽中找出若干電位相同的點，由此即可描繪出等位線。

使用方法：

(1)接線

靜電場測試儀信號源的輸出接線柱與電極接線柱相連，將探針架放好，并使探

針下探頭置于放有電極的水槽中，開啟開關(guān)，指示燈亮，有數(shù)字顯示。電壓表示值圖3 K為電場中某點對負(fù)極的電壓值。

(2)測量

調(diào)節(jié)靜電場測試儀電源前面板上電壓調(diào)節(jié)旋鈕，將開關(guān)K打在電源電壓上，電表顯示所加的電壓值，單位為伏特，一般調(diào)到10V，便于運算。然后將開關(guān)打在測量，橫移動探針架，數(shù)顯示表示值隨著運動而變化，從而測出每條等位線上的幾個電壓相等的點。

(3)記錄

在描繪架上鋪平坐標(biāo)紙，用螺釘夾住，當(dāng)電壓表顯示讀數(shù)認(rèn)為需要記錄時，輕輕按下記錄紙上的探針并在坐標(biāo)紙上，記錄電壓，為實驗清楚快捷，每等位線不少于8個點，然后用光滑曲線連接即可。

【實驗內(nèi)容】

1、長直同軸圓柱面電極間的電位分布

(1)將電極水槽中加入適量的水，然后把它放在上層靜電場描繪儀的下層;

(2)按圖連接好電路，電壓表及探針聯(lián)合使用。

(3)把坐標(biāo)紙放在靜電場描繪儀的上層，并用四個螺釘夾好。

(4)調(diào)節(jié)靜電場描繪儀的電源(大約10V)。

(5)移動探針座使探針在水中緩慢移動，用數(shù)字電壓表測量電位差，找到等位點時按下坐標(biāo)紙上的標(biāo)記指針，做出標(biāo)記。分別作出6V、5 V、4 V、3 V、2V的五條等位線，每條等位點不得少于8個。

(6)根據(jù)等位點描繪等位線，并標(biāo)出每條等位線的電位。

(7)根據(jù)電力線和等位線垂直的提點，描繪被模擬空間中的電力線。

2、不規(guī)則電極間電位分布

(1)將水槽中的電極更換成兩圓柱面型。

(2)重復(fù)內(nèi)容一中的操作，分別作出8V、7 V、6V、5 V、4 V、3 V、2V的7條等位線。

【數(shù)據(jù)記錄與處理】

1、同軸圓柱面型電極間電位分布

(1)根據(jù)等位點描繪被模擬空間中的等位線。

(2)根據(jù)電力線和等位線垂直的提點，畫出被模擬空間中的電力線。 (3)測量每條電位線的半徑計算對應(yīng)的電位理論值，并與實驗值比較計算相對誤差，將數(shù)據(jù)填入以下表格。

表：Ua V a mm b mm

(1)根據(jù)等位點描繪被模擬空間中的等位線。

(2)根據(jù)電力線和等位線垂直的提點，畫出被模擬空間中的電力線。 注意：將圖線粘貼在實驗報告上

【思考題】

(1)用模擬法測的電位分布是否與靜電場的電位分布一樣?

(2)如果實驗時電源電壓有效值不穩(wěn)定，那么是否會改變電力線和等位線的分布?為什么?

(3)試從你測繪的等位線和電力線分布圖，分析何處電場強度較強，何處電場強度較弱。

【注意事項】

(1)水槽由有機玻璃制成的，實驗時要輕拿輕放，以免破碎。

(2)水層厚度要保持一致，即水槽要水平放置，以保證導(dǎo)電介質(zhì)的均勻性，且水不要過多也不要過少，水面要到達探針但不要淹沒電極。

第2篇

關(guān)鍵詞： “用描跡法畫出電場中平面上的等勢線”實驗 描繪電場等勢線實驗演示器 靈敏電流計 改造

高中二年級物理的學(xué)生實驗“用描跡法畫出電場中平面上的等勢線”，在實驗中有的班級的學(xué)生對靈敏電流計損壞很嚴(yán)重，如何避免這種情況呢？我對靈敏電流計損壞的原因進行了深入的分析，終于找出了這個問題的主要原因：描繪電場等勢線實驗演示器的設(shè)計有一個小小的不合理的地方。后來我對所有的描繪電場等勢線實驗演示器進行了一個小改造，學(xué)生的實驗使用情況表明：靈敏電流計得到了很好的保護。下面介紹一下我的做法。

先介紹一下這個實驗。這個實驗的目的是用描跡法描繪電場中平面上的等勢線。其原理與方法是：直接描繪靜電場中的等勢線是比較困難的，但由于穩(wěn)恒電流場遵從的規(guī)律在形式上和靜電場相似，因此可以利用導(dǎo)電紙中的恒定電流場模擬真空中的靜電場。具體的做法是將和靜電場中帶電體相同形狀的電極，按帶電導(dǎo)體的分布位置放在均勻的導(dǎo)電物質(zhì)中，導(dǎo)電物質(zhì)應(yīng)是導(dǎo)電率不大的不良導(dǎo)體（導(dǎo)電紙）。在電極上加上一定電壓（直流6伏）以后，導(dǎo)電物質(zhì)中將形成穩(wěn)定的電流場。實驗中確定等勢點的根據(jù)：當(dāng)兩點電勢相等時，連接該兩點間的導(dǎo)線上就無電流通過，否則將有電流從高電勢點流向低電勢點。所以當(dāng)在電流場中與導(dǎo)電紙接觸的兩探針尖端的電勢差為零時，與探針相連的電流計中通過的電流強度為零，從而可以通過探針找出電流場中的等勢點，并依據(jù)等勢點描出等勢線。這個實驗將要用到的實驗器材有：1.靈敏電流計；2.導(dǎo)電紙一張；3.直流6伏的電源；4.電極一對連導(dǎo)線；5.電鍵一只；6.描繪電場等勢線實驗演示器；7.復(fù)寫紙一張；8.白紙一張；9.導(dǎo)線兩對。其實驗步驟如下：

（1）在描繪電場等勢線實驗演示器上按順序鋪上白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙各一張。

（2）在導(dǎo)電紙上壓上電極，接好電路。

（3）畫兩電極間的連線作為基準(zhǔn)線，在基準(zhǔn)線上大至分成六等分，得到五個基準(zhǔn)點。

（4）合上開關(guān)后，將一個探針固定壓在一個基準(zhǔn)點，另一個探針在基準(zhǔn)線的兩側(cè)移動，觀察電流表的指示，當(dāng)移到某點電流計示數(shù)為零時，此點即為基準(zhǔn)點的等勢點，稍用力將這點的位置復(fù)印到白紙上。如此在基準(zhǔn)線的兩側(cè)各找5―7個等勢點。

（5）換上另一個基準(zhǔn)點后繼續(xù)找該基準(zhǔn)點的等勢點，直到所有基準(zhǔn)點都在基準(zhǔn)線兩側(cè)找到5―7個等勢點為止。

（6）取出白紙，沿各個基準(zhǔn)點的等勢點連成平滑的等勢線，并依據(jù)等勢線繪出若干條電力線。

從整個實驗看，實驗過程中必需注意：

（1）導(dǎo)電紙有導(dǎo)電物質(zhì)的一面應(yīng)該向上，這樣電路才能保證暢通。

（2）在探測與某一基準(zhǔn)點電勢相等的其它各點時，與該基準(zhǔn)點相接觸的探針要固定不動，這樣電勢才能保證不變。

（3）一根探針固定不動，另一根探針的跨度不要太大，以免兩探針間的電勢差太大而燒壞靈敏電流計；絕不允許將兩探針分別同時觸到兩電極或兩接線柱，因為兩電極及兩接線柱間的電勢差很大，這樣會立刻導(dǎo)致靈敏電流計燒毀。

從整個實驗來看，最容易損壞的儀器是靈敏電流計。靈敏電流計的量程是很小的，其測量范圍為-300微安―0―+300微安，兩檔壓降分別為30毫伏和750毫伏，允許通過的電流是很小的，稍大的電流、電壓都可以使其燒毀。如何保護好靈敏電流計是這個實驗要切實注意的問題。實驗表明，將兩探針分別同時觸到兩電極是靈敏電流計被燒毀的主要原因。所以教師要在學(xué)生別強調(diào)第三點注意事項，講清楚道理并要求學(xué)生切記。

教師強調(diào)了注意事項，學(xué)生對儀器的損壞會減少，但還是難免會有個別學(xué)生將兩探針分別同時觸到兩電極而使靈敏電流計被燒毀。如何杜絕這種現(xiàn)象發(fā)生呢？當(dāng)我們細(xì)心地觀察整個實驗電路及儀器，就會發(fā)現(xiàn)描繪電場等勢線實驗演示器正面的兩個電極及兩接線柱的側(cè)面是的。當(dāng)給描繪電場等勢線實驗演示器接上直流6伏的電源時，兩個電極及兩接線柱的側(cè)面都帶上6伏的直流電，遠遠超過靈敏電流計的最大壓降750毫伏，所以只要將兩探針分別同時觸到兩電極或兩接線柱，靈敏電流計馬上就會被燒壞。第一次做這個實驗的學(xué)生心里總有一些慌張，操作實驗時對教師強調(diào)的問題也容易忘記；或者有個別學(xué)生根本就沒有聽課，做實驗時就亂來一通。這些情況都可能導(dǎo)致有學(xué)生將兩探針分別同時觸到兩電極或兩接線柱而使靈敏電流計燒毀。對于這種情況，要想出一個辦法：即使學(xué)生將兩探針分別同時觸到兩電極或兩接線柱也不會使靈敏電流計燒毀。所以必須對描繪電場等勢線實驗演示器進行改進。描繪電場等勢線實驗演示器的兩個電極及兩接線柱的側(cè)面是的，當(dāng)接上電源時是通電的。只要在兩個電極及兩接線柱的側(cè)面涂上一層油漆，當(dāng)學(xué)生將兩探針分別同時觸到兩電極或兩接線柱時，油漆的絕緣作用會使兩探針不再帶電，就能保護靈敏電流計。

我對描繪電場等勢線實驗演示器中設(shè)計不合理的地方進行了小小的改造，使“用描跡法畫出電場中平面上的等勢線”實驗更易成功，儀器得到了更好的保護。

參考文獻：

第3篇

新課標(biāo)背景下的物理課堂要體現(xiàn)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)，其奧秘在于“師生角色的轉(zhuǎn)換”，變學(xué)生的被動學(xué)為學(xué)生課堂上的主動參與。讓學(xué)生親身去經(jīng)歷知識的形成過程，在歡快的課堂氛圍中學(xué)會學(xué)習(xí)，學(xué)以致用。物理本身是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理的很多定理或定律來源于實驗，一個物理實驗就是一個物理情景。

在平時的物理教學(xué)中，把知識還原成生活之中的小實驗，在生活中體會物理知識。在實驗的過程當(dāng)中，我們要讓學(xué)生自己探索知識的形成過程，利用貼近生活的實驗來激活學(xué)生的出現(xiàn)思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。在實驗設(shè)置的過程中，如何讓學(xué)生親身參與？根據(jù)幾年的教學(xué)實踐，筆者在實驗改進上進行了大膽的嘗試，收到了很好的效果。它不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，而且能幫助我們突破一些教學(xué)中的重、難點，從而實現(xiàn)學(xué)生對知識的真正掌握，并且靈活應(yīng)用。

1 超重與失重

在講“超重與失重”一節(jié)中，對于完全失重的處理，筆者對原有實驗進行了改進，全新設(shè)計一個小實驗。主要器材有一個空礦泉水瓶（底端帶洞）、一桶水。實驗過程如下：

1）把礦泉水瓶中裝滿水，然后讓水瓶正立在空中，觀察水流動情況。仍然把礦泉水瓶裝滿水，下面放上水桶，讓水瓶正立在空中自由下落。在做實驗之前先讓學(xué)生猜測實驗現(xiàn)象，學(xué)生發(fā)揮想象力，答案五花八門。在學(xué)生猜測之后，由學(xué)生代表站在板凳上親自演示實驗。

2）通過實驗讓學(xué)生提出問題與討論：當(dāng)瓶中裝滿水，瓶靜立在空中時，為什么水會流出？當(dāng)瓶中裝滿水在空中自由下落時，瓶和水處于什么運動狀態(tài)？這種狀態(tài)下物體的加速度是多大？根據(jù)物體的運動，請分析瓶的受力情況？水和瓶之間還有擠壓嗎？

學(xué)生通過討論進行小結(jié)：當(dāng)物體向下的加速度為g時，且物體與接觸面的壓力為零時，這種現(xiàn)象屬于完全失重。

教師質(zhì)疑隨后質(zhì)疑：怎樣驗證你們的結(jié)論呢？

3）學(xué)生討論并展示成果：學(xué)生利用上述實驗器材分別把水瓶上拋和平拋。

本知識環(huán)節(jié)的講授采用改進實驗進行教學(xué)，把一個抽象的物理概念用一個簡單的物理小實驗進行探究，最終學(xué)生得出科學(xué)的結(jié)論。這種方式教學(xué)首先讓學(xué)生先產(chǎn)生興趣，造成懸念，積極探索，使學(xué)生始終處于一種興奮狀態(tài)。進而研究“完全失重”的形成過程。這樣教學(xué)，學(xué)生對于完全失重的概念的理解達到記憶并強化的過程。

2 電磁式等勢線描繪器描繪等勢線

2.1 實驗原理

直接描繪靜電場的等勢線比較困難，利用恒定電流的電場模擬靜電場通過電磁手段用描跡法畫出電場中平面上的等勢線。

2.2 創(chuàng)新點

1）引入可控電磁探針和畫板，受幼兒畫板的啟發(fā)，用畫寫板取代白紙復(fù)寫紙來呈現(xiàn)等勢點，可控電磁探針用來尋找等勢點，可控電磁探針主要有兩部分構(gòu)成，連接紅色粗線的鐵芯也就是探針和連接紅藍細(xì)線帶觸點開關(guān)的線圈構(gòu)成。線圈接直流電源，鐵芯連線接靈敏電流計，找到等勢點后接通觸點開關(guān)，電磁探針產(chǎn)生磁場在畫寫板上留下一點即對應(yīng)模擬靜電場中的等勢點，接下來斷開電磁探針電源，繼續(xù)尋找下一等勢點，重復(fù)前面操作。

2）引入彈壓式接線柱，提高器材安全度和降低實驗準(zhǔn)備難度。原裝置是柱狀接線柱，每做完一次需拆卸一次，配件很小易失，器材易損。實驗所需三種紙都需打孔套到接線柱上，打孔時孔間距和孔的大小都需認(rèn)真處理否則影響實驗效果，造成實驗前準(zhǔn)備工作難度大。彈壓式接線柱是在豎直鏍桿上套一彈簧，實驗中調(diào)節(jié)螺帽就可以改變接觸點位置和接觸緊密程度，實驗完畢旋松螺帽彈簧將接觸片輕松彈起就能取下實驗結(jié)果，這樣省去了拆卸環(huán)節(jié)避免了零配件的丟失保障器材安全，并且實驗用紙或其它材料也不必再打孔處理，降低了實驗準(zhǔn)備難度。

3）打破原實驗材料限制，能利用日常生活中常見材料完成實驗，激發(fā)學(xué)生實驗興趣。原有實驗必須用碳粉導(dǎo)電紙，它對學(xué)生來說很是陌生的一種材料，對實驗易產(chǎn)生的畏懼心理，不利于激發(fā)學(xué)生探究興趣，這種紙不易買到價格也相對較貴。改用畫寫板后，利用畫寫板耐濕的特點可用浸過蘇打液的潮濕狀態(tài)的棉布或厚牛皮紙等替代導(dǎo)電紙，學(xué)生用平時看得見摸得著的材料自制導(dǎo)電紙，增加實驗的趣味性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

4）低成本無污染。原有實驗每做一次要耗費白紙一張，導(dǎo)電紙最多用兩三次就不能再用，復(fù)寫紙比導(dǎo)電紙稍耐用一些，但也需要頻繁更換，如做學(xué)生實驗耗材量很大，累積起來實驗成本較高，產(chǎn)生的實驗廢物多而且大多只能被焚燒處理產(chǎn)生有害氣體污染大氣。利用畫寫板和電磁探針作圖，可反復(fù)使用，投入低，不會產(chǎn)生實驗垃圾，符合低碳環(huán)保的理念。

5）可描繪多種情況等勢線分布。原器材因接線柱限制只能描繪等量異種點電荷等勢線分布，改進后的器材可描繪帶電平行板間的電場，或非勻強場等。

2.3 使用方法：以描繪正負(fù)點電荷靜電場等勢線分布為例

1）將畫寫板和浸過蘇打液的導(dǎo)電布鋪好連接電路，電壓直流10 v—14 v，閉合開關(guān)產(chǎn)生模擬靜電場。普通探針和電磁探針上粗導(dǎo)線連接靈敏電流計，電磁探針尾端紅藍導(dǎo)線接學(xué)生電源，本探針經(jīng)試驗直流 6 v效果最佳，在導(dǎo)電紙上取五個基準(zhǔn)點，用電磁探針依次描出基準(zhǔn)點位置，普通探針對準(zhǔn)第一個基準(zhǔn)點電磁探針在導(dǎo)電紙上輕輕移動在基準(zhǔn)點附近尋找等勢點，找到后將電磁探針開關(guān)閉合產(chǎn)生磁場在畫寫板上留下點跡，按此方法依次尋找等勢點完成實驗。

2）將彈壓式接線柱旋松，釋放彈片，取下畫寫板，將等勢點用畫寫筆用平滑曲線連接，正負(fù)點電荷靜電場等勢線分布就完成了。

3）觀察完畢后，用畫寫板上的磁條掃過畫寫板清除實驗痕跡，整理器材實驗完畢。

2.4 實驗器的優(yōu)點

1）電磁式等勢線描繪器材料易尋、成本低廉、制作簡單，易于操作，實驗現(xiàn)象明顯，不會產(chǎn)生實驗廢物。

2）沖破原實驗的局限性，可描繪多種電場，既可用于教師示教，也可讓學(xué)生自制上探究性實驗課，激發(fā)學(xué)生制作和研究興趣。

3 驗證動量守恒實驗的改進

驗證動量守恒定律實驗是高中物理課程的重要實驗，按照教科書物理第二冊的實驗裝置進行實驗，把斜槽固定在桌子邊緣，在地面鋪上白紙復(fù)寫紙，小球從斜槽上端滾下落到復(fù)寫紙上，在白紙上留下落點痕跡，然后對落點及相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理，驗證碰撞前后動量是否守恒。用此裝置在實際操作時，有以下缺點：斜槽裝置不穩(wěn)易滑動，不能確保入射小球從同一高度滾下及碰撞前后兩小球做平拋運動；小球從斜槽滾下落到地面上滿地跑，有時落到桌斗里，學(xué)生到處找球，浪費大量的時間；白紙直接放在地面上容易錯位；小球落點分散，用圓規(guī)找落點誤差大，精度低；整個實驗耗時較長。為此我們對原裝置加以改進。

1）實驗時用凹槽接小球。避免做實驗時，學(xué)生到處找球，節(jié)省了大量的時間。

2）斜槽安裝支架，保證了斜槽的穩(wěn)定性，一次調(diào)整，多次使用，斜槽上端附電磁鐵，保證了入射小球從同一高度無初速度釋放。末端鑲嵌水平儀，保證了碰撞前后小球做平拋運動。

3）用帶中孔的透明同心圓片找圓心比圓規(guī)方便快捷，且提高了精度。

4）不用刻度尺測長度，而用B4紙，在上面畫出的刻度直接讀出水平拋出距離并形成報告單，使實驗測量與實驗報告一體化。

第4篇

關(guān)鍵詞：數(shù)理方程實驗；教學(xué)改革；數(shù)學(xué)建模

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）48-0035-03

一、引言

數(shù)學(xué)物理方程是人們對一些物理規(guī)律、物理過程和物理狀態(tài)進行研究后歸結(jié)出來的一些偏微分方程，是微積分學(xué)產(chǎn)生以后，在實踐中產(chǎn)生并且不斷向前發(fā)展的教學(xué)分支之一[1]。數(shù)理方程教學(xué)的直接目標(biāo)是幫助學(xué)生掌握必要的數(shù)學(xué)知識和工具，為后續(xù)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課作準(zhǔn)備；其長遠目標(biāo)是訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)學(xué)思維及運用數(shù)學(xué)工具解決實際問題的能力[2]。但該課程被公認(rèn)為“老師難教、學(xué)生難學(xué)、作業(yè)難做”[3]，而且隨著近幾年新技術(shù)的發(fā)展與變化，各高校為了適應(yīng)寬口徑科技人才培養(yǎng)的需要，將這門課的課時進行了進一步壓縮。因此，要保持教學(xué)內(nèi)容和提高教學(xué)質(zhì)量，任課教師迫切需要對教學(xué)手段進行改革。通過對數(shù)理方程以往教學(xué)情況的實際調(diào)研來看，學(xué)生們對這門課普遍感覺畏懼、難以產(chǎn)生興趣。產(chǎn)生這種情緒的原因主要有兩點：（1）數(shù)學(xué)推導(dǎo)很長、很多，例題比較抽象，過于陳舊，容易讓人乏味。（2）不知道數(shù)理方程課對其專業(yè)學(xué)習(xí)到底有何作用，因此不愿多花精力，想混及格就行[3]。我們教研組經(jīng)過研究和討論認(rèn)為，沒有學(xué)不好或?qū)W不會的知識，只是學(xué)生的主觀能動性還沒有得到充分挖掘。因此，我們讓學(xué)生自由組合成三人小組，指導(dǎo)他們結(jié)合專業(yè)方向設(shè)計能夠用數(shù)理方程中三類典型偏微分方程進行數(shù)學(xué)建模的實際物理或者專業(yè)實驗，然后進行相關(guān)物理量的測量、分析，同時進行數(shù)學(xué)模型的理論計算和計算機軟件仿真等工作，并將其實驗報告作為平時分重要參考。經(jīng)過近兩屆學(xué)生的實踐發(fā)現(xiàn)，該課程的通過率得到了極大提高，學(xué)生的反映也很積極，甚至讓人驚喜，有些學(xué)生據(jù)此進一步參加了數(shù)學(xué)建模比賽、物理實驗創(chuàng)新競賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃等，取得了良好的教學(xué)效益。

二、數(shù)理方程實驗教學(xué)的目的、特點和作用

開授數(shù)理方程實驗課的目的就是引導(dǎo)學(xué)生以研究、分析、解決實際問題為導(dǎo)向，全面掌握數(shù)理方程這門課所包含的數(shù)學(xué)建模、數(shù)學(xué)分析、求解方法等，并培養(yǎng)學(xué)生實際動手實驗?zāi)芰蛻?yīng)用計算機解決相關(guān)專業(yè)問題的能力。相對于傳統(tǒng)數(shù)理方程教學(xué)而言，數(shù)理方程實驗教學(xué)有三個新特點：（1）傳統(tǒng)數(shù)理方程的教學(xué)形式是以教師為中心，以課堂教學(xué)為中心；而數(shù)理方程實驗則更多地強調(diào)以學(xué)生為中心，以課外實踐為中心。（2）傳統(tǒng)的數(shù)理方程教學(xué)追求理論的完整性、步驟的連貫性，繁雜冗長的數(shù)學(xué)推理不可避免；而數(shù)理方程實驗針對具體問題進行數(shù)學(xué)建模和求解，研究目標(biāo)明確，因而可以通過簡明實踐來理解理論。（3）每個數(shù)理方程實驗的內(nèi)容具有相對的獨立性，可以將數(shù)學(xué)、物理、專業(yè)知識、計算機應(yīng)用等眾多不同的領(lǐng)域結(jié)合起來，并借此介紹一些目前科學(xué)技術(shù)前沿廣泛運用的知識，如非線性方程、小波變換、積分方程等。數(shù)理方程實驗要求將實際物理實驗（或者專業(yè)實驗）、數(shù)學(xué)建模，以及計算機仿真三者融為一體，最后形成實驗報告。因此數(shù)理方程實驗教學(xué)具有以下三個方面的作用。

1.激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性。在數(shù)理方程實驗中，學(xué)生們需要尋找滿足波動方程、輸運方程或者恒定場方程的實例，并進行設(shè)計性實驗，因此學(xué)習(xí)過程中分工合作、共同探討的氣氛得以形成。通過實驗測量、計算、仿真過程中逐步取得的成功，學(xué)生們對數(shù)理方程的學(xué)習(xí)興趣極大地提高；通過將復(fù)雜難懂的物理、工程問題直觀地顯示于物理現(xiàn)象或精美圖表，學(xué)生們更喜歡主動地去研究、計算機編程計算專業(yè)課中的各種問題。

2.促進了學(xué)生的自學(xué)、編程和書面表達等多方面能力的提高，真正提高了學(xué)生的動手、動腦能力。因為要編程求解數(shù)理方程，首先要理解、掌握相關(guān)數(shù)學(xué)知識，這就迫使他們查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)資料，并下意識地對教師所講解的數(shù)學(xué)知識產(chǎn)生強烈關(guān)注，畢竟“社會需要是科技發(fā)展的最大動力”。而撰寫實驗報告對于培養(yǎng)學(xué)生的書面表達能力、邏輯思維能力很有助益。通過將實驗測量數(shù)據(jù)與理論計算結(jié)果、計算機仿真結(jié)果進行比較，學(xué)生們更加感性地接受了理論指導(dǎo)實踐，實踐拓展理論的研究思路。

3.培養(yǎng)了學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識。通信、電子類專業(yè)一般都會開設(shè)《高頻電路基礎(chǔ)》、《微波技術(shù)與天線》、《電磁場傳輸理論》等課程，因此在引入三類典型二階線性偏微分方程、講解“分離變量法”、“格林函數(shù)法”及特殊函數(shù)時，都盡量以這些課程中的問題為模型，然后讓學(xué)生利用專業(yè)實驗室的儀器設(shè)計實驗，再結(jié)合數(shù)學(xué)建模的思想去完成數(shù)理方程實驗。這樣不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課時輕松自如，還會刺激他們思考實驗過程中碰到的各種問題。

三、數(shù)理方程實驗示例

通過近幾年的積累，我們得到了很多以三類典型偏微分方程：波動方程、輸運方程和恒定場方程為數(shù)學(xué)模型的物理實驗和專業(yè)實驗的案例，下面分別介紹一二。

1.波動方程實驗示例?！段⒉夹g(shù)與天線》是通信、電子類專業(yè)的必修課，該課程中對于微波電路的分析主要有兩種方法：（1）場分析的方法；（2）“路”分析的方法[4]。這兩種方法都可以作為數(shù)理方程實驗的案例，例如均勻傳輸線方程即可以作為波動方程應(yīng)用的典型案例。均勻傳輸線（如圖1）可等效為具有分布參數(shù)的電路，因此可用“路”的分析方法建立傳輸線方程，并導(dǎo)出傳輸線方程的解。通過應(yīng)用Kirchhoff電壓定律和Kirchhoff電流定律，可推導(dǎo)出均勻傳輸線中電壓和電流所滿足的方程。

■=Ri（z，t）+L■■=Gi（z，t）+C■ （1）

這是均勻傳輸線方程，也稱電報方程。對于時諧電壓和電流，可用復(fù)振幅表示為u（z，t）=Re[U（z，t）ejωt]，i（z，t）=Re[I（z，t）ejωt]，將它們帶入式（1）并消元，即可得時諧傳輸線波動方程：

■-γ2U（z）=0■-γ2I（z）=0 （1）

其中γ=■稱為傳播常數(shù)，若R≈G≈0，式（2）即為理想傳輸線中電壓、電流的一維波動方程。

在這個實驗當(dāng)中，若此理想輸線無限長，并已知其初始電壓和初始電流分布，則可根據(jù)式（1）求出電壓和電流的“初始位移φ（z）”、“初始速度ψ（z）”，代入D’Alembert公式：

u（z，t）=■[φ（z+at）+φ（z-at）]+■■ψ（ξ）dξ （3）

可求得傳輸線上電壓和電流的傳播情況。

若理想傳輸線是有限長度，實驗中就可引入邊界條件。如終端短路，則V|z=l，為電壓場量的Dirichlet齊次邊界條件，再由式（1）第二式可得Iz|z=l=0，為電流場量的Neumann齊次邊界條件；如終端開路，則I|z=l=0，為電流場量的Dirichlet齊次邊界條件，再由式（1）的第一式可得Vz|z=l=0，為電壓場量的Neumann齊次邊界條件。應(yīng)用高等數(shù)學(xué)中二階常微分方程的解法即可得式（2）的通解：

U（z）=A1e-γz+A2eγz=0I（z）=■（A1e-γz-A2eγz） （4）

其中，Z■=■稱為特性阻抗，然后再根據(jù)邊界條件求得電壓和電流的分布。

有條件的高?？捎镁W(wǎng)絡(luò)分析儀、50Ω微帶線、50Ω BNC連接線、開路負(fù)載、短路負(fù)載、高阻微波同軸檢測探頭等進行相關(guān)實驗測量，我們還可以借助電子電路仿真軟件Multisim或者安捷倫公司的Advanced design system進行上述微波電路的仿真，具體實驗和仿真可參考文獻[5-7]。最后要求將數(shù)學(xué)模型求解的結(jié)果、實驗測量結(jié)果、仿真軟件計算結(jié)果放在同一表格或者同一張圖中進行比較，這樣可以得到一份很好的數(shù)理方程與專業(yè)知識相結(jié)合的實驗報告。

另外，兩端固定均勻弦的微小橫振動問題是所有數(shù)理方程教材的經(jīng)典例題，我們可以用兩端固定的橡皮筋進行振動模擬，然后數(shù)碼攝像機進行拍攝紀(jì)錄，通過計算機處理得到其橡皮筋任意一點在任意時刻的位移，并與Matlab編程計算結(jié)果進行比較。還有，通過在水槽中用試管滴水得到二維水波振蕩，用數(shù)碼相機連拍功能獲取不同時刻水波振動狀態(tài)，可與理論計算結(jié)果進行比較。學(xué)生通過這些實驗不僅理解了方程的含義、求解方法，還學(xué)會了如何用這些實驗來測量弦的密度、波的傳播速度等重要物理參量。

2.輸運方程實驗示例。半導(dǎo)體物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)中許多問題都可歸集為反應(yīng)擴散方程（或稱輸運方程）問題，在諸多重要物理參數(shù)測量方面有很多應(yīng)用，如氣體、液體擴散系數(shù)的測量等。目前很多學(xué)校都能開展“測定氣體導(dǎo)熱系數(shù)”物理實驗，所需儀器主要有FB-202型氣體導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、溫度計、氣壓計等。其物理模型為：在圓柱形容器內(nèi)的沿軸線方向上有一根溫度恒為T1的鎢絲（如圖2），容器內(nèi)壁的溫度近似為室溫T2（T1>T2），鎢絲的半徑為r1，鎢絲長為L，容器的半徑為r2，由于T1>T2，容器中的待測氣體必然形成一個沿徑向分布的溫度梯度，由于熱傳導(dǎo)，鎢絲溫度下降，本實驗用熱線恒溫自動控制系統(tǒng)來維持鎢絲溫度恒為T1。如對其進行數(shù)學(xué)建模，得其輸運方程方程模型：

■-■Δu（■，t）=f（■，t） （5）

其中u為溫度分布，c為氣體比熱容，ρ為氣體密度，k即為所求熱傳導(dǎo)系數(shù)。由于每秒鐘氣體熱傳導(dǎo)所耗散的熱量就等于維持鎢絲的溫度恒為T1時所消耗的電功率，所以圓柱形容器中氣體的溫度分布保持為一個穩(wěn)定的徑向分布的溫度場，

■+■■+■■=0 r1

然后用分離變量法求解此數(shù)學(xué)定解問題，得u（r）=（T1-T2）Inr/In（r1/r2）。學(xué)生以三人為一小組做實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，再用Matlab或Origin進行數(shù)據(jù)處理，然后與理論模型計算值進行比較，最后進行誤差分析，完成實驗報告。通過此實驗學(xué)生不僅掌握了如何測量氣體的熱傳導(dǎo)系數(shù)，加深了對輸運方程的理解，還學(xué)會了如何使用數(shù)據(jù)處理軟件，對學(xué)生今后的學(xué)習(xí)很有裨益。

3.恒定場方程實驗示例。一般高校的普通物理實驗室都開設(shè)靜電場描繪實驗，使用實驗儀器有：AC-12靜電場描繪電源、靜電場描繪儀等（如圖3（a）所示）。以同心水槽中電位分布為研究對象，可得二維極坐標(biāo)系下Laplace方程定解問題：

Δu=0， a≤r≤bu|■=V1，u|■=V2 （7）

學(xué)生可用分離變量法求得其理論解，還可以用Comsol、Matlab等仿真軟件比較容易的得到其電位分布圖，再通過與實驗中打點得到的電位分布圖進行比較（圖3（b）），從而直觀、深刻地理解物理原型、數(shù)學(xué)模型，并至少掌握了一種計算機仿真軟件的應(yīng)用。此實驗中根據(jù)不同電極形狀的水槽，還可讓學(xué)生在不同坐標(biāo)系下（如雙曲坐標(biāo)系、直角坐標(biāo)系）進行分離變量法，從而對Sturm-Liuville本征值問題有更深刻的認(rèn)識。

總的來說，數(shù)理方程實驗的完成首先需要教師指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握相關(guān)數(shù)學(xué)知識和求解方法，然后引導(dǎo)學(xué)生進行相關(guān)物理、或者專業(yè)實驗的設(shè)計、測量，并根據(jù)物理規(guī)律分析這些實驗的物理原型，建立起數(shù)學(xué)模型，再由學(xué)生自己進行計算機編程計算或利用現(xiàn)有商業(yè)軟件進行仿真，最后通過觀察、比較數(shù)學(xué)模型理論結(jié)果、實驗測量數(shù)據(jù)和計算機軟件仿真結(jié)果，進行總結(jié)，完成數(shù)理方程實驗報告。

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天，教師在傳授一門課的基本知識的同時，應(yīng)比以往任何時候更注重傳授學(xué)習(xí)和研究這門課程的方法，完成由引導(dǎo)式學(xué)習(xí)到自主學(xué)習(xí)的根本性轉(zhuǎn)變[8]。通過一年來數(shù)理方程實驗教學(xué)的探索和實踐，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)理方程實驗課能夠利用學(xué)校現(xiàn)有教學(xué)儀器和設(shè)備，將物理知識、專業(yè)知識、數(shù)學(xué)知識，以及計算機應(yīng)用結(jié)合在一起，實現(xiàn)“教學(xué)、實踐、科研”三位一體[9]的教學(xué)模式。學(xué)生們通過課題式的研究覺得的數(shù)理方程是很有用的一門課，能夠?qū)W以致用，縮短了書本理論到專業(yè)應(yīng)用的距離，該課程的通過率相應(yīng)地也得到了極大提高。有很多同學(xué)通過設(shè)計數(shù)理方程實驗得到啟發(fā)，進一步參加了數(shù)模競賽、物理實驗創(chuàng)新競賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃等各類比賽，取得了良好的教學(xué)效益。另外，我們認(rèn)為數(shù)理方程實驗反過來對物理實驗、專業(yè)課程實驗設(shè)計也有借鑒意義。

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第5篇

設(shè)計性實驗介于基礎(chǔ)性實驗與實際科學(xué)實驗之間，是在學(xué)生完成一定數(shù)量的基礎(chǔ)性、驗證性及綜合性實驗之后，對實驗的全過程進行科學(xué)訓(xùn)練的實驗課題。實驗課題一般由實驗中心綜合考慮教師的意見后提出，由實驗室為學(xué)生提供實驗條件。學(xué)生根據(jù)實驗課題研究的內(nèi)容，自行搜集并閱讀相關(guān)的參考資料，綜合比較各種實驗方法實施的可能性、適用條件、實驗的準(zhǔn)確程度，根據(jù)實驗室提供的實驗條件，推證理論，選擇相對完善的實驗方案。實驗方案確定之后，應(yīng)根據(jù)實驗方案的原理和實驗精度要求，選擇測量誤差較小的測量方法。應(yīng)綜合考慮分辨率、準(zhǔn)確度、量程和價格四因素，根據(jù)誤差的等作用原理選擇合理、配套的測量儀器。在測量中，要確定最有利的條件，選擇合理的數(shù)據(jù)處理方法，分析各種誤差產(chǎn)生的原因，從數(shù)據(jù)中判斷系統(tǒng)誤差是否存在，尋求減小或消除實驗系統(tǒng)誤差的方法，以提高實驗質(zhì)量，如進行“簡諧振動的研究”、“設(shè)計和組裝熱敏電阻溫度計”、“測定平行電流間的磁場力”、“球坑法測定薄層厚度”、“導(dǎo)熱系數(shù)的智能測量”等設(shè)計要求較高的實驗。這樣，按照實驗內(nèi)容分成不同的階段，構(gòu)建從易到難、從基礎(chǔ)性實驗到綜合設(shè)計性實驗、從實驗知識和技能的學(xué)習(xí)到科學(xué)思維訓(xùn)練和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)課程新體系，以滿足不同專業(yè)、不同知識基礎(chǔ)學(xué)生的需要，使優(yōu)秀人才得到更大的發(fā)展空間。

在當(dāng)今新技術(shù)迅速發(fā)展的時代，物理實驗課程應(yīng)該是被新技術(shù)、新手段不斷改造、不斷填充的開放系統(tǒng)，是不斷改革、不斷發(fā)展的動態(tài)教學(xué)體系。要使物理實驗教學(xué)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，做到與時俱進，教師在實驗教學(xué)中應(yīng)把握課程前沿，有意識地增加一些應(yīng)用性或涉及現(xiàn)代高新技術(shù)的實驗項目，如太陽能電池技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機智能檢測、光纖技術(shù)、共振技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)、微弱信號檢測技術(shù)、光譜技術(shù)、混沌、納米材料和薄膜制備技術(shù)等與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)相融合的知識和內(nèi)容，增加與“諾貝爾物理獎”相關(guān)的實驗項目，使現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究成果滲透到傳統(tǒng)的物理實驗課程內(nèi)容中，及時反映學(xué)科最新進展，激發(fā)學(xué)生對實驗課程的興趣和科研熱情，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新能力。

物理實驗與其他自然科學(xué)相互滲透，有了越來越多的交叉點。物理實驗課程不僅是理工科學(xué)生進行后續(xù)科學(xué)實驗訓(xùn)練的重要基礎(chǔ)，也是許多非物理類專業(yè)學(xué)生的必修課程之一，而這部分學(xué)生群體應(yīng)該引起我們的關(guān)注。為了體現(xiàn)因材施教的原則，對于跨專業(yè)的學(xué)生應(yīng)開設(shè)一些與其所學(xué)專業(yè)相關(guān)的實驗項目，這些體現(xiàn)物理理論在其他專業(yè)應(yīng)用的實驗項目，能使學(xué)生在物理實驗中充分感受到物理科學(xué)在實際工作和生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的思想，調(diào)動其學(xué)習(xí)熱情，激發(fā)其求知欲望。

例如，偏光顯微鏡部分的實驗教學(xué)是地質(zhì)專業(yè)的特有實驗教學(xué)內(nèi)容，但地質(zhì)專業(yè)課上側(cè)重的是與鏡頭材料性能相關(guān)的光的偏振知識，很少涉及顯微鏡的工作原理及組裝等教學(xué)內(nèi)容。所以，在對地質(zhì)專業(yè)學(xué)生進行偏光顯微鏡組裝的教學(xué)實踐中，可以把專業(yè)課和實驗課強調(diào)的重點加以整合，在傳統(tǒng)顯微鏡組裝實驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合光線的偏振原理，對內(nèi)容進行加深和擴展，增加組裝偏光顯微鏡的實驗教學(xué)內(nèi)容。對于環(huán)境科學(xué)專業(yè)而言，應(yīng)根據(jù)其專業(yè)特點，增加環(huán)境噪聲的測量實驗，使學(xué)生在進行基本實驗操作技能訓(xùn)練的同時，加深對環(huán)境專業(yè)相關(guān)理論的理解，為后續(xù)的環(huán)境專業(yè)課程學(xué)習(xí)奠定扎實的基礎(chǔ)。再如，滲流場與電場具有相似性，在油田開發(fā)專業(yè)的學(xué)生做振蕩電路實驗時，可以啟發(fā)學(xué)生利用該電路模擬油田的產(chǎn)液變化。

二、實施多樣化教學(xué)，提高學(xué)生的科研素養(yǎng)

（一）設(shè)立廢舊儀器實驗室

廢舊儀器實驗室能夠?qū)崿F(xiàn)廢物再利用，是一種變廢為寶的措施。應(yīng)充分利用實驗室提供的物質(zhì)和空間資源，集中已老化報廢但部分部件仍能正常使用的已淘汰廢舊設(shè)備，配以儀器的使用說明或者搜集到的相關(guān)圖片、文字資料，收集各類廢舊家電、工具、儀器設(shè)備、配件等，再配備計算機，設(shè)立廢舊儀器實驗室。廢舊儀器實驗室是物理實驗愛好者的樂園，學(xué)生通過仔細(xì)研讀儀器使用說明書、圖片或者利用網(wǎng)絡(luò)資源查閱文字資料，面對實物了解儀器的構(gòu)造、基本原理和使用方法，這不僅有利于學(xué)生對教材內(nèi)容的真正理解，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、動手能力。教師可以向?qū)W生展示以往破壞性操作的后果或進行實地演示，讓學(xué)生明白規(guī)范化操作的必要性，為學(xué)生在以后的實驗操作中養(yǎng)成良好的操作習(xí)慣打下基礎(chǔ)。學(xué)生還可以自行設(shè)計小制作，動手拆卸出廢舊家電、儀器設(shè)備中的有用部分，對各部分進行組裝。雖然小制作的功能還不夠完善，制作也很粗糙，但學(xué)生在親自動手、動腦的活動中體驗到學(xué)習(xí)的興趣、成功的快樂，這樣的體驗?zāi)苁箤W(xué)生終身受益。在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生還可以對儀器進行維修，成為實驗室工作的小助手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其感覺學(xué)有所用。在廢舊儀器實驗室，學(xué)生通過對儀器改進的方案進行驗證，以檢驗改進方案實施的可行性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。廢舊儀器實驗室還可以為實驗課程中未能順利完成操作的學(xué)生提供再一次學(xué)習(xí)的機會，使他們學(xué)會排除實驗中的故障，對實驗有更深刻的認(rèn)識。

（二）開設(shè)公選課

高校應(yīng)以素質(zhì)教育為目的，以物理廢舊實驗室和物理演示實驗室為基地，對全體在校學(xué)生包括文科學(xué)生開設(shè)《大學(xué)物理演示實驗》、《物理實驗發(fā)展史》、《物理現(xiàn)象探索》等公選課程，供學(xué)生選修。可以重點關(guān)注物理實驗發(fā)展史中對物理學(xué)的發(fā)展、人類的進步起到關(guān)鍵作用的重要實驗，如赫茲的電磁波實驗、楊氏雙縫干涉實驗、盧瑟福的粒子散射實驗、密里根的油滴實驗等，討論這些實驗在物理學(xué)發(fā)展進程中的歷史重要性、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炈枷胍约皠e具匠心的設(shè)計理念。教師在講課過程中可以引入名人案例，利用榜樣的力量感染學(xué)生，用科學(xué)的世界觀武裝學(xué)生，使學(xué)生明確物理實驗的意義，并在回溯物理發(fā)展歷史過程中的著名實驗時得到人生的啟示。應(yīng)開放物理廢舊實驗室和物理演示實驗教學(xué)基地，讓學(xué)生親自動手操作儀器，仔細(xì)觀察物理現(xiàn)象并進行思考，使其加深對物理世界的感性認(rèn)識，強化對物理概念、物理規(guī)律的理解，體會到實驗思想的嚴(yán)謹(jǐn)、實驗設(shè)計的巧妙，培養(yǎng)其理性思維方式，提高其創(chuàng)新能力和科學(xué)觀察能力。

（三）開展多媒體課件制作競賽

大學(xué)生的電腦操作能力普遍較強，想象力豐富，思維活躍，具有很大的智力潛能和實驗學(xué)習(xí)的主動性，這有助于教師轉(zhuǎn)換思想，接受新的理念、方法，從而提高教學(xué)質(zhì)量。可以嘗試由學(xué)院牽頭、物理實驗室負(fù)責(zé)、學(xué)生會組織，選聘相關(guān)專家和學(xué)生代表為評委，在實驗課的中期或后期，開展物理實驗多媒體課件制作競賽。物理實驗室應(yīng)在學(xué)期前期安排好競賽時間、與物理實驗項目相關(guān)的實驗選題、評選規(guī)則等實施方案，方便學(xué)生早做準(zhǔn)備，學(xué)生則以自愿報名的形式參與。為了鼓勵學(xué)生積極參賽，除適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)獎勵外，還可以在期末實驗考核和綜合測評中對獲獎學(xué)生給予不同程度的加分獎勵。參賽學(xué)生必須在實驗課前、課中和課后做大量充分、細(xì)致的工作：課前要認(rèn)真預(yù)習(xí)，明確實驗?zāi)康摹嶒炈枷牒椭匾獌x器的使用方法，必要時查閱資料，做到思路清晰；課中要認(rèn)真操作，熟練掌握基本操作規(guī)則，準(zhǔn)確記錄原始數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)實驗中可能遇到的故障，并分析原因、找出排除故障的方法；課后要認(rèn)真進行測量數(shù)據(jù)處理，并就如何減小實驗誤差進行討論，對實驗疑點、相關(guān)知識進行拓展學(xué)習(xí)。開展多媒體課件制作競賽，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的想象力及創(chuàng)新能力，為學(xué)生搭建一個展示自我、勇于創(chuàng)新的平臺。

（四）引導(dǎo)學(xué)生參與實驗研究和科研活動

俗語說“：授人以魚，不如授人以漁。”進行物理實驗教學(xué)，不僅要讓學(xué)生了解實驗應(yīng)該如何做，還要知道為什么這樣做，更要思考可以做什么。教師在實驗課教學(xué)過程中，要積極引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物理實驗課程項目，應(yīng)用先進的實驗方法、實驗技術(shù)和手段，主動參與物理實驗研究和實驗室科研項目，在學(xué)習(xí)物理實驗基本理論、獲得科學(xué)操作技能的同時，有效培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維和科學(xué)實踐能力。實驗研究包括物理實驗方案的改進與設(shè)計方法討論、異常實驗現(xiàn)象的產(chǎn)生因素及改進措施分析、實驗儀器的改進和維修方法的探討、實驗故障的產(chǎn)生原因及排除故障的方法研究、實驗數(shù)據(jù)處理方法及實驗誤差分析、實驗失敗的原因及解決辦法研究等。

例如，在“靜電場模擬”實驗中，傳統(tǒng)的靜電場描繪儀是以導(dǎo)電紙或水作為兩電極間的電介質(zhì)，大多使用雙層結(jié)構(gòu)的描繪儀，采用等臂記錄法來描繪，用數(shù)字電壓表觀測等電位點，這種設(shè)計存在缺陷，不能很好地描繪靜電場，學(xué)生反映實驗誤差太大。教師可以引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，綜合利用物理、化學(xué)知識多方位地進行設(shè)計、改進，提出可行的改進意見，并用實驗進行驗證。在“分光儀的調(diào)整和使用及三棱鏡折射率的測定”、“用光柵測光波波長”、“用分光計進行光譜定性分析”等實驗中，分光計作為這些實驗的重要儀器，經(jīng)過不斷演變和改進，設(shè)計更加科學(xué)，結(jié)構(gòu)也更加精密、復(fù)雜，其使用和調(diào)整都有嚴(yán)格的規(guī)范要求，這對于初次接觸分光計的學(xué)生來說是嚴(yán)格的考驗。部分學(xué)生在調(diào)整分光計時，對載物臺調(diào)平的操作雖花費了大量時間，仍不能達到很好的調(diào)平效果。

教師可以適時組織“分光儀載物臺快速調(diào)平法”的討論，引導(dǎo)和鼓勵學(xué)生積極思考和解決這個問題。這樣的討論能夠激發(fā)學(xué)生探究問題的興趣，并鼓勵優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出。另外，教師可以積極組織并有意識地引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)和個人興趣，積極參與教師和實驗室的科研項目，以增加師生間的交流，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，為其自我能力的提升提供平臺。例如，機械和電子專業(yè)是集機械、電子技術(shù)、信息處理、計算機等技術(shù)為一體，以計算機應(yīng)用為特色的綜合性學(xué)科，這種機電一體化應(yīng)用的專業(yè)特色可以應(yīng)用到實驗儀器的設(shè)計和制作中，實現(xiàn)實驗儀器的更新改造。計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生具有扎實的理論基礎(chǔ)、較強的程序設(shè)計和軟件開發(fā)能力，可以參與實驗軟件、實驗教學(xué)軟件的開發(fā)和應(yīng)用等研究，以培養(yǎng)學(xué)生的綜合實踐能力和創(chuàng)新能力，滿足學(xué)生學(xué)以致用的成就感。

三、利用現(xiàn)代教學(xué)手段，提高實驗教學(xué)質(zhì)量

應(yīng)改變傳統(tǒng)的黑板加粉筆的教學(xué)模式，以適當(dāng)?shù)暮诎灏鍟鵀檩o助，利用現(xiàn)代教學(xué)手段，制作穿插圖片、動畫、音視頻、虛擬現(xiàn)實等材料的高質(zhì)量多媒體課件，建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫，引進網(wǎng)絡(luò)仿真實驗，實現(xiàn)物理實驗教學(xué)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化，豐富教學(xué)內(nèi)容，增加實驗教學(xué)的趣味性，培養(yǎng)學(xué)生主動參與、主動探索、主動思考的能力。尤其是對于利用常規(guī)方法進行圖形和數(shù)據(jù)處理比較困難的部分實驗項目，利用計算機進行處理就比較容易完成。利用CAI教學(xué)課件作為輔助教學(xué)工具，可以將復(fù)雜的圖表、實物圖、電路圖等通過圖像、聲音、動畫、影像等形式形象地展示出來。仿真實驗可以利用計算機技術(shù)把實驗原理的理解、實驗儀器的結(jié)構(gòu)、實驗的教學(xué)內(nèi)容、實驗報告的書寫、教師的指導(dǎo)和學(xué)生的操作活動有機地結(jié)合起來，將一些因?qū)嶒炇铱陀^條件限制還未開出的實驗項目，通過模擬物理實驗在計算機上完成，其效果甚至好于實際實驗的效果，能方便學(xué)生自己安排時間進行預(yù)習(xí)、操作及復(fù)習(xí)?，F(xiàn)代化的實驗教學(xué)還能促使學(xué)生在校園網(wǎng)上反復(fù)查閱教師課件等教學(xué)資料，以提高實驗效果，并對一些疑難問題及實驗方法、技術(shù)和儀器改進方面的想法在網(wǎng)上隨時與教師進行交流和討論，教師要鼓勵學(xué)生提出改進性建議，設(shè)計出科學(xué)合理的方案，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。教師還可以利用校園網(wǎng)絡(luò)及時公布學(xué)生每次實驗的評定情況，使學(xué)生及時了解自己的實驗成績和存在的問題，如果需要，可以隨時預(yù)約重做實驗。

四、實行開放式教學(xué)，強化因材施教

實行全方位、多層次的開放式實驗教學(xué)，不只局限于時間和空間的開放，更重要的是教學(xué)內(nèi)容、方法和手段的開放，是觀念意識的開放。開放性實驗室可以實現(xiàn)對外聯(lián)網(wǎng)，給教師和學(xué)生帶來極大的方便。

（一）有助于體現(xiàn)以人為本的原則

學(xué)生登錄校園網(wǎng)的網(wǎng)上選課系統(tǒng)，根據(jù)教務(wù)處對實驗的課程安排，結(jié)合自身的實驗基礎(chǔ)、興趣愛好和所修專業(yè)的特點，可以自主選擇實驗時間和實驗題目。這體現(xiàn)了以人為本、因材施教、因人而異的原則，滿足了不同需求、不同層次、不同專業(yè)學(xué)生的要求，有效推進了數(shù)字化校園建設(shè)。在物理實驗室開放教學(xué)的模式下，學(xué)生可以有目的地選擇與專業(yè)相適應(yīng)的物理實驗，通過物理實驗充分感受到物理科學(xué)在實際工作和生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)以致用的思想意識。開放的物理實驗室使學(xué)生在時間和空間上有了更大的靈活性，為學(xué)生安排學(xué)習(xí)時間、制定學(xué)習(xí)計劃和發(fā)展方向帶來極大的便利，符合當(dāng)今社會所倡導(dǎo)的自主化、人性化管理理念，對實驗教學(xué)管理工作的信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)具有促進作用。

（二）有助于學(xué)生完成課前預(yù)習(xí)和數(shù)據(jù)處理

開放的實驗可以將實驗教學(xué)內(nèi)容的預(yù)習(xí)和數(shù)據(jù)處理的環(huán)節(jié)安排到實驗室課上完成。與理論課相比，實驗課的一個重要特點是要求學(xué)生能夠多思考、多分析，獨立完成實驗操作，所以，明確實驗任務(wù)、了解儀器的結(jié)構(gòu)功能及操作要領(lǐng)、掌握誤差來源及減小誤差的方法等實驗前的預(yù)習(xí)工作尤為重要。但是，傳統(tǒng)的實驗前預(yù)習(xí)只限于對實驗教材的閱讀及撰寫預(yù)習(xí)實驗報告，學(xué)生從教材上生澀的專業(yè)術(shù)語、模糊不清的儀器結(jié)構(gòu)圖中感覺實驗內(nèi)容枯燥乏味或看不懂，只能盲目地抄襲實驗講義，以應(yīng)對教師的課前檢查，這樣不僅浪費了學(xué)生的時間和精力，不會對實驗教學(xué)有所裨益，而且會影響學(xué)生對實驗的興趣。讓學(xué)生進入實驗室面對實驗儀器有針對性地進行實驗前預(yù)習(xí)，可以使難以理解的內(nèi)容變得生動、易懂，學(xué)生的興趣大增，預(yù)習(xí)質(zhì)量明顯提高，避免了以往實驗前預(yù)習(xí)的諸多弊病。學(xué)生可以在課堂上進行數(shù)據(jù)處理，教師可以當(dāng)堂進行批改點評，對實驗報告中出現(xiàn)的問題及時加以糾正，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，調(diào)整和完善課堂教學(xué)內(nèi)容，探索適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式。

（三）有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維

開放的實驗室可以彌補課堂教學(xué)時間的不足，為實驗課內(nèi)不能順利完成實驗或?qū)嶒炇〉膶W(xué)生提供完成實驗或者重新實驗的機會。在開放實驗室的時間內(nèi)，學(xué)生還可以做一些難度較大或者感興趣的實驗項目，充分發(fā)揮自身潛能，培養(yǎng)獨立思考、積極探索、不斷創(chuàng)新的精神和永不滿足、追求卓越的態(tài)度。例如，在“拉脫法測定液體的表面張力系數(shù)”的實驗中，有些學(xué)生在完成實驗測定后，希望探索溫度對液體表面張力系數(shù)的影響、液體表面張力系數(shù)與液體中所含雜質(zhì)濃度的關(guān)系。學(xué)生通過查閱大量文獻，設(shè)計實驗方案，在課余時間進行實驗，充分發(fā)揮實驗設(shè)備的潛力，以最少的投資發(fā)揮最大的效益，使課內(nèi)實驗與課外開放實驗有機結(jié)合起來，滿足學(xué)生求知和創(chuàng)新的欲望。開放式教學(xué)模式可以為學(xué)生主動學(xué)習(xí)和個性發(fā)展創(chuàng)造良好的外部環(huán)境，滿足其求知、探索和創(chuàng)新的欲望，側(cè)重于創(chuàng)新精神與能力的培養(yǎng)，體現(xiàn)以人為本的教學(xué)理念，可以有效解決當(dāng)前實驗教學(xué)中存在的問題。

五、完善實驗考核制度，保證教學(xué)效果

實驗考核是檢驗實驗教學(xué)效果的重要手段，是實驗教學(xué)改革的基本組成部分，也是實驗教學(xué)工作的重要環(huán)節(jié)。完善的考核制度能夠客觀反映學(xué)生的理論知識水平、操作技能，科學(xué)評定學(xué)生的綜合實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、實事求是的工作作風(fēng)和開拓創(chuàng)新、不斷探索的精神。針對學(xué)生不注重平時的實驗操作過程，抄襲、修改或編造數(shù)據(jù)的不良作風(fēng)，對學(xué)生的實驗課程成績可采用“課程總評成績100％＝平時成績60％＋期末實驗操作測試成績40％”的折算方式來進行評價。在總評成績中，平時成績比例要加大，目的是鼓勵學(xué)生重視平時的實驗，以提高實驗操作水平。平時成績涉及的評定因素較多，包括出勤、實驗預(yù)習(xí)情況、實驗操作完成情況、實驗結(jié)果和實驗報告質(zhì)量等，教師要善于觀察，做好平時的實驗記錄，做到客觀公正、實事求是。另外，教師還要考察學(xué)生是否能獨立地排除實驗故障，課堂提問、課堂討論、提交作業(yè)及工作態(tài)度等情況都可以用來綜合考察學(xué)生，評定學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。其中，實驗操作及動手能力是學(xué)生實驗過程的關(guān)鍵，教師要進行巡視考察。對于學(xué)生的實驗報告，要考察實驗數(shù)據(jù)的真實性、數(shù)據(jù)處理方法、誤差的計算、實驗結(jié)果的誤差及分析、異常現(xiàn)象的解釋等。

為了對學(xué)生的實驗教學(xué)進行更全面的考核，突出對學(xué)生實驗操作技能的考核力度，教師不能只看實驗報告，要杜絕抄襲報告的現(xiàn)象。具體的做法是，在學(xué)期期末，教師選取一些以實驗基本操作技能為考核重點的題目，學(xué)生隨機抽取題目后，經(jīng)過30分鐘的準(zhǔn)備工作，在規(guī)定的時間內(nèi)獨立完成實驗操作，回答實驗涉及的問題，并當(dāng)場完成實驗報告的撰寫。教師要在學(xué)生的操作過程中進行巡視，觀察學(xué)生實驗操作的規(guī)范性和熟練程度以及數(shù)據(jù)記錄、實驗結(jié)果處理、解決問題方法、臺面整潔與否等實驗習(xí)慣。對于綜合性、設(shè)計性、應(yīng)用性實驗項目，尤其是涉及物理知識與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)的項目，要通過考察設(shè)計實驗方案、撰寫實驗論文等方式進行綜合考核。對于在多媒體課件制作競賽中獲獎以及在實驗研究和科研活動中表現(xiàn)突出的學(xué)生，可以在期末實驗操作測試和期末綜合測評中給予不同程度的加分獎勵。總之，應(yīng)不斷完善實驗考核制度，促使學(xué)生在研究中勤于觀察思考，善于發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，激發(fā)學(xué)生進行實驗研究的積極性、主動性和自覺性，進一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，實現(xiàn)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

六、結(jié)束語

第6篇

關(guān)鍵詞：獨立學(xué)院；物理實驗；人才培養(yǎng)；教學(xué)改革

高等教育高度發(fā)達的今天，獨立學(xué)院如雨后春筍般異軍突起，旨在培養(yǎng)本科應(yīng)用型人才，辦大眾教育而非精英教育。培養(yǎng)社會廣泛需要的、有專長的、較高層次的應(yīng)用型人才則成為獨立學(xué)院的首要任務(wù)。大學(xué)物理實驗是高等學(xué)校教育體系的重要組成部分，對提高學(xué)生的實驗動手能力，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考，發(fā)現(xiàn)問題解決問題能力，創(chuàng)新能力和實踐能力有著其他課程的不可替代性。對于以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主要目標(biāo)的獨立學(xué)院的大學(xué)生來說，大學(xué)物理實驗課對工科學(xué)生無疑是一門重要的、必修的基礎(chǔ)實驗課。然而由于各工科專業(yè)方向不同，大學(xué)物理實驗項目繁多，涉及面廣，基礎(chǔ)實驗課的學(xué)時有限，全面的學(xué)學(xué)物理實驗課程實驗內(nèi)容就比較困難。

1．針對不同專業(yè)知識點的需要選擇不同的實驗項目，使大學(xué)物理實驗課和后續(xù)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)有機的結(jié)合

我院是一所以應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主的獨立學(xué)院，工科專業(yè)按大的方向可分為：計算機與生物工程兩大類。具體專業(yè)有計算機應(yīng)用、電子信息工程、信息與計算機科學(xué)、計算機科學(xué)與技術(shù)、電子科學(xué)與技術(shù)、生物工程、化學(xué)工程與工藝、食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、食品營養(yǎng)與檢測、食品加工技術(shù)、食品生物技術(shù)和生物技術(shù)與應(yīng)用。目前，我院的大學(xué)物理實驗只考慮實驗課輪次循環(huán)方便，教學(xué)內(nèi)容和模式是：工科各專業(yè)學(xué)生學(xué)完誤差理論后，統(tǒng)一從力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)實驗各選幾個實驗項目，然后按實驗項目的難易分成基本物理量的測量與儀器使用性實驗、綜合性物理量測量、簡單設(shè)計性實驗三個模塊，分三級梯度授課。在實驗課的過程中我們發(fā)現(xiàn)不同專業(yè)的學(xué)生對不同的實驗項目反應(yīng)不同，電子信息工程專業(yè)、電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生對電磁學(xué)實驗興趣很濃，實驗也很認(rèn)真，而對力、熱學(xué)的一些實驗項目如：拉伸法測金屬絲楊氏彈性模量、剛體轉(zhuǎn)動慣量的測定等則不太感興趣，實驗也常常敷衍了事。反之，生物工程、食品科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生則對電磁學(xué)的一些實驗項目如：靜電場描繪、磁場強度的測定等表示不可理解。并且經(jīng)常有學(xué)生問這個實驗和他們學(xué)的專業(yè)有什么聯(lián)系。

面對這種情況，筆者認(rèn)為我們應(yīng)對各專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)，包括專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課設(shè)置情況以及實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的內(nèi)容進行研究，在學(xué)院物理實驗室現(xiàn)有的實驗裝備條件下，同時能夠保持物理課程的特點的基礎(chǔ)上篩選盡可能與專業(yè)方向靠攏的必修實驗項目，對物理實驗教學(xué)內(nèi)容進行改革。具體做法是針對不同專業(yè)知識點的需要，選擇不同的實驗項目。生物工程類專業(yè)后續(xù)課程需要的力、熱學(xué)、光學(xué)的知識較多，從基本物理量的測量與儀器使用性實驗開始就盡可能的選擇力、熱學(xué)、光學(xué)的實驗項目如：楊氏彈性模量測定、物體密度測定、等厚干涉、分光計的調(diào)整與三棱鏡折射率測量、偏振光的觀察與應(yīng)用等。而計算機類專業(yè)實驗項目的選擇則緊緊圍繞電磁學(xué)、近代物理實驗項目展開，如：電橋測電阻、示波器的使用、靜電場描繪、普朗克常數(shù)測定等，然后再把所選實驗項目分成基本物理量的測量與基本儀器使用性實驗、基本實驗技能訓(xùn)練性實驗、綜合和設(shè)計性實驗，實施三級物理實驗教學(xué)模式。

2．同一實驗項目不同專業(yè)選擇不同的實驗方法，使大學(xué)物理實驗課既結(jié)合專業(yè)應(yīng)用又滿足物理學(xué)的基本需要

大學(xué)物理實驗課作為工科學(xué)校大學(xué)生進校的第一門科學(xué)實驗課程不僅肩負(fù)著讓學(xué)生受到嚴(yán)格的、系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維能力和創(chuàng)新精神、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析和解決實際問題的能力的使命，同時也是使學(xué)生通過大學(xué)物理實驗對物理概念理解的深化，了解物理概念和規(guī)律產(chǎn)生的科學(xué)技術(shù)背景及其歷史性的貢獻的必要手段。因此僅僅從后續(xù)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)課及其實踐教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)用角度去設(shè)置大學(xué)物理實驗的教學(xué)內(nèi)容和實驗項目顯然是不夠的，為了使學(xué)生既能夠比較全面的掌握大學(xué)物理實驗所涉及的物理學(xué)概念和教學(xué)內(nèi)容，達到系統(tǒng)的實驗技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技巧的要求，又能夠和學(xué)生自己所學(xué)專業(yè)有機結(jié)合，我們應(yīng)采取同一實驗項目對不同專業(yè)選擇不同的實驗方法。例如：金屬揚氏彈性模量測定對于生物工程類專業(yè)的學(xué)生直接選用傳統(tǒng)的光杠桿尺讀望遠鏡法進行測量，而對于需要熟練掌握示波器、函數(shù)信號發(fā)生器計算機類專業(yè)的學(xué)生采用金屬動態(tài)揚氏模量實驗儀進行實驗。

3．引入高新技術(shù)，賦予大學(xué)物理實驗課以現(xiàn)代氣息

高新技術(shù)的發(fā)展，科技信息的激增和知識更新的加快促使高等教育向更加重視素質(zhì)教育的方向發(fā)展，獨立學(xué)院的目標(biāo)是培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才，要培養(yǎng)高級應(yīng)用型人才，就必須使工程技術(shù)人才培養(yǎng)的第一個環(huán)節(jié)――大學(xué)物理實驗課和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌。大學(xué)物理實驗只有和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)接軌才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，也才能使現(xiàn)代科技進步的成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典課程內(nèi)容之中，例如計算機技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)、傳感器技術(shù)、仿真技術(shù)、光譜技術(shù)等在大學(xué)物理實驗課程內(nèi)容中都已經(jīng)涉及，把這些先進的技術(shù)引入到大學(xué)物理實驗課教學(xué)中，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和熱情，同時，從物理實驗的設(shè)計思想、物理實驗方法、儀器的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用等方面拓寬了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)了他們的綜合實驗?zāi)芰?。這就要求我們必須改變和調(diào)整傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，同時有先進的儀器設(shè)備和較為充足的經(jīng)費保障。

4．建立開放實驗室，營造多元化教學(xué)環(huán)境，實行以綜合能力判定學(xué)生成績的考核方法

第7篇

職業(yè)教育的培養(yǎng)目標(biāo)不僅是使學(xué)主懂得某一專業(yè)的基礎(chǔ)理論與基本知識，而且更重要的是要培養(yǎng)他們具有某一崗位群所需要的生產(chǎn)操作和組織能力，善于將技術(shù)意圖或工程圖紙轉(zhuǎn)化為物質(zhì)實體，并能在生產(chǎn)現(xiàn)場進行技術(shù)指導(dǎo)和組織管理，解決生產(chǎn)中的實際問題。高職畢業(yè)生是一種專業(yè)理論夠用、生產(chǎn)技術(shù)操作熟練的組織能力強的復(fù)合型人才。針對學(xué)生未來發(fā)展的需要，物理課要注重培養(yǎng)學(xué)生的科技創(chuàng)新能力。通過豐富多彩的科技活動，可以擴大學(xué)生視野、增長知識，培養(yǎng)他們動手動腦的能力，發(fā)展個性，增進身心健康，使他們得到全面和諧的發(fā)展，為社會提供合格人才。

物理是一門歷史悠久的自然學(xué)科。隨著科技的發(fā)展、社會的進步，物理已滲入到人類生活的各個領(lǐng)域。尤其在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力，提高學(xué)生對科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的認(rèn)識，物理教學(xué)起著至關(guān)重要的作用。以下從幾方面談?wù)勗诮虒W(xué)中所進行的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的探索和體會。

2.在物理課堂教學(xué)中滲透創(chuàng)新能力培養(yǎng)

課堂教學(xué)是教師傳播物理知識的主要陣地，也是學(xué)生獲取物理知識的主要途徑。加強科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)必須從課堂教學(xué)做起，充分發(fā)揮課堂教學(xué)的主渠道作用。

2.1 強調(diào)物理與日常生活的關(guān)系

物理是一門實用性很強的科學(xué)，與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活有著極為密切的聯(lián)系。在教學(xué)中結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，緊密聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，突出知識的實用性。例如“雜技表演時演員為什么能成功完成各種驚險動作”等一系列問題，引入“物體的平衡”一節(jié)課題的教學(xué)，在研究了物體的平衡即平衡條件后，對生活中的許多有關(guān)現(xiàn)象就可以理解了。體育運動中的許多項目都要利用到平衡。橋梁、起重機、建筑物都要保持平衡，所以設(shè)計時要分析各部分受力情況，根據(jù)平衡條件進行計算以便確定幾何尺寸或選擇適當(dāng)?shù)牟牧?。很多同學(xué)對體育運動熟悉和愛好。因此還應(yīng)結(jié)合力學(xué)知識，分析和計算推鉛球的水平射程與初速度的關(guān)系；利用動量定理認(rèn)識接籃球時減少沖擊力的方法；利用運動定律、靜摩擦力、力的分解、合成和轉(zhuǎn)動力矩等多方面知識分析拔河能取勝的關(guān)鍵。物理知識與生活現(xiàn)象恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。能提高學(xué)生對物理學(xué)習(xí)的興趣。物理知識、物理規(guī)律本身就是對自然現(xiàn)象的總結(jié)和抽象。通過這些知識的介紹，使學(xué)生更加認(rèn)識到科學(xué)知識在日常生活中的地位和作用，從而更加激發(fā)學(xué)生主動觀察、探究身邊所發(fā)生的各種現(xiàn)象，樹立愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)的良好品質(zhì)。

2.2 在課堂中加強實驗教學(xué)

物理學(xué)科本身就是一門實驗科學(xué)，加強實驗教學(xué)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、實驗?zāi)芰?、科學(xué)思維能力、實事求是的科學(xué)態(tài)度、團隊合作意識、創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力。加強學(xué)生實驗教學(xué)主要從以下幾方面入手。

2.2.1 利用實驗課加強對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)

要使每次實驗都能較好地完成預(yù)計的任務(wù)，關(guān)鍵在于師生思想上的準(zhǔn)備和現(xiàn)場指導(dǎo)。凡是學(xué)生對要進行的實驗?zāi)康囊竺鞔_，對所用儀器性能了解，對實驗原理和操作步驟清楚，實驗課的收獲就比較大。為此，每次實驗前，師生一起對實驗的有關(guān)問題進行討論研究，確定實驗方案，估計可能會出現(xiàn)的問題和解決辦法，堅決克服實驗的盲目性。當(dāng)然，在操作過程中，常常還會出現(xiàn)一些學(xué)生在預(yù)習(xí)時想不到的問題。如在描繪靜電場等勢線的實驗中，有的學(xué)生找等勢點時幾次都見到檢流計的指針往同一個方向偏轉(zhuǎn)。這時啟發(fā)他們能否找到使檢流計指針向相反方向偏轉(zhuǎn)的點？組內(nèi)同學(xué)經(jīng)過研究判斷出大致位置，并用事實證實這次推斷，進而再確定出檢流計指針無偏轉(zhuǎn)點的位置，順利地完成實驗。在實踐過程中，如果發(fā)現(xiàn)了問題，總是要求學(xué)生要在動手的同時，充分動腦，啟發(fā)他們自己動手排除故障，教師絕不包辦代替。

2.2.2 增加自我設(shè)計、改進的實驗

實驗教學(xué)的任務(wù)之一是要培養(yǎng)學(xué)生實驗設(shè)計的能力，根據(jù)確定的目的任務(wù)，讓學(xué)生獨立設(shè)計實驗，這對學(xué)生是一種很好的鍛煉。每章學(xué)習(xí)都安排一些這樣的實驗內(nèi)容。在“測定電源電動勢和內(nèi)電阻”的實驗時，沒有讓學(xué)生完全按照教材給出的方案按部就班地做，而是把實驗?zāi)康囊笾v清楚以后，讓每個學(xué)生根據(jù)所學(xué)的知識，設(shè)計一種或幾種實驗電路，并把自己的設(shè)計原理、實驗步驟、實驗記錄表格、注意事項都寫出來，在實驗前各抒己見，然后按自己正確的設(shè)計進行試驗。這樣，學(xué)生實驗的積極性很高。又如在研究牛頓運動定律等實驗時，購置的儀器與教材上寫的不同，先讓學(xué)生們觀察儀器的構(gòu)造，然后共同討論如何應(yīng)用該裝置完成實驗任務(wù)。由于是經(jīng)過學(xué)生思考后設(shè)計出的方案，他們做起實驗來更興奮和認(rèn)真。

2.2.3 把一部分演示實驗改為學(xué)生實驗

課堂演示實驗對課堂教學(xué)有著重要的作用。但由于有些演示儀器比較小，不容易使教室內(nèi)每個同學(xué)都看清楚實驗現(xiàn)象，為了提高實驗觀察的效果，使學(xué)生加深對知識的理解，也為了增加學(xué)生動手的機會，教師克服了儀器不足和時間緊張的困難，設(shè)法將原來作為演示的一些實驗改為學(xué)生分組實驗，如靜電、導(dǎo)體的電荷分布、靜電屏蔽，用驗電器觀察電場線、自感現(xiàn)象、光的反射、折射、全反射、棱鏡，等等。

2.2.4 要求學(xué)生完成實驗報告

在此過程中要求學(xué)生根據(jù)實驗操作得到的數(shù)據(jù)，運用定理或公式，利用數(shù)學(xué)手段進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析，最后得出物理結(jié)論。從而培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真、實事求是的科學(xué)態(tài)度和獨立分析問題、解決問題的能力。實驗教學(xué)是提高學(xué)生綜合能力特別是創(chuàng)造能力的有效途徑。

2.3 注重介紹物理發(fā)展史和科技新成果

在教學(xué)過程中，根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，選用適當(dāng)?shù)奈锢韺W(xué)史材料，例如“伽利略的自由落體實驗”、“法拉第的電磁感應(yīng)定律”、“愛因斯坦創(chuàng)立相對論”等，不失時機地對學(xué)生進行物理學(xué)史教育。通過物理學(xué)發(fā)展史和科學(xué)家生平介紹，啟示學(xué)生要有為科學(xué)獻身的精神，要有堅韌不拔的意志和頑強拼搏的勇氣，立志要高攀和進取，從而激發(fā)學(xué)生科技創(chuàng)新的勇氣。同時，在教學(xué)中有意識地介紹我國建設(shè)科研的新成就，介紹物理學(xué)在生產(chǎn)、科技領(lǐng)域中的運用，使學(xué)生認(rèn)識到所學(xué)的知識確實有用，如講到振動時介紹超聲波在工程技術(shù)中的應(yīng)用（超聲波清洗、超聲波探傷、海底深度測量）；講到圓周運動時，介紹地球衛(wèi)星及應(yīng)用，天體物理學(xué)的一些知識，講到靜電場時，介紹靜電的應(yīng)用（除塵、噴漆、復(fù)印）和防止靜電危害的方法；學(xué)到電磁波的傳送和接收時，介紹利用電磁波定位、測量、導(dǎo)航、傳遞圖像、遙控等；講到材料的電阻率時，介紹世界上關(guān)于超導(dǎo)體的研究情況及我國在這一競爭中的最新成果；學(xué)到光學(xué)知識時，介紹光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)和光通訊技術(shù)以及天文學(xué)上的應(yīng)用；介紹光電管在自動控制中的作用；介紹激光的性能和應(yīng)用，如利用激光單色性好進行激光通訊、等離子測試，利用它的能量集性用于打孔、焊接、切割及醫(yī)學(xué)上用做手術(shù)刀，利用相干性好可作光源進行全息照相，等等。我的體會是教學(xué)中的這些結(jié)合，不僅可以使嚴(yán)密科學(xué)的教材內(nèi)容變得有血有肉，富有趣味，便于記憶，而且可以擴大學(xué)生的知識面，激發(fā)他們強烈的求知欲。同時指出祖國建設(shè)對五年制職業(yè)學(xué)生的殷切期望，激勵學(xué)生奮發(fā)上進，增強歷史責(zé)任感。使學(xué)生受到良好的科技創(chuàng)新意識的教育。

3.在物理課外活動中滲透創(chuàng)新能力培養(yǎng)

物理課外活動也是加強對學(xué)生進行創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要陣地。與課堂教學(xué)相比，課外活動具有更大的靈活性和選擇性。

3.1 開展科技小制作

根據(jù)學(xué)校的實際情況，積極組織學(xué)生開展科技小制作活動，首先著手編寫科技活動的輔導(dǎo)材料，該材料共涉及41個研究參考課題，包括力學(xué)（如力的相互作用小車、模擬火箭等）；熱學(xué)（如自制孔明燈等）；電學(xué)（如把音樂生日卡改門鈴、火災(zāi)報警器等）；光學(xué)（如簡易幻燈機、自制萬花筒等）多個部分。將自然科學(xué)知識由淺到深；涉及傳統(tǒng)課題和目前的熱門課題等眾多方向；目的是使學(xué)生關(guān)注身邊的現(xiàn)象，養(yǎng)成科學(xué)的分析問題解決問題的習(xí)慣，不僅培養(yǎng)學(xué)生動手、動腦的能力，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。教師將輔導(dǎo)材料編輯成冊，目的是努力做到編寫的內(nèi)容有系統(tǒng)性、綜合性和可操作性。其次，向?qū)W生介紹古今中外科技小發(fā)明。將古今中外科技小發(fā)明的構(gòu)思、原理及作用介紹給學(xué)生，這對每個學(xué)生不僅是一個學(xué)習(xí)的過程，同時還能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造欲望，啟迪學(xué)生的創(chuàng)造思路。之后學(xué)生開始進行材料的采購，制造設(shè)計，方法的改進等工作。教師要求學(xué)生不僅要完成科技小制作，還要撰寫科技小論文。因此要求學(xué)生自學(xué)，通過學(xué)習(xí)使學(xué)生學(xué)會怎樣寫科技小論文，寫哪些方面的內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生觀察周圍事物，觀察自然界中的各種現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)和揭示其奧秘，寫出有價值的科技小論文。我們認(rèn)為科學(xué)教育不僅僅是傳授知識、掌握技能，更主要的是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)能力。只有在具備豐富的科學(xué)知識和技能的同時，學(xué)生才能逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和高尚的科學(xué)道德修養(yǎng)。我們確定了以普及科技基礎(chǔ)知識、緊密聯(lián)系社會生活、樹立科學(xué)態(tài)度、養(yǎng)成科學(xué)品質(zhì)為目標(biāo)的科技教育，通過各種有效途徑，向?qū)W生介紹科學(xué)知識，發(fā)展學(xué)生科技創(chuàng)新的技能。

3.2 指導(dǎo)學(xué)生閱讀科普讀物

根據(jù)學(xué)生的知識基礎(chǔ)，指導(dǎo)學(xué)生閱讀有關(guān)的科普讀物，如指導(dǎo)學(xué)生到閱覽室去瀏覽《我們愛科學(xué)》中的科普文章，借閱《數(shù)理化科學(xué)演義》等科普讀物，使學(xué)生更多地了解科技知識和科技發(fā)展的新動向，增加學(xué)生的科技知識，并組織“實用物理知識競賽”，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)、讀書的積極性，使學(xué)生掌握更多的科學(xué)文化知識，培養(yǎng)學(xué)生的科技閱讀能力。

3.3 舉辦科普知識演講

回顧100年來特別是愛因斯坦發(fā)表《相對論》以來，物理學(xué)對科學(xué)技術(shù)、人類社會、經(jīng)濟等諸多方面的貢獻，為喚醒人們對物理學(xué)的重視，聯(lián)合國教科文組織，專門設(shè)定國際物理年。作為物理教師我們有義不容辭的責(zé)任。我們在學(xué)生中開展“物理學(xué)的貢獻”演講活動，目的在于使學(xué)生認(rèn)識到科技知識與社會發(fā)展、生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系在一起。在舉辦科技演講時，要求學(xué)生認(rèn)真選擇材料，或根據(jù)有關(guān)資料撰寫講稿，根據(jù)平時收集的材料，集中學(xué)習(xí)。學(xué)生通過收集軍事科學(xué)、航天技術(shù)、通信技術(shù)、空間技術(shù)、科學(xué)家的事例與貢獻等材料，將搜集的資料在班上進行專題介紹，或利用板報介紹科普知識及物理知識的應(yīng)用。通過這些活動，加強對學(xué)生進行思想品德教育和科學(xué)素質(zhì)教育。

4.結(jié)束語