赵敏福,张 波,杨 欢,邓少霞,邹俊峰

(皖西学院基础实验中心,安徽六安237012)

研究性学习在大学物理实验教学中的实践与思考

赵敏福,张 波,杨 欢,邓少霞,邹俊峰

(皖西学院基础实验中心,安徽六安237012)

结合大学物理实验教学,就如何引导学生开展研究性学习进行了有益的探索。实践结果表明:通过研究性学习,可以加强学生自主学习兴趣;提高动手能力,发现问题、解决问题的能力;增强团结协作精神。研究性学习是提高创新能力的有效手段。

研究性学习;物理实验;素质教育;创新能力

研究性学习是大学生素质拓展计划的重要组成部分,是提高素质教育的有效手段。研究性学习是指学生在教师的指导下,结合课程教学,从学习、生活和社会活动中选择研究专题,独立或小组合作的形式进行类似科学研究的方式,主动地获取知识、发现问题、解决问题的学习活动[1]。它是以培养学生的创造精神和创新能力为目标[2],以探究学习为核心,体现指导与自主、规定与开放、统一与多样、理论与实验有机结合的教育指导思想。目的在于改变学生单纯地接受教师传授知识为主的学习方式,构建开放的学习环境,提供获取知识的多种渠道,并为学生提供将学到的知识应用于实践的机会,培养学生的创新精神和实践能力。

1 研究性学习在大学物理实验教学中的实践

大学物理实验是理工科大学生进入大学后必修的一门实践课,通过学习能让学生接受系统的实验方法、实验技能训练,培养学生的实践动手能力。我们在大学物理实验教学中,充分利用实验室有利条件,鼓励学生在实验中发现问题,积极思考,结合学校团委实施的素质拓展计划,引导学生申报研究性学习项目。把实验室作为素质教育最重要的平台[3],为学生进行研究性学习提供必要的实验器材、仪器设备、实验场所和技术指导。

1.1 改进、研制实验教学仪器

学生结合所做的实验,对实验方法、实验设备等提出改进,反思实验的每个环节,找出实验过程中存在的缺陷,这些缺陷有可能是实验原理方面的也有可能是测量系统方面的,也有可能是关于实验观测手段的,鼓励学生针对存在的缺陷,自己查阅资料,自主探究,自己设计解决方案,老师在必要时作出指导。例如在做“金属线胀系数的测定”实验时有学生发现有以下不足:(1)实验加热装置为一个蒸汽发生器,高温蒸汽由上而下对金属棒加热会造成金属棒的受热不均匀,使金属棒的温度分布有个梯度,造成测量的误差;(2)蒸汽加热的温度也是固定的,不能改变变量进行多组测量以及重复试验,容易造成测量误差偏大;(3)蒸汽发生器加水不便,使用时有漏电危险。意识到这些问题之后,在老师的指导下,该学生开动脑筋,主动思考,积极地寻求解决的办法。经过多次实验,该学生设计出了一套很好的解决方案:把装置设计成“双管循环”系统,解决了金属杆加热不均匀而造成的温度分布梯度问题,可以进行多温度点的测量,减小实验的测量误差,且利用空气循环加热,方便安全。指导学生研究的“固体线膨胀系数测定仪加热系统的改进与设计”获学生研究性学习一等奖。做“薄透镜焦距的测定”实验时,必须在黑暗的非正常光强情况下进行,这给老师和同学们观察实验现象和记录实验数据带来了不便。在老师的指导下,学生申报了“平行光光源系统的设计与改进”研究性学习项目,用有色强光LED光源代替传统的平行光光源,可以在比较明亮的环境下做此光学实验,拓宽了实验光线的范围,LED光源功率较小也节省很多的能源。此项目获学生研究性学习二等奖。

1.2 尝试不同的实验方法

对某一物理量的测量,方法可能很多,这要求学生要熟知实验原理,掌握每种方法的优缺点。例如杨氏模量是工程材料的重要参数,它是描述材料刚性特征的物理量。“杨氏模量的测定”是大学物理实验基本实验项目,我们实验室用光杠杆放大法测量材料杨氏模量。光杠杆放大法属于静态加载方法,由于载荷大、加载速度慢、存在弛豫过程,不仅不能真正反映材料的内部结构的变化,且不适于测量脆性材料。有同学就创新想到用打点计时器做激发源来测量钢丝的杨氏模量,使用打点计时器,将被测钢丝一端固定,另一端自由,安装方式与打点计时器的振动片相同,当打点计时器的输出端接一交流信号时,钢丝在电磁力的作用下产生受迫振动,当满足一定的频率时钢丝产生共振,同时形成稳定的驻波。根据杨氏模E与fn,μn、的关系得出E值。实验操作方便、现象明显,不受温度和材料构成的限制,而且该方案不但可以测量圆柱形的钢丝,还可以测量截面为矩形的钢片,不存在松弛现象,能够较准确地测出材料的杨氏模量。指导学生研究的“用打点计时器做激发源测量杨氏模量”获学生研究性学习一等奖,《物理实验》上发表论文一篇[4]。

1.3 参与教师的教学研究活动

促进教学与科研的结合是培养应用型创新人才的必由之路,学生尽早介入教师的科研,可以使学生能在接近于实际科研的实验中不断提高自身的科研能力,为日后工作打下坚实基础。一些对实验感兴趣,动手能力强,愿意在实验室工作的同学,我们积极鼓励他们参与教师的教学研究活动,动手能力、科研能力得到了很大锻炼。例如04级有位同学全程参与老师的一个省级教研项目的理论设计,编程调试,仪器制作,能力得到全面提高,在《物理实验》上发表论文一篇,毕业后进行自主创业,注册成立了一个仪器开发公司,取得了较好的效益。

2 分析与思考

通过这几年研究性学习在教学中的实践探索,学生的能力得到明显锻炼,培养了学生的创新精神和实践能力,但也存在一些问题。

2.1 学生综合素质得到很大提高

研究性学习激发了学生学习的兴趣,调动了学生的学习自主性,培养了学生动手能力,团结协作和独立自主的精神,能够形成初步的科研思路,能够独立思考问题,解决研究中出现的部分问题。学生的创新精神和创新能力大大加强。

2.2 重视学分大于注重过程培养,个体差别较大

为促进素质教育的发展,加大应用型人才培养力度,学校要求学生毕业必须修满一定的素质拓展学分,但大学生的主要精力是学习课堂知识,繁重的学习任务使得他们没有足够的时间和精力参与课外研究性学习活动,尽管他们参与热情高涨,但是绝大多数学生钟情于简单容易的课题,做完后写一篇工作汇报或结题报告匆匆交差。通过研究性学习也发现同一个研究小组的几个同学素质差别较大:有的同学动手能力较强,主动思考、解决问题;有的同学能力较弱,什么也不会做,等待老师分配具体任务。这需要教师在指导学生研究性学习时加强引导,端正目的,切实把实验室作为素质能力培养的平台,踏踏实实地搞好研究性学习。

2.3 研究性学习项目总体水平不高

长期以来受“重理论,轻实践”的传统观念影响,大学生实践动手能力普遍不强;另一方面,我们的教育模式是一年级大学生学习公共基础课程,大学四年级的学生考虑就业问题比较多,大学二、三年级学生接触专业基础知识,因而大学生从事研究性学习活动时,还没有打好专业基础,不具备扎实的基本技能和高超的创新能力,科技创新素质相对低下,所以只能选择一些起点低的课题,对一些题材新颖、需要综合运用理论知识的课题往往是心有余而力不足[5];再者基础实验室的仪器设备条件也限制了高水平的项目申报。教师在指导学生申报研究性学习项目时必须拓宽思路,结合学生所学专业,利用多种创新平台,包括调研企业急需解决的技术难题,走产学研结合的道路,提高研究性学习的实用性,这样研究性学习质量会有一个很大提高。

2.4 要有一个合理的评价激励机制

现在学生申请研究性学习项目主要目的是拿素质拓展学分,学生想到研究内容联系老师或老师建议研究方向,指导老师基本是义务为学生指导学习,总体积极性普遍不高。故应设置一个合理的激励机制,这个激励机制应针对参与的学生和指导教师。对评选出的学生优秀项目予以表彰,认定创新学分,和给予一定的物质奖励,这方面学校已有相应的政策;对于研究性学习项目的指导老师也要有激励措施,给参与此项工作的老师记工作量,该工作量在教学任务、业绩考核等方面与正式课程工作量同等对待,以此鼓励更多的老师参与指导大学生的研究性学习活动。

2.5 加大实验室开放力度

研究性学习是一种开放性的学习过程[6]。主要体现在以下三个方面:一是学习内容的开放性。研究性学习的内容不限于特定的学科知识体系,而是学生自己去确定研究内容。二是学习方式的开放性。每个学生都可根据自己的兴趣和特点来进行自主学习,既可以是学生个人也可以是以学生小组集体研究的方式来进行学习。三是活动空间的开放性。研究性学习可以在课堂内进行,但更多的是走出课堂,面向社会、面向生活。我们要加大实验室开放力度,进行全方位开放,开放形式上做到时间开放、场所开放、内容开放、对象开放。设立开放创新实验室,充分发挥实验室的优势,为学生研究性学习提供便利条件。

2.6 改变传统的教学模式,采用研究性教学方法

研究性学习并非是培养天才的超常教育,也不同于偏重少数特长学生的课外活动,它面向的是全体学生。研究性教学是以学生为主体、教师为主导的一种教学模式,是教师在教学过程中运用科学研究的方式培养学生学习兴趣,激发学生的求知欲和创新欲望,形成研究、创新意识和研究、创新能力的教学。我们在实验教学中一定要改变原来的以课堂为中心、以教材为中心、以教师为中心的传统教学模式,变授受式教学为引导式、启发式、探究式教学,运用问题教学、对话教学、研讨教学、参与教学,培养学生的学习与研究能力。使教师由知识的传授者、灌输者转变为学生学习的组织者、指导者、帮助者和促进者,注重实验结果更注重实验过程。这样学生进行实验的过程也就是研究性学习的过程,教学以学生为中心,通过主动学习培养学生的研究精神、创新精神,提高学生的科学研究能力和创造力。

3 结束语

通过对研究性学习在大学物理实验教学中的探索实践,在培养学生综合素质、创新能力等方面取得了较好效果。学生会围绕着问题的解决,主动查阅文献,学会对相关知识的应用与归纳,加深对知识的理解;促进同学间的相互交流与团结协作;激发学生学习的主动性,培养大学生科研意识和创新能力,对于造就具有创新精神与应用能力的人才起到积极作用;参加过研究性学习的毕业生普遍受到用人单位好评,学生的就业竞争力大大增强。总之,研究性学习能够提高学生的多种能力,是培养具有创新精神高素质人才的一种重要方法。

[1]钱旭升.我国研究性学习的研究综述[J].教育探索,2003,(8):22-25.

[2]卫小军,雒稳娟.研究性学习在物理实验中的作用[J].陕西师范大学学报(自然科学版),2005,23(6):261-262.

[3]田中群.实验室是素质教育最重要的平台[J].实验室研究与探索,2009,28(4):1-4.

[4]赵敏福,晏鋆泓,邹俊峰,等.用打点计时器做激发源测量杨氏模量[J].物理实验,2009,29(3):30-32,35.

[5]沈剑敏,陈强,管利萍.培养大学生创新实践能力的探索和思考[J].实验室研究与探索,2009,28(10):104-106.

[6]赵晓霞.大学本科研究性学习的特征[J].现代大学教育,2006,(5):105-108.

Practicing and Thinking of Inquiry Learning in University Physics Experiment Teaching

ZHAO Min-fu,ZHANGBo,YANG Huan,DENG Shao-xia,ZOU Jun-feng
(The Center of Basic Laboratory,West A nhui University,Lu’an 237012,China)

Com bining physics experiment teaching,this paper explores how to guide students inquiry learning.The practical results show that Inquiry learning can enhance strengthen self-interest in learning,imp rove hands-on ability to discover and solve problems,enhance unity and team spirit,w hich is an effectivemeansof imp roving innovation ability.

inquiry learning;physical experiment;quality education;innovative ability

G642.0

A

1009-9735(2010)05-0049-03

2010-08-20

皖西学院教学研究重点项目(09JY02)。

赵敏福(1972-),男,安徽金寨人,副教授,硕士,研究方向:光纤光栅传感。