導(dǎo)語：如何才能寫好一篇靜電場的描繪，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

[關(guān)鍵詞]靜電場描繪儀改進(jìn)

靜電場描：繪實(shí)驗(yàn)是高等院校普遍開設(shè)的一個(gè)基本的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹苯訙y量靜電場會(huì)因測量儀器的介入導(dǎo)致原靜電場發(fā)生畸變而對(duì)其測量帶來很大的困難，而穩(wěn)恒電流場在導(dǎo)體中的分布規(guī)律和真空中靜電場電勢的分布規(guī)律完全相似。因此，通常是用穩(wěn)恒電流場來模擬靜電場，稱這種方法為模擬法描繪靜電場。

傳統(tǒng)的靜：電場描繪實(shí)驗(yàn)裝置中，電極之問的導(dǎo)電介質(zhì)通常用導(dǎo)電紙。目前，也有不少裝置采用水來代替導(dǎo)電紙，但這兩種方法均存在一系列的缺陷，導(dǎo)致描繪誤差太大，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效果。

針對(duì)以上兩種介質(zhì)存在的問題，我們對(duì)靜電場描繪儀作了改進(jìn)：以鍍有ITO膜的導(dǎo)電玻璃作為電極之間的導(dǎo)電介質(zhì)，采用雙層探針直接記錄各等勢點(diǎn)坐標(biāo)，通過描點(diǎn)的方法來描繪電場。我們對(duì)改進(jìn)后的靜電場描繪儀進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，效果很理想。

一、理論依據(jù)

導(dǎo)電介質(zhì)中穩(wěn)恒電流場和真空中靜電場的電勢都滿足拉普拉斯方程。給定邊值的拉普拉斯方程有唯一解，如果這兩種處于相同的邊值條件下，則它們的解是相同的。因而，可以用均勻?qū)щ娊橘|(zhì)中的電流場來模擬真空中具有相應(yīng)分布的靜電場。

兩個(gè)通以穩(wěn)恒電流的同心圓環(huán)電極可以用來模擬兩個(gè)帶等量異號(hào)電荷的無限長同軸圓柱面問的電場分布。很容易證明在這種情況下有式中a，b分別為內(nèi)外圓環(huán)電極的半徑，Ua為兩極間的電勢差，u為穩(wěn)恒電流場中距圓心r處的電勢。

二、傳統(tǒng)的描繪儀及其存在的缺陷

傳統(tǒng)的靜電場描繪儀如圖所示，一般有兩種做法一種是采用涂有石墨的導(dǎo)電紙作為電介質(zhì)，通過探針和定位針，實(shí)現(xiàn)定量記錄和數(shù)據(jù)分析，另一種是用水來代替導(dǎo)電紙作電介質(zhì)，方法是在一個(gè)透明的有機(jī)玻璃水槽中固定電極，然后在水槽中裝上適量的水，放到實(shí)驗(yàn)架的下層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。1．前一種描繪儀存在的缺陷

(1)導(dǎo)電紙上導(dǎo)電薄層涂得不均勻，導(dǎo)電紙電阻在各個(gè)方向均勻性較差，這樣電流場分布與被模擬靜電場分布不完全一樣，使得實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，重復(fù)性較差。

(2)電極與導(dǎo)電紙的接觸不均勻以及探針與導(dǎo)電紙的接觸因人次數(shù)而異，使得接觸電阻不穩(wěn)定，影響描繪結(jié)果。

(3)測量時(shí)，探針在導(dǎo)電紙點(diǎn)接觸移動(dòng)且重復(fù)接觸，使得導(dǎo)電紙破損，這樣一方面直接影響導(dǎo)電紙的導(dǎo)電性能，影響實(shí)驗(yàn)效果，另一方面影響導(dǎo)電紙的使用壽命，頻繁更換導(dǎo)電紙，加大實(shí)驗(yàn)成本。

由于存在這些缺陷，所以用此描繪儀測得的結(jié)果誤差比較大，模擬靜電場的效果不是很理想。是用一張全新的導(dǎo)電紙作為電介質(zhì)模擬的結(jié)果。若為反復(fù)使用過的導(dǎo)電紙，誤差更大。

2．后一種描繪儀存在的缺陷

以水作為電介質(zhì)可以減少導(dǎo)電紙電介質(zhì)的不足，但由于水自身的特點(diǎn)，不可避免存在以下的缺陷：

(1)水是弱電解質(zhì)，在外加直流電源的作用下，電解產(chǎn)生氫氣和氧氣，這些氣體以氣泡的形式附在電極表面。這樣，一方面使得內(nèi)、外電極表面區(qū)域偏離模擬條件，另一方面氧氣會(huì)使陽極表面氧化，覆蓋在電極上的氧化層與水的電阻率不同，影響模擬效果。再者，未電解的離子也會(huì)產(chǎn)生與外電壓方向相反的電壓來破壞模擬條件。

(2)水是有極分子，在外電場作用下產(chǎn)生位移極化和取向極化。兩種極化都使得內(nèi)外電極表面出現(xiàn)束縛電荷，束縛電荷要在水介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生與外電場方向相反的附加電場，因此破壞了模擬條件。

(3)每次實(shí)驗(yàn)都要更換水槽中的水，且水槽中水的多少還影響模擬的效果，這樣給學(xué)生實(shí)驗(yàn)帶來極大的不方便。

因此，用水作為電介質(zhì)來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)也不是很理想。

三、改進(jìn)的描繪儀及其優(yōu)點(diǎn)

針對(duì)上述傳統(tǒng)描繪儀的缺陷，我們對(duì)傳統(tǒng)靜電場描繪儀作了一些改進(jìn)。我們的做法是選用合適的鍍有ITO膜的導(dǎo)電玻璃來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的導(dǎo)電紙或水，將其作為兩電極問的電介質(zhì)。我們選用的這種電介質(zhì)和傳統(tǒng)的兩種電介質(zhì)相比，至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1．ITO膜導(dǎo)電層是采用真空鍍膜技術(shù)形成的，表面均勻性和電阻均勻度均較好，模擬條件良好，提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

2．ITO膜導(dǎo)電層耐磨性好，不會(huì)因?yàn)楹吞结樀姆磸?fù)接觸而被破壞，這樣既提高了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性，又避免了頻繁更換實(shí)驗(yàn)耗材，延長了儀器的使用壽命，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本。

3．用ITO膜的導(dǎo)電玻璃代替水作為電介質(zhì)，可以完全克服水的缺點(diǎn)，達(dá)到最佳的模擬條件。

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關(guān)鍵詞：電勢 無窮遠(yuǎn)點(diǎn) 電勢零點(diǎn)

一、靜電場電勢零點(diǎn)選擇的任意性

電勢是一個(gè)相對(duì)量，孤立地談某點(diǎn)電勢的高低和正負(fù)是沒有意義的。只有相對(duì)于確定的參考點(diǎn)（零點(diǎn)），它才有確定的物理意義。參考點(diǎn)不同，電勢發(fā)生相應(yīng)的變化，根據(jù)電勢的定義：

參考點(diǎn)從P0變?yōu)镻'，各點(diǎn)的電勢雖然改變了一個(gè)常數(shù) ，但不影響電場分布。從幾何描述上看，靜電場的等勢面描繪了電勢的空間分布。選取不同的電勢零點(diǎn)，只是使電勢的等勢面所標(biāo)注的數(shù)值有所改變而已。電勢的等勢面的形狀、間隔、等勢面法線方向的空間變化率并不改變，他們描述的是同一個(gè)靜電場。因此，靜電場電勢零點(diǎn)的選擇，從原則上講是任意的。

點(diǎn)電荷的電勢，若選無窮遠(yuǎn)處為零點(diǎn)，則電勢可表示為：

二、電勢零點(diǎn)選取的一般方法

第一，在點(diǎn)電荷的電場中，不能選點(diǎn)電荷所在位置為電勢零點(diǎn)。若選r=0處為電勢的零點(diǎn)，則：，將導(dǎo)致在r≠0的任意區(qū)域電勢都為無窮大。電場中各點(diǎn)的電勢都為無窮大，描述電場的性質(zhì)也就失去了意義。

第二，對(duì)電荷分布在有限區(qū)域的帶電體，可以看成有限區(qū)域內(nèi)許多電荷元的集合，每個(gè)電荷元可以等效為一個(gè)點(diǎn)電荷。由點(diǎn)電荷的電勢可以知道：在距點(diǎn)電荷較近的地方，電場比較強(qiáng)，電勢變化劇烈，在距點(diǎn)電荷較遠(yuǎn)的地方，電場比較弱，電勢變化緩慢，當(dāng)場點(diǎn)距離點(diǎn)電荷足夠遠(yuǎn)時(shí)，電場趨近零，電勢恒定。對(duì)電荷分布在有限區(qū)域的帶電體而言，電場有類似的性質(zhì)。因此，一般情況下，將無限遠(yuǎn)點(diǎn)設(shè)為零電勢點(diǎn)，既普遍適用又可以使電勢的表達(dá)式簡潔。

第三，對(duì)電荷分布在無限區(qū)域的帶電體，一般情況下不能選無限遠(yuǎn)為零電勢點(diǎn)，否則會(huì)導(dǎo)致空間各點(diǎn)電勢不確定。一般說來，只有當(dāng)電場強(qiáng)度E隨場點(diǎn)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離r增大而不斷減弱，E∝r-n，并且減弱得比較迅速（滿足n>1的條件）時(shí)，才能選無限遠(yuǎn)處為零電勢點(diǎn)。

因此，對(duì)電荷分布在無限區(qū)域的帶電體，零電勢點(diǎn)通常選在有限遠(yuǎn)。

第四，導(dǎo)體接地時(shí)，以大地為電勢零點(diǎn)。

三、不同的電勢零點(diǎn)的電勢如何疊加

例如，均勻外場E0中放入一個(gè)點(diǎn)電荷q，如圖1所示。均勻電場的電勢為U1，選原點(diǎn)為均勻電場的零電勢點(diǎn)，則θ；點(diǎn)電荷的電勢為U2，若選無窮遠(yuǎn)為點(diǎn)電荷的零電勢點(diǎn)，則；合電場的電勢，通常表示為

對(duì)于任何靜電場，無論電勢零點(diǎn)如何，電勢表達(dá)式中，與變量有關(guān)的函數(shù)項(xiàng)的形式總是一定的。零點(diǎn)不同，電勢不同，但它們只相差一個(gè)常數(shù)。零點(diǎn)的變化，只會(huì)影響電勢表達(dá)式中的常數(shù)項(xiàng)。點(diǎn)電荷電場電勢隨空間變化的規(guī)律取決于，均勻電場的電勢取決于θ，合電場的電勢變化規(guī)律取決于θ+q/（4πε0r），電勢零點(diǎn)的變化，只改變U0的取值。在（1）式中U1 U2 的相加才是合理的。

電勢曲線如圖2所示，點(diǎn)電荷電場的電勢曲線①，均勻電場的電勢曲線②（此時(shí)取θ=0）。電勢零點(diǎn)的變化，只會(huì)使電勢曲線沿縱軸上下平移，并不改變電勢曲線的形狀，也不會(huì)改變曲線①②的相對(duì)位置。疊加以后，曲線①和曲線②合成的曲線③，曲線③表示了合電勢的變化規(guī)律。電勢零點(diǎn)的變化對(duì)曲線③而言也只能使其沿縱軸上下平移，而不會(huì)改變其形狀。

疊加以后，對(duì)合成的電場，零電勢點(diǎn)既不能選r=0 處，也不能選r=∞處，否則電場中任意點(diǎn)的電位都為無窮大。這一點(diǎn)可從（1）式或圖中曲線③都可直接看出。除了上述限制以外，電場中任意點(diǎn)都可選為零點(diǎn)。而零點(diǎn)一經(jīng)選定，常數(shù)U0的取值也就隨之確定，如，若選r=r0，θ=0的A點(diǎn)為零電勢點(diǎn)，則。

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一、用類比法理解物理概念和規(guī)律

在中學(xué)物理中，有不少物理概念和規(guī)律存在著很大的相似性．在教學(xué)中，可引導(dǎo)學(xué)生用類比方法把類似的知識(shí)進(jìn)行比較、對(duì)照，從而較快地接受新知識(shí)．例如在電場強(qiáng)度、磁感應(yīng)強(qiáng)度、電容這三個(gè)概念定義的教學(xué)中，只要在電場強(qiáng)度一節(jié)的教學(xué)中能讓學(xué)生建立起牢固、正確、全面的概念定義，就能使其對(duì)后兩個(gè)概念定義的學(xué)習(xí)起到舉一反三的作用. 電場強(qiáng)度的定義式為E=，必須讓學(xué)生理解電場強(qiáng)度是描述電場性質(zhì)的物理量，放入電場中的試探電荷受到的力F與試探電荷量q成正比，電場強(qiáng)度E由本身電場性質(zhì)決定，與試探電荷無關(guān). 在此基礎(chǔ)上，學(xué)生學(xué)習(xí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=（IB）和電容器的電容C=時(shí)，就能運(yùn)用類比的方法，找到它們的共性，觸類旁通．

又如在“電勢能”一節(jié)的教學(xué)中，可將重力場和靜電場進(jìn)行類比來講解：物體在重力場中具有重力勢能，體現(xiàn)了物體在重力場中受到萬有引力作用，所以重力勢能與重力做功密切相關(guān)；重力對(duì)物體做正功，重力勢能減少；重力對(duì)物體做負(fù)功，重力勢能增加，重力勢能的變化量總是等于重力對(duì)物體做功的大?。c此類似，電荷在電場中也具有勢能，叫做電勢能，體現(xiàn)了電荷在靜電場中受到電場力的作用，所以電勢能與電場力做功密切相關(guān)；電場力對(duì)電荷做正功，電勢能減少；電場力對(duì)電荷做負(fù)功，電勢能增加，電勢能的變化量總是等于電場力對(duì)電荷所做功的大小．由此引入了電勢能的概念，并研究電場的部分性質(zhì)．此外，還有電場與磁場的描繪、電壓與水壓的比較、容抗和感抗的類比，物理微粒的波粒二象性的對(duì)比等等．通過運(yùn)用類比方法，大大地增加了教與學(xué)的雙邊活動(dòng)，更有利于學(xué)生形成概念、掌握規(guī)律．

二、用類比法記憶物理量

有些物理量的含義不易理解和記憶，為了幫助學(xué)生理解，可以采用類比方法．例如，將公式R=ρ和f=μN(yùn)中的兩個(gè)物理量ρ與μ類比；將公式Q=Cmt和F=Kx中的C（比熱）與K（勁度系數(shù)）的物理意義進(jìn)行類比，有助于學(xué)生理解新知識(shí)，鞏固舊知識(shí)．

對(duì)于一些抽象難懂的知識(shí)，可通過類比方法，發(fā)揮學(xué)生的形象思維，把某些物理現(xiàn)象或過程具體化、形象化，使抽象的理念知識(shí)更貼近生活，讓學(xué)生易于理解、掌握．例如在電路的教學(xué)中，可用暖氣裝置來類比電路，即用供熱房、水流、水壓、水管、暖氣片、控制閥來類比電源、電流、電壓、電路、用電器、電鍵等．又如，圖形1所示的電路中，A、B兩燈泡串后，再用一根導(dǎo)線將其中一個(gè)燈泡B短路，問為什么被短路的燈泡B不亮？這時(shí)，教師可啟發(fā)學(xué)生用類比方法來解釋：當(dāng)兩根水管分流時(shí)，一根水管對(duì)水阻礙很大，另一根對(duì)水的阻礙很小，問水流向哪根管子．學(xué)生會(huì)立即回答：大部分水流從后一根管子流過．然后再類比圖1，學(xué)生便會(huì)很快認(rèn)識(shí)到大部分電流從短路導(dǎo)線中流過，致使燈泡B不亮．

三、用類比法解題

學(xué)生在解題的過程中，碰到新模型時(shí)，往往束手無策，若應(yīng)用類比方法，把其還原為舊模型，便可迎刃而解．例如下面一道題：如圖2所示，靜止在光滑水平面上已充電的平行板電容器的極板間距離為d，右板上有一小孔、電容器固定在一絕緣底座上，總質(zhì)量為M.有一質(zhì)量為m的帶電鉛丸對(duì)準(zhǔn)小孔水平向左運(yùn)動(dòng)（重力不計(jì)），鉛丸進(jìn)入電容器后，距左板的最小距離為，求此時(shí)電容器已移過的距離．

此題表面上是電學(xué)題，其實(shí)基本原型仍是力學(xué)中的木塊在長木板上滑動(dòng)，但其演繹到電學(xué)后，增強(qiáng)了思維力度，涉及的知識(shí)點(diǎn)更有助于考查學(xué)生的應(yīng)變能力．

四、用類比法進(jìn)行內(nèi)容復(fù)習(xí)

類比式教學(xué)對(duì)章節(jié)復(fù)習(xí)、板塊復(fù)習(xí)也有較大的作用，在復(fù)習(xí)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相似的概念、規(guī)律進(jìn)行類比，可以進(jìn)一步掌握知識(shí)之間的聯(lián)系和區(qū)別，使知識(shí)整體化、系統(tǒng)化，對(duì)物理概念、規(guī)律有更深刻的認(rèn)識(shí)和理解．例如在復(fù)習(xí)能量和動(dòng)量時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生做如下類比：

（1）能量部分

功：W=FS，是過程量，是力對(duì)空間的累積．

v要相于對(duì)同一個(gè)慣性系；功、能都是標(biāo)量，用代數(shù)運(yùn)算法則運(yùn)算．

（2）動(dòng)量部分

沖量：I=Ft ，是過程量，是力對(duì)時(shí)間的累積．

動(dòng)量：p=mv，是狀態(tài)量．

動(dòng)量定理：Ft=mv1-mv0（沖量等于物體動(dòng)量的增量）．

動(dòng)量守恒定律：m1v1+m2v2=m1v1′+m2v2′（對(duì)兩個(gè)相互作用物體系統(tǒng)）．

守恒條件：F合外=0．

應(yīng)取同一個(gè)慣性系；沖量、動(dòng)量都是矢量，用矢量運(yùn)算法則運(yùn)算．

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美普遍存在于物質(zhì)和精神世界中。物理學(xué)是研究物質(zhì)世界的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)及其變化規(guī)律的科學(xué)，是自然科學(xué)的重要組成部分，研究范圍大到宇宙天體，小到微觀粒子。一句話，是反映我們身邊這個(gè)世界的科學(xué)。物理之美表現(xiàn)在物理現(xiàn)象、科學(xué)原理和研究精神等幾方面。

1　物理現(xiàn)象之美

晝夜交替、日月同輝、海市蜃樓、彩虹繽紛、回聲繞梁、水光倒影，這些現(xiàn)象給人們展現(xiàn)了大自然的浪漫之美。臺(tái)風(fēng)、海嘯、地震、火山噴發(fā)給人類造成巨大災(zāi)難，從人文道德角度看，它們是丑陋的惡魔，除了令人恐懼和憎惡，沒有給人任何美感。然而，從物理的角度上看，它們卻是一種讓人敬畏的美麗，是巨大的能和力的爆發(fā)，是一種大自然的震撼之美。人類生產(chǎn)與生活的每一次革命性的飛躍，都與物理規(guī)律的重大發(fā)現(xiàn)和物理技術(shù)的應(yīng)用密切相關(guān)。人類進(jìn)入工業(yè)社會(huì)以來，先后出現(xiàn)了三次意義深遠(yuǎn)的偉大變革，從而推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，影響和改變了人們的生活方式。這三次工業(yè)革命分別以18世紀(jì)蒸汽機(jī)的發(fā)明、19世紀(jì)初發(fā)電機(jī)的發(fā)明和20世紀(jì)中葉電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明為重要標(biāo)志，物理原理在科技、生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，體現(xiàn)了人類智慧所創(chuàng)造的物理現(xiàn)象現(xiàn)實(shí)之美。

2　物理科學(xué)之美

自然界紛繁復(fù)雜的物質(zhì)之間相互作用，相互依存，遵循各自的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，形成有序、協(xié)調(diào)、對(duì)稱、統(tǒng)一的整體，顯現(xiàn)出自然規(guī)律的和諧美。描述這些自然規(guī)律的物理理論，則相對(duì)應(yīng)的體現(xiàn)了物理科學(xué)之和諧美。天體運(yùn)動(dòng)理論、熱力學(xué)定律、分子擴(kuò)散理論、光的波粒二象性描繪了物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的有序性；質(zhì)量、能量、電量守恒體描繪了協(xié)調(diào)統(tǒng)一性；圓周運(yùn)動(dòng)、簡諧運(yùn)動(dòng)、拋體運(yùn)動(dòng)描繪了運(yùn)動(dòng)時(shí)間對(duì)稱性；電荷、磁極描繪了性質(zhì)的對(duì)稱性。

愛因斯坦曾經(jīng)描述說，物理學(xué)是至善至美的科學(xué)，他還特別把物理的美歸納為“簡單、和諧、完善、統(tǒng)一”。歷史上的科學(xué)家更多是把自己所發(fā)現(xiàn)的科學(xué)規(guī)律描繪得美不勝收。物理科學(xué)美體現(xiàn)在其簡單性、和諧性、完善性和統(tǒng)一性中。牛頓也曾經(jīng)說：“把簡單的事情考慮得很復(fù)雜，可以發(fā)現(xiàn)新領(lǐng)域；把復(fù)雜的現(xiàn)象看得很簡單，可以發(fā)現(xiàn)新定律”。物理中各種各樣物理模型的建立和方法的運(yùn)用，變復(fù)雜為簡單，簡潔合理地概括出物質(zhì)及其運(yùn)動(dòng)的某一特征，體現(xiàn)出物理科學(xué)的簡潔之美。

3　科學(xué)精神之美

求美是物理學(xué)家研究物理學(xué)的動(dòng)機(jī)，許多科學(xué)家研究物理學(xué)的動(dòng)力就是來自于對(duì)美的追求。如愛因斯坦說：“照亮我的道路，并且不斷給我新的勇氣去愉快正視生活的理想，是善、美和真。”科學(xué)研究的道路是艱辛而漫長的，正是一種求真、求善、求美的精神，支持著科學(xué)家耗費(fèi)畢生精力，為追求真理而勇敢探索，無私奉獻(xiàn)。如布魯諾為宣傳日心說而被教會(huì)燒死；伽利略為維護(hù)哥白尼學(xué)說而被終身監(jiān)禁；居里夫人為科學(xué)而終生視苦為樂等，體現(xiàn)了科學(xué)精神之美。

二、在物理教學(xué)中體現(xiàn)美

展示物理美的目的，不僅僅是為了讓學(xué)生想像和認(rèn)識(shí)物理科學(xué)之美，更重要的是，要通過美的教育，培養(yǎng)學(xué)生的審美能力和審美情趣，將對(duì)美的認(rèn)識(shí)，轉(zhuǎn)化為追求美、發(fā)現(xiàn)美和創(chuàng)造美的自覺行動(dòng)。對(duì)科學(xué)美的審美能力產(chǎn)生的基礎(chǔ)，是學(xué)生對(duì)物理知識(shí)學(xué)習(xí)所抱的態(tài)度，激起學(xué)生對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣是培養(yǎng)學(xué)生審美能力的前提。物理科學(xué)的美往往不能僅靠視覺辨析，更要靠心智去體驗(yàn)。因此，在教學(xué)中要?jiǎng)?chuàng)造機(jī)會(huì)，讓學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)踐，去發(fā)現(xiàn)和探索物理科學(xué)之美。

比如在學(xué)習(xí)高中教學(xué)《萬有引力》時(shí)，可以參考各種衛(wèi)星、行星、恒星的數(shù)據(jù)，描繪人類從天圓地心說走向太陽中心說，然后再認(rèn)識(shí)到太陽系的各個(gè)行星在銀河中沿一條美麗的曲線運(yùn)動(dòng)的歷史，進(jìn)一步以萬有引力所引發(fā)的橢圓軌道和圓軌道的美，激發(fā)學(xué)生探索這些美的科學(xué)規(guī)律和源泉，使學(xué)生對(duì)這些知識(shí)有更深的理解，感受到人類探索“真”與“美”的科學(xué)精神之美。

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

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

一、引言

數(shù)學(xué)物理方程是人們對(duì)一些物理規(guī)律、物理過程和物理狀態(tài)進(jìn)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(shí)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(shí)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(yuǎn)目標(biāo)是訓(xùn)練學(xué)生的數(shù)學(xué)思維及運(yùn)用數(shù)學(xué)工具解決實(shí)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(shí)進(jìn)行了進(jìn)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(duì)教學(xué)手段進(jìn)行改革。通過對(duì)數(shù)理方程以往教學(xué)情況的實(shí)際調(diào)研來看，學(xué)生們對(duì)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(diǎn)：（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(duì)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(huì)的知識(shí)，只是學(xué)生的主觀能動(dòng)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(jì)能夠用數(shù)理方程中三類典型偏微分方程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的實(shí)際物理或者專業(yè)實(shí)驗(yàn)，然后進(jìn)行相關(guān)物理量的測量、分析，同時(shí)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)軟件仿真等工作，并將其實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為平時(shí)分重要參考。經(jīng)過近兩屆學(xué)生的實(shí)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(jìn)一步參加了數(shù)學(xué)建模比賽、物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃等，取得了良好的教學(xué)效益。

二、數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、特點(diǎn)和作用

開授數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)課的目的就是引導(dǎo)學(xué)生以研究、分析、解決實(shí)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(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛻?yīng)用計(jì)算機(jī)解決相關(guān)專業(yè)問題的能力。相對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)理方程教學(xué)而言，數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)教學(xué)有三個(gè)新特點(diǎn)：（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(shí)驗(yàn)則更多地強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，以課外實(shí)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(shí)驗(yàn)針對(duì)具體問題進(jìn)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(shí)踐來理解理論。（3）每個(gè)數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容具有相對(duì)的獨(dú)立性，可以將數(shù)學(xué)、物理、專業(yè)知識(shí)、計(jì)算機(jī)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(yùn)用的知識(shí)，如非線性方程、小波變換、積分方程等。數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)際物理實(shí)驗(yàn)（或者專業(yè)實(shí)驗(yàn)）、數(shù)學(xué)建模，以及計(jì)算機(jī)仿真三者融為一體，最后形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。因此數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有以下三個(gè)方面的作用。

1.激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。在數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生們需要尋找滿足波動(dòng)方程、輸運(yùn)方程或者恒定場方程的實(shí)例，并進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)測量、計(jì)算、仿真過程中逐步取得的成功，學(xué)生們對(duì)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(dòng)地去研究、計(jì)算機(jī)編程計(jì)算專業(yè)課中的各種問題。

2.促進(jìn)了學(xué)生的自學(xué)、編程和書面表達(dá)等多方面能力的提高，真正提高了學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦能力。因?yàn)橐幊糖蠼鈹?shù)理方程，首先要理解、掌握相關(guān)數(shù)學(xué)知識(shí)，這就迫使他們查閱、學(xué)習(xí)相關(guān)資料，并下意識(shí)地對(duì)教師所講解的數(shù)學(xué)知識(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈關(guān)注，畢竟“社會(huì)需要是科技發(fā)展的最大動(dòng)力”。而撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的書面表達(dá)能力、邏輯思維能力很有助益。通過將實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)與理論計(jì)算結(jié)果、計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果進(jìn)行比較，學(xué)生們更加感性地接受了理論指導(dǎo)實(shí)踐，實(shí)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(shí)。通信、電子類專業(yè)一般都會(huì)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(shí)，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(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，再結(jié)合數(shù)學(xué)建模的思想去完成數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)。這樣不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課時(shí)輕松自如，還會(huì)刺激他們思考實(shí)驗(yàn)過程中碰到的各種問題。

三、數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)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(dòng)方程、輸運(yùn)方程和恒定場方程為數(shù)學(xué)模型的物理實(shí)驗(yàn)和專業(yè)實(shí)驗(yàn)的案例，下面分別介紹一二。

1.波動(dòng)方程實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)的案例，例如均勻傳輸線方程即可以作為波動(dòng)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(bào)方程。對(duì)于時(shí)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(shí)諧傳輸線波動(dòng)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(dòng)方程。

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。

有條件的高校可用網(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(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行上述微波電路的仿真，具體實(shí)驗(yàn)和仿真可參考文獻(xiàn)[5-7]。最后要求將數(shù)學(xué)模型求解的結(jié)果、實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果、仿真軟件計(jì)算結(jié)果放在同一表格或者同一張圖中進(jìn)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(shí)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

另外，兩端固定均勻弦的微小橫振動(dòng)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(jìn)行振動(dòng)模擬，然后數(shù)碼攝像機(jī)進(jìn)行拍攝紀(jì)錄，通過計(jì)算機(jī)處理得到其橡皮筋任意一點(diǎn)在任意時(shí)刻的位移，并與Matlab編程計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jī)連拍功能獲取不同時(shí)刻水波振動(dòng)狀態(tài)，可與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較。學(xué)生通過這些實(shí)驗(yàn)不僅理解了方程的含義、求解方法，還學(xué)會(huì)了如何用這些實(shí)驗(yàn)來測量弦的密度、波的傳播速度等重要物理參量。

2.輸運(yùn)方程實(shí)驗(yàn)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(kuò)散方程（或稱輸運(yùn)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(kuò)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(shí)驗(yàn)，所需儀器主要有FB-202型氣體導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、溫度計(jì)、氣壓計(jì)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(gè)沿徑向分布的溫度梯度，由于熱傳導(dǎo)，鎢絲溫度下降，本實(shí)驗(yàn)用熱線恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)來維持鎢絲溫度恒為T1。如對(duì)其進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，得其輸運(yùn)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(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，再用Matlab或Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后與理論模型計(jì)算值進(jìn)行比較，最后進(jìn)行誤差分析，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。通過此實(shí)驗(yàn)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(duì)輸運(yùn)方程的理解，還學(xué)會(huì)了如何使用數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)學(xué)生今后的學(xué)習(xí)很有裨益。

3.恒定場方程實(shí)驗(yàn)示例。一般高校的普通物理實(shí)驗(yàn)室都開設(shè)靜電場描繪實(shí)驗(yàn)，使用實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)中打點(diǎn)得到的電位分布圖進(jìn)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(jì)算機(jī)仿真軟件的應(yīng)用。此實(shí)驗(yàn)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(jìn)行分離變量法，從而對(duì)Sturm-Liuville本征值問題有更深刻的認(rèn)識(shí)。

總的來說，數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)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(shí)和求解方法，然后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行相關(guān)物理、或者專業(yè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、測量，并根據(jù)物理規(guī)律分析這些實(shí)驗(yàn)的物理原型，建立起數(shù)學(xué)模型，再由學(xué)生自己進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程計(jì)算或利用現(xiàn)有商業(yè)軟件進(jìn)行仿真，最后通過觀察、比較數(shù)學(xué)模型理論結(jié)果、實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)軟件仿真結(jié)果，進(jìn)行總結(jié)，完成數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)的同時(shí)，應(yīng)比以往任何時(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)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(shí)、專業(yè)知識(shí)、數(shù)學(xué)知識(shí)，以及計(jì)算機(jī)應(yīng)用結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)、實(shí)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(jì)數(shù)理方程實(shí)驗(yàn)得到啟發(fā)，進(jìn)一步參加了數(shù)模競賽、物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新競賽、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)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(shí)驗(yàn)反過來對(duì)物理實(shí)驗(yàn)、專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也有借鑒意義。

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[9]胡成華，史玲娜，周平，等.大學(xué)物理與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程“三位一體”教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J].物理與工程，2012，22（4）：55-58.

篇6

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)介于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)與實(shí)際科學(xué)實(shí)驗(yàn)之間，是在學(xué)生完成一定數(shù)量的基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性及綜合性實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)的全過程進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)課題。實(shí)驗(yàn)課題一般由實(shí)驗(yàn)中心綜合考慮教師的意見后提出，由實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)條件。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方法實(shí)施的可能性、適用條件、實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確程度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)條件，推證理論，選擇相對(duì)完善的實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)方案確定之后，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案的原理和實(shí)驗(yàn)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(jià)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)誤差的方法，以提高實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，如進(jìn)行“簡諧振動(dòng)的研究”、“設(shè)計(jì)和組裝熱敏電阻溫度計(jì)”、“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(jì)要求較高的實(shí)驗(yàn)。這樣，按照實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成不同的階段，構(gòu)建從易到難、從基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)到綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、從實(shí)驗(yàn)知識(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)課程新體系，以滿足不同專業(yè)、不同知識(shí)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(shí)代，物理實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)教學(xué)體系。要使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)，做到與時(shí)俱進(jìn)，教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)把握課程前沿，有意識(shí)地增加一些應(yīng)用性或涉及現(xiàn)代高新技術(shù)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如太陽能電池技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(hào)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(shí)和內(nèi)容，增加與“諾貝爾物理獎(jiǎng)”相關(guān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容中，及時(shí)反映學(xué)科最新進(jìn)展，激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與其他自然科學(xué)相互滲透，有了越來越多的交叉點(diǎn)。物理實(shí)驗(yàn)課程不僅是理工科學(xué)生進(jìn)行后續(xù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(duì)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(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，這些體現(xiàn)物理理論在其他專業(yè)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能使學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)中充分感受到物理科學(xué)在實(shí)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(dòng)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(shí)驗(yàn)教學(xué)是地質(zhì)專業(yè)的特有實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(duì)地質(zhì)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行偏光顯微鏡組裝的教學(xué)實(shí)踐中，可以把專業(yè)課和實(shí)驗(yàn)課強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)加以整合，在傳統(tǒng)顯微鏡組裝實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合光線的偏振原理，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行加深和擴(kuò)展，增加組裝偏光顯微鏡的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)于環(huán)境科學(xué)專業(yè)而言，應(yīng)根據(jù)其專業(yè)特點(diǎn)，增加環(huán)境噪聲的測量實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)操作技能訓(xùn)練的同時(shí)，加深對(duì)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(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)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(shí)驗(yàn)室

廢舊儀器實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室提供的物質(zhì)和空間資源，集中已老化報(bào)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(jì)算機(jī)，設(shè)立廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室。廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室是物理實(shí)驗(yàn)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(duì)實(shí)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(duì)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(dòng)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(jìn)行實(shí)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(shí)驗(yàn)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(jì)小制作，動(dòng)手拆卸出廢舊家電、儀器設(shè)備中的有用部分，對(duì)各部分進(jìn)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(dòng)手、動(dòng)腦的活動(dòng)中體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的興趣、成功的快樂，這樣的體驗(yàn)?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(duì)儀器進(jìn)行維修，成為實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室，學(xué)生通過對(duì)儀器改進(jìn)的方案進(jìn)行驗(yàn)證，以檢驗(yàn)改進(jìn)方案實(shí)施的可行性，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。廢舊儀器實(shí)驗(yàn)室還可以為實(shí)驗(yàn)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(jī)會(huì)，使他們學(xué)會(huì)排除實(shí)驗(yàn)中的故障，對(duì)實(shí)驗(yàn)有更深刻的認(rèn)識(shí)。

（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(shí)驗(yàn)室和物理演示實(shí)驗(yàn)室為基地，對(duì)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(shí)驗(yàn)》、《物理實(shí)驗(yàn)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(diǎn)關(guān)注物理實(shí)驗(yàn)發(fā)展史中對(duì)物理學(xué)的發(fā)展、人類的進(jìn)步起到關(guān)鍵作用的重要實(shí)驗(yàn)，如赫茲的電磁波實(shí)驗(yàn)、楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)、密里根的油滴實(shí)驗(yàn)等，討論這些實(shí)驗(yàn)在物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程中的歷史重要性、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)思想以及別具匠心的設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)的意義，并在回溯物理發(fā)展歷史過程中的著名實(shí)驗(yàn)時(shí)得到人生的啟示。應(yīng)開放物理廢舊實(shí)驗(yàn)室和物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)基地，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作儀器，仔細(xì)觀察物理現(xiàn)象并進(jìn)行思考，使其加深對(duì)物理世界的感性認(rèn)識(shí)，強(qiáng)化對(duì)物理概念、物理規(guī)律的理解，體會(huì)到實(shí)驗(yàn)思想的嚴(yán)謹(jǐn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(qiáng)，想象力豐富，思維活躍，具有很大的智力潛能和實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)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?？梢試L試由學(xué)院牽頭、物理實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)、學(xué)生會(huì)組織，選聘相關(guān)專家和學(xué)生代表為評(píng)委，在實(shí)驗(yàn)課的中期或后期，開展物理實(shí)驗(yàn)多媒體課件制作競賽。物理實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在學(xué)期前期安排好競賽時(shí)間、與物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的實(shí)驗(yàn)選題、評(píng)選規(guī)則等實(shí)施方案，方便學(xué)生早做準(zhǔn)備，學(xué)生則以自愿報(bào)名的形式參與。為了鼓勵(lì)學(xué)生積極參賽，除適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)外，還可以在期末實(shí)驗(yàn)考核和綜合測評(píng)中對(duì)獲獎(jiǎng)學(xué)生給予不同程度的加分獎(jiǎng)勵(lì)。參賽學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)思想和重要儀器的使用方法，必要時(shí)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(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測量數(shù)據(jù)處理，并就如何減小實(shí)驗(yàn)誤差進(jìn)行討論，對(duì)實(shí)驗(yàn)疑點(diǎn)、相關(guān)知識(shí)進(jìn)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(gè)展示自我、勇于創(chuàng)新的平臺(tái)。

（四）引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)研究和科研活動(dòng)

俗語說“：授人以魚，不如授人以漁。”進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅要讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)課教學(xué)過程中，要積極引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目，應(yīng)用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，主動(dòng)參與物理實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目，在學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)基本理論、獲得科學(xué)操作技能的同時(shí)，有效培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維和科學(xué)實(shí)踐能力。實(shí)驗(yàn)研究包括物理實(shí)驗(yàn)方案的改進(jìn)與設(shè)計(jì)方法討論、異常實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的產(chǎn)生因素及改進(jìn)措施分析、實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和維修方法的探討、實(shí)驗(yàn)故障的產(chǎn)生原因及排除故障的方法研究、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法及實(shí)驗(yàn)誤差分析、實(shí)驗(yàn)失敗的原因及解決辦法研究等。

例如，在“靜電場模擬”實(shí)驗(yàn)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(diǎn)，這種設(shè)計(jì)存在缺陷，不能很好地描繪靜電場，學(xué)生反映實(shí)驗(yàn)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(shí)多方位地進(jìn)行設(shè)計(jì)、改進(jìn)，提出可行的改進(jìn)意見，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)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(jì)進(jìn)行光譜定性分析”等實(shí)驗(yàn)中，分光計(jì)作為這些實(shí)驗(yàn)的重要儀器，經(jīng)過不斷演變和改進(jìn)，設(shè)計(jì)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(duì)于初次接觸分光計(jì)的學(xué)生來說是嚴(yán)格的考驗(yàn)。部分學(xué)生在調(diào)整分光計(jì)時(shí)，對(duì)載物臺(tái)調(diào)平的操作雖花費(fèi)了大量時(shí)間，仍不能達(dá)到很好的調(diào)平效果。

教師可以適時(shí)組織“分光儀載物臺(tái)快速調(diào)平法”的討論，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生積極思考和解決這個(gè)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(lì)優(yōu)秀學(xué)生脫穎而出。另外，教師可以積極組織并有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合所學(xué)專業(yè)和個(gè)人興趣，積極參與教師和實(shí)驗(yàn)室的科研項(xiàng)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(tái)。例如，機(jī)械和電子專業(yè)是集機(jī)械、電子技術(shù)、信息處理、計(jì)算機(jī)等技術(shù)為一體，以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為特色的綜合性學(xué)科，這種機(jī)電一體化應(yīng)用的專業(yè)特色可以應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)計(jì)和制作中，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器的更新改造。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)的程序設(shè)計(jì)和軟件開發(fā)能力，可以參與實(shí)驗(yàn)軟件、實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(dòng)畫、音視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)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(jìn)網(wǎng)絡(luò)仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化，豐富教學(xué)內(nèi)容，增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的趣味性，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與、主動(dòng)探索、主動(dòng)思考的能力。尤其是對(duì)于利用常規(guī)方法進(jìn)行圖形和數(shù)據(jù)處理比較困難的部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)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(shí)物圖、電路圖等通過圖像、聲音、動(dòng)畫、影像等形式形象地展示出來。仿真實(shí)驗(yàn)可以利用計(jì)算機(jī)技術(shù)把實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫、教師的指導(dǎo)和學(xué)生的操作活動(dòng)有機(jī)地結(jié)合起來，將一些因?qū)嶒?yàn)室客觀條件限制還未開出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過模擬物理實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)上完成，其效果甚至好于實(shí)際實(shí)驗(yàn)的效果，能方便學(xué)生自己安排時(shí)間進(jìn)行預(yù)習(xí)、操作及復(fù)習(xí)?，F(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)效果，并對(duì)一些疑難問題及實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)和儀器改進(jìn)方面的想法在網(wǎng)上隨時(shí)與教師進(jìn)行交流和討論，教師要鼓勵(lì)學(xué)生提出改進(jìn)性建議，設(shè)計(jì)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(shí)公布學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的評(píng)定情況，使學(xué)生及時(shí)了解自己的實(shí)驗(yàn)成績和存在的問題，如果需要，可以隨時(shí)預(yù)約重做實(shí)驗(yàn)。

四、實(shí)行開放式教學(xué)，強(qiáng)化因材施教

實(shí)行全方位、多層次的開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不只局限于時(shí)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(shí)的開放。開放性實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)實(shí)驗(yàn)的課程安排，結(jié)合自身的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、興趣愛好和所修專業(yè)的特點(diǎn)，可以自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)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(jìn)了數(shù)字化校園建設(shè)。在物理實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，通過物理實(shí)驗(yàn)充分感受到物理科學(xué)在實(shí)際工作和生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)以致用的思想意識(shí)。開放的物理實(shí)驗(yàn)室使學(xué)生在時(shí)間和空間上有了更大的靈活性，為學(xué)生安排學(xué)習(xí)時(shí)間、制定學(xué)習(xí)計(jì)劃和發(fā)展方向帶來極大的便利，符合當(dāng)今社會(huì)所倡導(dǎo)的自主化、人性化管理理念，對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理工作的信息化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)具有促進(jìn)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(shí)驗(yàn)可以將實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室課上完成。與理論課相比，實(shí)驗(yàn)課的一個(gè)重要特點(diǎn)是要求學(xué)生能夠多思考、多分析，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，所以，明確實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)工作尤為重要。但是，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)只限于對(duì)實(shí)驗(yàn)教材的閱讀及撰寫預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容枯燥乏味或看不懂，只能盲目地抄襲實(shí)驗(yàn)講義，以應(yīng)對(duì)教師的課前檢查，這樣不僅浪費(fèi)了學(xué)生的時(shí)間和精力，不會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有所裨益，而且會(huì)影響學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室面對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器有針對(duì)性地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)，可以使難以理解的內(nèi)容變得生動(dòng)、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(shí)驗(yàn)前預(yù)習(xí)的諸多弊病。學(xué)生可以在課堂上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，教師可以當(dāng)堂進(jìn)行批改點(diǎn)評(píng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中出現(xiàn)的問題及時(shí)加以糾正，不斷總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)室可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)間的不足，為實(shí)驗(yàn)課內(nèi)不能順利完成實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)失敗的學(xué)生提供完成實(shí)驗(yàn)或者重新實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。在開放實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生還可以做一些難度較大或者感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，充分發(fā)揮自身潛能，培養(yǎng)獨(dú)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(shí)驗(yàn)中，有些學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)測定后，希望探索溫度對(duì)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(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與課外開放實(shí)驗(yàn)有機(jī)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(dòng)學(xué)習(xí)和個(gè)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(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題。

五、完善實(shí)驗(yàn)考核制度，保證教學(xué)效果

實(shí)驗(yàn)考核是檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的重要手段，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本組成部分，也是實(shí)驗(yàn)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(shí)水平、操作技能，科學(xué)評(píng)定學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、實(shí)事求是的工作作風(fēng)和開拓創(chuàng)新、不斷探索的精神。針對(duì)學(xué)生不注重平時(shí)的實(shí)驗(yàn)操作過程，抄襲、修改或編造數(shù)據(jù)的不良作風(fēng)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課程成績可采用“課程總評(píng)成績100％＝平時(shí)成績60％＋期末實(shí)驗(yàn)操作測試成績40％”的折算方式來進(jìn)行評(píng)價(jià)。在總評(píng)成績中，平時(shí)成績比例要加大，目的是鼓勵(lì)學(xué)生重視平時(shí)的實(shí)驗(yàn)，以提高實(shí)驗(yàn)操作水平。平時(shí)成績涉及的評(píng)定因素較多，包括出勤、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)操作完成情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量等，教師要善于觀察，做好平時(shí)的實(shí)驗(yàn)記錄，做到客觀公正、實(shí)事求是。另外，教師還要考察學(xué)生是否能獨(dú)立地排除實(shí)驗(yàn)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(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。其中，實(shí)驗(yàn)操作及動(dòng)手能力是學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程的關(guān)鍵，教師要進(jìn)行巡視考察。對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要考察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性、數(shù)據(jù)處理方法、誤差的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差及分析、異常現(xiàn)象的解釋等。

為了對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行更全面的考核，突出對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能的考核力度，教師不能只看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要杜絕抄襲報(bào)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(shí)驗(yàn)基本操作技能為考核重點(diǎn)的題目，學(xué)生隨機(jī)抽取題目后，經(jīng)過30分鐘的準(zhǔn)備工作，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，回答實(shí)驗(yàn)涉及的問題，并當(dāng)場完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。教師要在學(xué)生的操作過程中進(jìn)行巡視，觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和熟練程度以及數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理、解決問題方法、臺(tái)面整潔與否等實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。對(duì)于綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，尤其是涉及物理知識(shí)與學(xué)生所學(xué)專業(yè)相關(guān)的項(xiàng)目，要通過考察設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、撰寫實(shí)驗(yàn)論文等方式進(jìn)行綜合考核。對(duì)于在多媒體課件制作競賽中獲獎(jiǎng)以及在實(shí)驗(yàn)研究和科研活動(dòng)中表現(xiàn)突出的學(xué)生，可以在期末實(shí)驗(yàn)操作測試和期末綜合測評(píng)中給予不同程度的加分獎(jiǎng)勵(lì)。總之，應(yīng)不斷完善實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的積極性、主動(dòng)性和自覺性，進(jìn)一步提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

六、結(jié)束語

篇7

關(guān)鍵詞：比喻；物理教學(xué)；課題研究；課堂效率

在物理教學(xué)過程中，教師經(jīng)常會(huì)感到有些知識(shí)點(diǎn)很難講清、很難讓學(xué)生真正領(lǐng)悟，都會(huì)很自然地運(yùn)用到比喻的教學(xué)手法。恰當(dāng)而生動(dòng)地運(yùn)用比喻，能使抽象的變成形象的，這樣更能幫助學(xué)生加深理解；能夠?qū)⑽锢韺W(xué)深?yuàn)W的知識(shí)介紹得深入淺出，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂效率。筆者通過《比喻在物理教學(xué)中的運(yùn)用》課題研究，認(rèn)識(shí)到了比喻教學(xué)法在高中物理課堂教學(xué)中的作用，比喻教學(xué)法在高中物理教學(xué)中的常見形式，物理教學(xué)中比喻藝術(shù)的基本要求?，F(xiàn)將研究結(jié)果總結(jié)如下，以供大家參考。

一、比喻教學(xué)法在高中物理教學(xué)中的作用

比喻在物理教學(xué)中，具有化抽象為具體、化未知為已知、化深?yuàn)W為淺顯、樹立鮮明生動(dòng)的直觀形象的作用；具有啟發(fā)思維、拓寬思路、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行推理的作用。因此，在物理教學(xué)中恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用比喻不僅豐富教學(xué)語言、提高學(xué)習(xí)興趣，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的注意力。

1.樹立直觀形象

人們獲得知識(shí)大都是從生動(dòng)的直觀開始，生動(dòng)鮮明的直觀形象能給人們提供具體的感性認(rèn)識(shí)。沒有生動(dòng)的直觀，就很難進(jìn)行科學(xué)的抽象，直觀是抽象的基礎(chǔ)，沒有必要的感性認(rèn)識(shí)就難以達(dá)到理性認(rèn)識(shí)。實(shí)物直觀和模像直觀都是提供直觀形象的有力手段，但是并不是所有的物理規(guī)律都能通過實(shí)物或模像建立直觀形象，即使在可以使用實(shí)驗(yàn)或圖片的場合，也必須輔助以言語直觀，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)或圖片并不能把所有關(guān)鍵的細(xì)節(jié)和過程都表達(dá)清楚。在不能應(yīng)用實(shí)物直觀和模像直觀的地方，比喻有著獨(dú)到的直觀性作用。

例如，為了說明功與能既有聯(lián)系又有區(qū)別的關(guān)系，可以把某物體具有能量比作某人具有一定數(shù)額的存款（包括銀行里的存款和手里的現(xiàn)金），把做功的過程比作花錢買東西的過程，把買東西所花錢的數(shù)量比作功的多少。如果你想判斷一個(gè)人是否有存款，一個(gè)簡單的辦法，就是看這個(gè)人是否不斷地花錢買進(jìn)新的東西。這個(gè)人有存款就能夠買東西，存款數(shù)量的變化，可以用花掉了多少錢來計(jì)算，買了多少錢的東西，他手中的存款就減少了多少。但是有存款的人未必一定要花錢買東西。同樣道理，一個(gè)物體能對(duì)外做功，它就一定具有能量，能量的變化可以由做功來量度，這個(gè)物體對(duì)外做了多少功，它的能量就相應(yīng)地減少了多少，功是能量變化的一種量度。物體是否具有能量的標(biāo)志之一是看它能否做功，能做功和做功與否是兩碼事。就像有了錢可以買東西，但有錢并非一定要買東西一樣，具有能量的物體可以做功，但是不做功的物體不一定不具有能量，因此可以說某物體具有能，但不能說某物體具有功。

2.增加物理課堂教學(xué)語言的色彩，調(diào)動(dòng)學(xué)生在物理課堂的注意力

物理教學(xué)過程中，雖然用新穎有趣的實(shí)驗(yàn)可以加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，但多數(shù)時(shí)間要靠教學(xué)語言來進(jìn)行。教師的語言既要通俗易懂，又要深入淺出。不僅要有科學(xué)性與思想性的統(tǒng)一，精確性與針對(duì)性的綜合，也要有啟發(fā)性與趣味性的和諧。語言的趣味是語言藝術(shù)的技巧問題。在學(xué)生吸取知識(shí)營養(yǎng)時(shí)，不能讓學(xué)生感到物理學(xué)是生、冷、硬的知識(shí)“拼盤”，而應(yīng)讓學(xué)生感到物理知識(shí)像宴席上的一道“名菜”那樣，不僅有豐富的營養(yǎng)，而且色、形、味俱佳，使學(xué)生觀其艷美的形色、嗅其濃郁的香味便垂涎欲滴。那種“知識(shí)拼盤”，盡管營養(yǎng)豐富，既引不起食欲，也難以消化。

巧妙運(yùn)用比喻，不僅能引起學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還能幫助學(xué)生增強(qiáng)記憶，從而對(duì)提高物理課堂教學(xué)效率方面起著不可估量的作用。

黑格爾曾說：“比較法是指能看出異中之同或同中之異的認(rèn)識(shí)方法?！薄氨容^是一切思維的基石”，比較法是最重要的邏輯思維方法。通過比較策略的實(shí)施和學(xué)生的成功運(yùn)用，可以培養(yǎng)學(xué)生的求同、求異思維。通過對(duì)有關(guān)知識(shí)的概括、總結(jié)、分析和比較，可把學(xué)習(xí)的內(nèi)容有機(jī)聯(lián)系起來，起到對(duì)比掌握、加深理解、系統(tǒng)鞏固的作用。

教學(xué)是一種藝術(shù)，教師如何做到在課堂上有成效地利用注意規(guī)律，交替調(diào)動(dòng)學(xué)生的有意注意和無意注意，是教學(xué)藝術(shù)的重要體現(xiàn)方面。

要想使物理教學(xué)妙趣橫生，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的非智力因素參入學(xué)習(xí)，只有結(jié)合教學(xué)內(nèi)容適度地潤色、得體地發(fā)揮，才會(huì)收到良好的效果。恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用比喻，既有助于學(xué)生理解、記憶知識(shí)內(nèi)容，又能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在輕松愉快的氣氛中掌握了知識(shí)，我們又何樂而不為呢？如果一堂物理課講得學(xué)生愿意聽并且聽得懂，學(xué)生就會(huì)喜形于色，學(xué)生的興奮情緒反饋給教師，教師也會(huì)陶醉于成功的喜悅當(dāng)中，促進(jìn)教師產(chǎn)生更好的教學(xué)情緒，使教學(xué)進(jìn)入更佳的狀態(tài)。

二、比喻教學(xué)法在高中物理教學(xué)中的常見形式

1.模型教學(xué)中的比喻

有人曾給電荷下定義：電荷是一種類似于法國香水的東西，敷上了它就能夠吸引異性。這個(gè)比喻用一個(gè)奇妙的聯(lián)想，把要說明的知識(shí)要點(diǎn)用一個(gè)極為常見的生活實(shí)例表達(dá)出來，給人留下生動(dòng)而深刻的印象。

2.過程解析中的比喻

愛因斯坦在談到動(dòng)能和勢能的轉(zhuǎn)化時(shí)說：“動(dòng)能和勢能加起來的全部能，舉例來說，可以跟總數(shù)不變的錢相比，它們不斷地按照固定的兌換率由一種貨幣兌換成另一種。例如，由英鎊兌換成美元，再由美元兌換成英鎊?！边@是多么棒的一個(gè)比喻！

再如，振動(dòng)圖像和波動(dòng)圖像的物理意義，可用“一個(gè)人一生的身高情況”和“某一時(shí)刻各個(gè)人的身高情況”進(jìn)行比喻，指出它們描述的是“一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在各個(gè)時(shí)刻的位移”和“多個(gè)質(zhì)點(diǎn)在同一時(shí)刻的位移”。

學(xué)生初次接觸到“加速度減小，速度卻可能在增大”的辯證關(guān)系時(shí)，可形象地比喻成“人從出生到成年，身高的增長越來越慢，但畢竟在增長”。這個(gè)比喻形象直觀，通俗易懂，可使學(xué)生對(duì)加速度與速度的關(guān)系豁然開朗。

3.規(guī)律展現(xiàn)中的比喻

楞次定律是電磁感應(yīng)中的重要定律，由于定律文字?jǐn)⑹龈爬?，理論意義豐富且深?yuàn)W，學(xué)生常常理解錯(cuò)誤，不少學(xué)生把“阻礙磁通量的變化”理解為和原磁場方向相反，混淆了“阻礙”和“阻止”的含義。當(dāng)磁極來時(shí)，線圈的近端產(chǎn)生同性磁極，抗拒磁極的接近，顯得冷酷無情；當(dāng)磁極走時(shí)，線圈的近端又產(chǎn)生異性磁極，吸引原磁極，顯得多情好客。線圈的個(gè)性是“來拒去留”，該比喻準(zhǔn)確地描述了定律的含義，又使定律擬人化，降低了教學(xué)難度，既講了物中之理，又講了理中之趣，有效地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

4.性質(zhì)講解中的比喻

靜電場的性質(zhì)可用試探電荷來檢驗(yàn)，但試探電荷的線度和電量必須足夠小，電場的存在和強(qiáng)弱并不因檢驗(yàn)電荷的有無和電量大小而改變。這一性質(zhì)與“人的體溫可用體溫計(jì)來測量，體溫計(jì)很小，放入人體不致引起體溫變化；即使沒有體溫計(jì)，人的體溫也照樣存在并基本保持不變”非常類似。

描繪電場線時(shí)，可把正點(diǎn)電荷的電場線比喻成“光芒四射的太陽”，負(fù)點(diǎn)電荷的電場線像“眾矢之的的靶心”；等量異種點(diǎn)電荷的電場線“攜手合作”；等量同種點(diǎn)電荷的電場線則“勢不兩立”。

三、物理教學(xué)中比喻藝術(shù)的基本要求

1.同構(gòu)性――防止?fàn)繌?qiáng)附會(huì)

所謂同構(gòu)性，就是喻體和本體從性質(zhì)、特征上要盡可能相似，不能生拉硬搬，用格格不入的事物、現(xiàn)象來做比喻。如用足球場上運(yùn)動(dòng)員的奔跑和沖撞來比喻分子運(yùn)動(dòng)，一來數(shù)目相差過于懸殊，二來足球比賽很難說是“無規(guī)則運(yùn)動(dòng)”，而這一點(diǎn)正是分子運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵特征，比喻運(yùn)用極不恰當(dāng)，不如用鋼球模擬法更清楚。

2.簡化性――避免得不償失

所謂簡化性，就是運(yùn)用簡單和學(xué)生熟知的客觀事實(shí)、現(xiàn)象做比喻化解知識(shí)難點(diǎn)，使得所學(xué)知識(shí)通俗易懂，從而提高教學(xué)效率。下列事例是不宜用作比喻的：教師熟悉學(xué)生不熟悉的；涉及過多的背景知識(shí)，消耗大量時(shí)間的；有可能節(jié)外生枝、產(chǎn)生新的疑點(diǎn)的。

3.德育性――避免低格調(diào)

所謂德育性，就是運(yùn)用比喻時(shí)要注重思想教育作用和美育熏陶作用，避免低格調(diào)、庸俗化。如講解作用力和反作用力時(shí)，舉例說有個(gè)孩子落水，你沖上去救他，你向上拉的力和他向下拉的力大小相等、方向相反，但我們還是會(huì)義無反顧地去救他。這樣就在無意中宣揚(yáng)了救人于危難之中的雷鋒精神。倘若舉例說明甲打乙一拳，實(shí)際上乙同時(shí)以同樣的力也還了甲一拳云云，那就無異是在教室里宣揚(yáng)打架斗毆了。比喻的美育熏陶作用也是不可忽視的，不能把比喻庸俗化。如講解能量守恒觀點(diǎn)，一種形式的能增加了，必然有其他形式的能減少了，不可能使得所有形式的能量都增加時(shí)，倘若舉例說“打麻將時(shí)，有人贏了多少錢，就有人輸了多少錢，總量是不變的”，這樣的比喻不僅不科學(xué)，而且十分庸俗。

恰當(dāng)?shù)谋扔髂芑饨虒W(xué)難點(diǎn)，提高教學(xué)效率，有時(shí)甚至能在笑聲中一勞永逸地解決那些原本很難說清楚的問題，起到事半功倍的作用。

總之，在物理課堂教學(xué)中，選用恰當(dāng)?shù)木唧w事物，以不失科學(xué)性為前提，用比喻說明抽象的道理，最大限度地揭示自然界客觀事物的本質(zhì)，用已知來開拓未知，是一種簡單而有效的教學(xué)方法。當(dāng)然，應(yīng)用比喻，并不是以淺顯的道理代替較深的理論，更不是濫用玩笑代替耐心細(xì)致的講解，而是要求教師緊密結(jié)合教材內(nèi)容，根據(jù)具體情況，做到言之有理，言之有物，言之有據(jù)。物理教師要深入理解教材，對(duì)教材中適宜用比喻的地方做到心中有數(shù)，從日常生活、從學(xué)生已學(xué)過的知識(shí)中找到恰當(dāng)?shù)谋扔饔糜谡n堂，這樣日積月累，從實(shí)踐中不難掌握運(yùn)用比喻的技巧，最后達(dá)到妙喻連篇、精彩紛呈的境界！學(xué)生會(huì)在歡笑的氛圍中學(xué)到知識(shí)，快樂成長。

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；教學(xué)改革。

在高校人才培養(yǎng)過程中，高校物理實(shí)驗(yàn)課占有十分重要的地位。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是一種實(shí)踐性和創(chuàng)新性很強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)。為了提高物理實(shí)驗(yàn)水平，以下介紹我院在物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中所采取的一些改革措施。

一、注重儀器設(shè)備配置的合理性

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)日新月異，儀器更新?lián)Q代頻繁，為保證學(xué)生接觸到新儀器、新技術(shù)，掌握先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技能，作出前沿水平的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，必須保證儀器的先進(jìn)性，才能保證實(shí)驗(yàn)手段的先進(jìn)性。合理配置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和儀器的套數(shù)。一般高檔、先進(jìn)的儀器設(shè)備花錢較多，購買的套數(shù)少，而花錢較少的設(shè)備則多上幾套。這樣，既讓學(xué)生接觸到了先進(jìn)的儀器設(shè)備，又完成了正常的教學(xué)任務(wù)，并且還節(jié)省了寶貴的建設(shè)資金。

充分注意實(shí)驗(yàn)儀器的教學(xué)作用。高校物理實(shí)驗(yàn)的目的之一是要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察分析能力，有些自動(dòng)化程度較高的儀器設(shè)備并不利于學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察分析能力的培養(yǎng)。因此，我們?cè)谶x擇儀器設(shè)備時(shí)，不僅要注重儀器的先進(jìn)性，而且要注意它的教學(xué)效果和對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

二、更新物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)室是高校教學(xué)、科研的主要基地。但長期以來重理論、輕實(shí)踐，重知識(shí)、輕能力的教學(xué)模式，使培養(yǎng)出來的大多數(shù)學(xué)生缺乏創(chuàng)造性，缺乏分析問題和解決問題的能力。

多少年來，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師的主要任務(wù)時(shí)傳授知識(shí)，學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)中的被動(dòng)者，做實(shí)驗(yàn)只是按照標(biāo)準(zhǔn)的程序驗(yàn)證原理和定律，實(shí)驗(yàn)教材對(duì)所需儀器設(shè)備、線路連接、操作步驟、觀察內(nèi)容等均已詳細(xì)說明，學(xué)生做的只是試一下與教材內(nèi)容是否相符及分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。原有物理實(shí)驗(yàn)課的這一現(xiàn)狀已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)對(duì)創(chuàng)新型人才的需要，因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容必須進(jìn)行改革。

我們根據(jù)《高等學(xué)校工科物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求》的目標(biāo)和要求，開設(shè)了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測定、測量金屬絲的楊氏模量、導(dǎo)熱系數(shù)測定、聲速的測量、光的干涉、分光計(jì)的調(diào)整、電位差計(jì)、靜電場描繪等“力、熱、光、電”20多個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，同時(shí)還開設(shè)了光電效應(yīng)、非平衡直流電橋的應(yīng)用、示波器測量鐵磁材料的磁滯回線等現(xiàn)代高新技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生親身體驗(yàn)到高新技術(shù)，通過學(xué)生親手完成實(shí)驗(yàn)使他們不再感到科學(xué)的神秘，這對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才是非常有幫助的。

學(xué)生在做完一些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之后，就具備了一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ@時(shí)候就有必要讓學(xué)生自己去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是教師根據(jù)當(dāng)堂課的實(shí)驗(yàn)儀器提出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的目的和要求，以及要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生根據(jù)眼前的實(shí)驗(yàn)儀器，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，擬定實(shí)驗(yàn)步驟，最后自己完成實(shí)驗(yàn)。這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的能力是現(xiàn)在大學(xué)生需要的。

目前，我們?cè)O(shè)計(jì)性、綜合性物理實(shí)驗(yàn)的開設(shè)數(shù)量已經(jīng)滿足了教育部對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程的基本要求。由于設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的能力和方法，能培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，提高解決問題的能力，因此我們今后在訓(xùn)練學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能的基礎(chǔ)上，相應(yīng)減少一些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，提高基本實(shí)驗(yàn)的起點(diǎn)，適當(dāng)增加對(duì)學(xué)生科學(xué)思維和動(dòng)手能力有幫助的設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)。根據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備中選一些內(nèi)容恰當(dāng)、符合現(xiàn)代化科技的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，供學(xué)生選做。

三、改進(jìn)教學(xué)方法，改善教學(xué)手段

學(xué)生對(duì)普通物理實(shí)驗(yàn)不夠重視是一個(gè)比較普遍的問題，究竟是什么原因使學(xué)生對(duì)如此重要的環(huán)節(jié)不予重視？究其原因是多方面的，其主要因素之一在于教學(xué)方式過于陳舊、呆板，課堂教學(xué)過細(xì)，實(shí)驗(yàn)過程控制比較死，學(xué)生發(fā)揮不了主觀能動(dòng)性。為了激發(fā)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，我們除了更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，增加學(xué)生感興趣的設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)造性實(shí)驗(yàn)外，還對(duì)教學(xué)方法做了改進(jìn)?；A(chǔ)課在科技進(jìn)步的時(shí)代，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)以人為本。高校更要解放思想，轉(zhuǎn)變觀念，實(shí)行以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)。要多給學(xué)生一些自由發(fā)揮的空間，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。理論與實(shí)踐、課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)緊密結(jié)合已成為現(xiàn)代教育的趨勢，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是構(gòu)建培養(yǎng)創(chuàng)新人才體系的重點(diǎn)，也是提高學(xué)生創(chuàng)新精神和能力、促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展的重要途徑。

四、改革考試方式，指導(dǎo)學(xué)生向創(chuàng)新型發(fā)展

以往的物理實(shí)驗(yàn)考試方法只有筆試和操作兩種，但都離不開教材。學(xué)生只要熟讀教材，就能夠通過筆試；按照教材操作，就能通過操作考試。這種方式實(shí)際上在物理實(shí)驗(yàn)方面容易誤導(dǎo)學(xué)生死讀書，不能提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維，所以必須采用新的考試方式取而代之。

新的考試方式要求學(xué)生在特定的時(shí)間內(nèi)，設(shè)計(jì)一個(gè)小實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)要以學(xué)過的試驗(yàn)中發(fā)揮自己的創(chuàng)新能力，這種考試的答案并非唯一。教師根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)方案的好壞、完成過程的正確與否、是否具有創(chuàng)造性等因素來評(píng)定成績。對(duì)于筆試的試題，我們要求每位授課老師出6-10張?jiān)囶}卷，這些試題卷將進(jìn)入我們的試題庫?？荚嚽半S機(jī)抽取一套試題。這樣的考試方法雖然大大的增加了教師的工作量，但能夠真正的提高學(xué)生獨(dú)立自主解決實(shí)際問題的能力。

以上就是我們?cè)谖锢韺?shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新和建設(shè)中的一點(diǎn)嘗試和體會(huì)，由于我們這一工作剛剛開始，難免會(huì)有一些不妥之處。總之，我們將培養(yǎng)與社會(huì)相適應(yīng)的人才，為深化改革，強(qiáng)化素質(zhì)教育，作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋克威. 建立設(shè)計(jì)性物理實(shí)驗(yàn)室為教學(xué)改革創(chuàng)新路[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，1994，（2）

篇9

這里的“模擬”是指通過設(shè)計(jì)與原型相似的模型，并利用該模型來間接地研究原型規(guī)律和過程的方法。此法應(yīng)用于物理教學(xué)可使事過境遷或稍縱即逝的自然現(xiàn)象或過程在實(shí)驗(yàn)中重現(xiàn)，可將現(xiàn)象簡化或進(jìn)行時(shí)間、空間的放大或縮小，甚至可對(duì)那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)進(jìn)行研究。特別是解決那些尚無簡單有效的儀器可演示的實(shí)驗(yàn)，模擬實(shí)驗(yàn)成了一種重要的教學(xué)輔助手段。

物理實(shí)驗(yàn)中的模擬法，根據(jù)它的特點(diǎn)和主要功能，我在此粗略地把它分為以下四類。

1　研究主體模擬

在這里把可以用放大或縮小的，相似的，而又能反映事物某方面規(guī)律的客觀實(shí)體來代替研究對(duì)象的方法稱為研究主體模擬。

研究主體模擬的設(shè)計(jì)思想主要在于下述兩種情況：其一是為了突出客觀實(shí)體的主要矛盾和本質(zhì)特征，摒棄次要的非本質(zhì)因素，使研究對(duì)象從客觀實(shí)體中直接抽象出來。如物理中的多種理想模型，以及天體運(yùn)動(dòng)模型，微觀結(jié)構(gòu)等幾何相似模型。在研究二極管的單向?qū)щ娦詴r(shí)，我在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用研究主體模擬法，用自行車氣門和進(jìn)水閥門來模擬單向門。如此，不但加深對(duì)“單向性”認(rèn)識(shí)，而且激發(fā)了興趣，開闊了思路。

其二是為了解釋某些行為和特征而建立起來的模擬。如地球因自轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的科里奧利力、南北半球的氣旋、旋渦方向等，在地理課中亦有提及。方法：我們可以取一只舊的橡皮籃球(或地球儀)來模擬地球自轉(zhuǎn)，然后將紅墨水從上往下滴落在轉(zhuǎn)動(dòng)的“地球”表面。此時(shí)可明顯看到水痕向西邊呈擴(kuò)散狀，從而令人信服的說明北半球向南的水流沖刷西岸這一自然現(xiàn)象。

我市慈溪中學(xué)物理組自制的波的形成演示儀，也是對(duì)研究主體——繩波中的繩用小球進(jìn)行了模擬。把小球用彈性橡皮筋豎直懸掛，每個(gè)小球間也用彈性橡皮筋連接，這樣就用小球模擬了繩中的各個(gè)質(zhì)點(diǎn)。每個(gè)小球間的彈性橡皮筋表示各個(gè)質(zhì)點(diǎn)間是有相互作用的彈力的，任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)所做的振動(dòng)都是受迫振動(dòng)。

2　物理相似模擬

在科學(xué)研究和工程技術(shù)的許多領(lǐng)域中，人們常常希望利用模擬試驗(yàn)來代替對(duì)實(shí)際現(xiàn)象的研究，以便使我們可能在一定程度上預(yù)言某些在目前尚無法達(dá)到的條件下出現(xiàn)的情況。例如用水代替石油研究其在管道中的運(yùn)動(dòng)。其特點(diǎn)是模擬與原型遵循同樣的物理規(guī)律，故稱之為物理相似模擬。

物理教學(xué)中的“失重和超重”，我們用類似航天員訓(xùn)練的方法模擬。一種是測力計(jì)與物體一起自由下落(實(shí)驗(yàn)室有成套實(shí)驗(yàn)器材)，另一種利用物體在液體中所受的浮力等于重力去模擬物體在失重下的物理狀態(tài)。

海市蜃樓是一種罕見的自然現(xiàn)象，教學(xué)中一般只作介紹，至多不過看看錄像，不能滿足學(xué)生的好奇心和求知欲，如果能在實(shí)驗(yàn)室加以模擬，則不僅可激發(fā)學(xué)生探求自然奧秘的濃厚興趣，還可加深對(duì)有關(guān)知識(shí)的理解。首先，我們可以在三面透明的玻璃箱中放人若干白糖而不加攪拌，使糖水造成折射率隨深度而變化，而最大折射率出現(xiàn)在含糖較多的容器底部，以此來模擬大氣折射率隨高度而變化。當(dāng)用氦氖激光光束從側(cè)面射入此溶液時(shí)，即可看到光束彎曲現(xiàn)象。然后再以某些景物作海市蜃樓模擬，使之起到突破時(shí)空限制，重現(xiàn)自然奇景之目的。另外，用帶電的肥皂泡在豎直電場中的平衡進(jìn)行“密立根油滴實(shí)驗(yàn)”的模擬(比較困難)，以及十分壯觀的“可樂瓶水火箭”等，均是物理相似模擬的范例。

3　過程模擬

如果把具體物理過程純粹化、理想化，并根據(jù)其本質(zhì)特征而設(shè)計(jì)的一種模擬叫過程模擬。其特點(diǎn)是過程簡化，易于控制。

例如，氣體壓強(qiáng)的分子運(yùn)動(dòng)論觀點(diǎn)，通常采用雨滴打傘面來類比。這種大量分子對(duì)器壁連續(xù)碰撞的過程，書本介紹用豆(或沙)落在電子稱上來模擬，就顯得直觀生動(dòng)了。裝有鐵屑的試管模擬鐵棒的磁化和退磁等都是過程模擬的成功例子。

又如布朗運(yùn)動(dòng)的模擬，用一個(gè)裝有小彈球的容器，小彈球可以被底部彈射裝置無規(guī)則攪動(dòng)，分別放入小球，相對(duì)較大的球，分析放入球的運(yùn)動(dòng)及受力情況，從而更好地理解布朗運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。

我們?cè)诜治銮€運(yùn)動(dòng)時(shí)，有一個(gè)重要的思想方法——運(yùn)動(dòng)的合成和分解是個(gè)難點(diǎn)，在此我們以平拋運(yùn)動(dòng)為例，在演示有關(guān)實(shí)驗(yàn)后，用“慢鏡頭”的方法，手持粉筆頭邊走(模擬水平勻速直線運(yùn)動(dòng))邊從上向下加速下移粉筆頭(相對(duì)于自己)，以此模擬平拋運(yùn)動(dòng)，既簡單明了，又便于分析。

熱學(xué)中的統(tǒng)計(jì)方法和光本性概念，由于受課堂教學(xué)方法和時(shí)間的限制，怎樣從個(gè)別事件的無規(guī)律過渡到大量事件的有規(guī)律，成了模擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)，在教學(xué)中可采用這樣的替換，把在不同時(shí)刻的物體空間分布規(guī)律等效變換成同一時(shí)刻不同狀態(tài)規(guī)律的比較的方法，讓全班同學(xué)同時(shí)擲硬幣若干次，然后統(tǒng)計(jì)比較下列情況“國徽”朝上的次數(shù)：(1)某同學(xué)，(2)某小組同學(xué)，(3)全班同學(xué)。從而使學(xué)生既突破了難點(diǎn)又受到一次生動(dòng)的方法論教育。

4　模擬放大

在物理概念和規(guī)律教學(xué)中，學(xué)生往往對(duì)那些不易觀察或不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的規(guī)律，因缺乏形象的感性材料而引起思維障礙。模擬放大就是采用空間放大和時(shí)間放大的方式，抓住本質(zhì)特征，展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，使其生動(dòng)、直觀、形象。從而促進(jìn)思維順利進(jìn)行。

液體表面張力實(shí)驗(yàn)中的“水面浮針”，學(xué)生感到新奇，但在分析受力時(shí)往往錯(cuò)誤認(rèn)為表面張力與重力平衡，經(jīng)指出后又不理解沿液體表面作用的力并沒有作用在針上。究其原因是學(xué)生在形成概念過程中缺乏直觀材料。為此。我用一只較大的氣球，充入少量氣體，然后在上面放一根小鐵棒，以此來模擬放大液面浮針，并指出液體表面張力同橡皮膜的張力，只作用在它們的表面，并沒有作用在針(或棒)上，作用在針上的是因液體表面張力而產(chǎn)生的液面對(duì)針的支持力。通過令人信服的實(shí)驗(yàn)還使學(xué)生進(jìn)一步明確：表面張力的作用是保持液面不分裂。

力的分解，關(guān)鍵是根據(jù)力產(chǎn)生的效果來確定分力的方向。斜面上物體的重力的分解是其中的典型，我們教師在教學(xué)中用長毛板刷來模擬放大物體的運(yùn)動(dòng)趨勢，用吹塑紙(或海綿)模擬斜面擋板，則斜面被壓和物體向下滑動(dòng)趨勢一目了然。這樣，學(xué)生也能用類似方法分析其他力產(chǎn)生的效果。

教材里有一個(gè)固體形變演示實(shí)驗(yàn)：用手捏壓裝滿水的圓柱體玻璃瓶(瓶蓋中心開孔并插一玻璃細(xì)管)，玻璃細(xì)管中水面上升，松開手，水面又降回原位，這說明瓶子受捏壓時(shí)發(fā)生了形變。其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們需稍加改進(jìn)。因?yàn)橛械膶W(xué)生提出水面上升不是因?yàn)槠孔有巫?，而是由于手的溫度較高，瓶中的水吸熱升溫體積膨脹所致，為了消除學(xué)生的誤解，可將圓柱體玻璃瓶換為橢圓柱體玻璃瓶，先沿短軸方向捏壓，細(xì)管中水面上升，后沿玻璃瓶長軸方向捏壓，細(xì)管中水面不但沒有上升，反而還下降了。從而使學(xué)生確信水面的升降是玻璃瓶形變的結(jié)果。這樣一來，不僅效果依然明顯，而且使實(shí)驗(yàn)可信度大增。