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摘要:
開展探究式教學有助于培養學生收集及處理信息的能力，提高學生團隊合作意識，提升學生科學探究素質及創新能力。設計性物理實驗的開設是大學物理實驗教學改革的一項重要內容。針對目前大學物理實驗教學中的問題，把探究式教學運用于大學物理設計性實驗教學，通過改革課堂教學方式、獨立應對異常情況、改進評價方法，以培養學生進行科學探究的能力和對科學探究的理解力，提高實驗教學質量，深化實驗教學改革。
關鍵詞:
探究式教學;設計性實驗;創新型人才
“大學物理實驗”作為一門高校理工科學生的必修基礎課程，能夠對學生進行科學實驗基本訓練，培養學生動手能力、理論聯系實際能力及分析解決問題能力。通過物理實驗課程的學習，可以幫助學生深入理解物理學的概念和規律，學會運用物理學知識解決問題，從而促進學生智力發展，提高學生科學素養和探究能力［1］。現在的實驗教學主要注重培養學生實驗思維方式，提高學生的科學實驗能力，并促進學生自主學習能力、動手實踐能力和科技創新能力的提高［2］。
1設計性實驗教學的現狀
現在各院校大學物理實驗教學一般實行分層次教學，要求學生先進行一定數量的基礎實驗和綜合實驗，在掌握了一定的實驗方法、具備一定的實驗能力后，針對選定題目，自行設計實驗原理和內容，完成設計性實驗。設計性實驗要求學生根據給定的實驗目的及要求，通過查閱相關參考資料，自行設計實驗方法及實驗步驟，選擇合適的實驗儀器設備，獨立完成實驗。這一階段的教學，主要側重于培養學生的實驗思維、創新意識與創造能力。一般設計性實驗的授課，教師往往集體講解幾種實驗方案，分析各種方案的優缺點。為保證學生順利完成實驗，教師一般在課堂上將各種方法中可能遇到的問題羅列出來，給出解決方案。同時為了防止學生實驗操作中出現失誤，教師會將實驗注意事項講解得很詳細，以避免實驗中各種可能發生的意外。這種教學方法占用了大量的實驗時間，而且由于以教師講述為主，學生聽講時積極性不高，往往不能集中注意力，回答問題也不積極，教學效果不好。而且，為了在實驗過程中避免錯誤操作的發生，教師將以前的實驗及教學過程中的經驗大量地灌輸給學生，限制了學生自行分析解決問題的思考過程，不利于學生新思想、新想法的產生，制約了創新型人才的培養。
2探究式教學模式
探究式教學模式中，教師在教學中設定合適的研究主題，在類似于科學研究的情境中，學生通過獨立自主地運用實驗操作、調查研究、信息搜集與處理等方法，通過交互的表達與交流等活動，獲得知識、技能、情感與態度多方面的提高，尤其有助于探究精神和創新能力的提高［3］。一般探究式教學主要包括以下基本特征:學習者圍繞問題展開探究活動;取得解釋或評價問題的相關事實依據;根據得到的依據來解釋回答問題;通過對比其他可能的解釋與觀點，對自己的解釋進行評價;表達并交流個人所提出的解釋［4－5］。通過探究式教學，能夠更好地發揮學生學習的主觀能動性，激發學生進行探討研究的興趣，讓學生真正作為學習的主體進行主動學習、自主探究，從而在探究過程中提高學生的動手實踐能力、創新能力、協同合作能力［6－8］。
3探究式教學在設計性實驗教學中的應用
在實驗教學中引入探究式教學思想，可以提高設計性實驗的課堂教學效果，從而切實發揮學生的學習主動性，提高學生實驗的積極性。
3．1課堂教學中選擇典型方案引導學生進行探究
在設計性實驗進行前，要提前給定實驗目的及要求，給學生留出充分的時間進行實驗設計，鼓勵學生廣泛閱讀參考資料，提出多種實驗方案，強調實驗方案的獨特性與創新性。教師將學生所提交的具體實驗方案匯總后，不在課堂上全部羅列出來，而是僅僅挑選個別典型案例重點集中講解。這里挑選出來的典型案例，最好不是設計的非常完美的實驗方案，可以存在一些缺點，甚至是失敗的設計。在課堂教學中，首先要求學生就此重點案例可行性進行分組討論，提出實驗原理或具體操作的改進意見，并在實驗中嘗試測量驗證，最后匯總結論，在報告中列出具體理論依據。這樣能夠很好地提高學生進行科學探究的積極性，鍛煉分析解決實際問題的能力。例如在“重力加速度的測量研究”實驗中，學生設計出來的實驗方法很多，但是許多實驗設計方案存在問題，教師選擇其中典型的“復擺法測重力加速度”實驗設計進行課堂探討。學生們經過討論，對如何消除復擺對過質心G的軸的轉動慣量在實驗測量公式中的影響，以求出等效擺長，有學生提出只需改變兩次質心到轉軸距離即可消除，教師引導學生探究此方法的適用條件，可給出時間讓學生嘗試進行測量，發現周期與擺長的非線性關系，導致等效擺長不可求得。這時學生會自發嘗試其他解決辦法，提出利用復擺的共軛特性來間接測量等效擺長，也有學生提出通過曲線化直的方法圖解求出結果。教師不必在課堂上帶領學生尋找誤差較小的方法，可令學生自行實驗，分析實驗結果，形成數據評價，再提出修正與改進意見。
3．2引導學生獨立應對異常狀況
在課堂教學中，教師只需強調一些嚴格禁止進行的操作，以保障實驗儀器不被損壞，其他的實驗中有可能發生的錯誤，不要過多提示。學生只有在實驗過程中遇到異常情況，才能學會分析儀器故障產生原因或發現實驗方法錯誤，進而提出維修意見或改進實驗方法。這種在改錯過程中進行的學結，挑戰性高，自主性強，學生印象深刻，學習效果大大強于教師的反復強調。所以教師不妨放手讓學生去做，只在旁邊擔任一個“引導員”的角色，在學生遇到實在無法解決的困難時，提供一些意見建議，或者給出一些參考資料，使學生自行通過分組討論、資料查詢等方法解決問題。例如在“重力加速度的測量研究”實驗中，選擇自由落體法測量重力加速度時，兩計時光電門間距的測量準確度很大地影響了實驗結果。而這一距離由于儀器設備的制作工藝，造成儀器直接讀數偏差較大。學生通過反復糾正個人讀數方法，也不能很好地減小讀數誤差。教師可引導學生考慮其它測量工具，促使學生尋求更好的測量方法或測量方式，以提高實驗的準確度。
3．3采取過程評價激發學生探究積極性
進行探究式教學，要求對學生知識學習過程的評價采取過程評價，不能只對學習結果進行測試。探究式教學強調要發揮實驗課在提高學生創新思維及創造能力上的真正價值。我們實驗課的評價方式，也不能僅看學生的實驗報告與實驗結果，要多關注學生的實驗過程，不僅評價學生的實驗操作，也要對學生在實驗中相關問題的發現與解決方法，尤其是學生對實驗過程的自我評價與總結，都是重點考查的要點。這種考核方法下，學生如果實驗結果不準確甚至實驗失敗，不一定就拿不到高分。這樣能夠更好地激發學生實驗興趣，提高他們探究問題和創新思考的積極性。例如在單擺法測量重力加速度的實驗中，有學生提出，單擺擺球受重力和拉力兩個力共同作用，它們的合力究竟是在水平方向還是沿切線方向?教材上為什么認為是水平方向?教師不要急于直接給出答案，而是鼓勵學生通過功能關系自行推導計算合力公式，分析實驗結果受到合力與運動方向的夾角的影響，并真正操作實踐，然后分析實驗結果產生偏差的原因，使學生自行體會實驗模型的近似條件與適用范圍，從中學習到對實驗模型簡化處理的相關方法原則［9－12］。
4結語
在設計性實驗中引入探究性教學，有利于激發學生學習興趣，發揮學生的主觀能動性，促進學生團隊合作精神的養成，更有利于學生科學研究能力和創新能力的提高，進而真正提升學生科學素養，培養學生的探究精神，使之成長為與時代相適應的創新型人才。
作者：劉曉彬 單位：中國人民武裝警察部隊學院基礎部
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