物理实验第22卷第3 开设实验选修课培养学生创新能力 马世红赵在忠王煜沈元华 (复旦大学物理教学实验中心上海200433) 摘要介绍了复旦大学物理教学实验中心为培养学生创新能力开设的4门实验选修课的特点、要求以及在 培养学生创新能力方面取得的成效 关键词物理实验选修课创新能力 中图分类号G423.02 文献标识码B 文章编号:1005-4642(2002)03-0027-03 Open elective exper men tal courses to foster the studen ts' crea tiv ity MA Shihong ZHAO Zaizhong WaNG Yu shen Yuan-hua (Central L abo rato ry for Physics Education, Fudan U niversity, Shanghai, 200433) Abstract The characteristics and requirem en ts of the four elective experm en tal courses are introduced, w hich are opened to fo ster the students' ab ility of creativ ity in the CentralL abo ratory for Physics Educatin of Fudan U niversity, and the rem arkab le success ach ieved is also present- Key words physics experment, elective course, creativ ity 引言 验技术人员安排好,不出故障,学生只要按教材 上的步骤去做,就能成功地测到数据,完成实 在大学本科教学过程中,加强对学生能力验这种呆板的、千篇一律的实验教学方式在 的培养,必须着重培养学生的创新意识、创新精定程度上限制了学生的主动性与积极性,难以 神和创新能力,这是教学的重要任务之一与课激发他们独立思考的兴趣和激情,没有从实践 堂教学相比较,实验教学更有利于学生创新能中自己寻找成功之路的经历,抑制了学生个性 力的培养.实验室是让学生学会从实践中发现的发展,因而不利于对学生创新能力的培养 问题、解决问题和将已有知识运用到实际中去 为了进一步发挥学生的积极性和主动性 的重要场所,是培养高素质、具有创新能力的科培养学生的创新能力,我们实验中心为学生提 学研究与应用人才的实践基地.然而,长期以供了4门实验选修课程 来,实验教学却被一种固定的模式所束缚,教学 内容陈旧,教学方法过死.学生读相同的教材, 2“自学物理实验”选修课 在相同的仪器上做相同的实验,仪器也都由实 在一年级学生中,我们在常规的普通物理 *全国高等学校物理实验教学研讨会论文 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
开设实验选修课 培养学生创新能力Ξ 马世红 赵在忠 王 煜 沈元华 (复旦大学物理教学实验中心 上海 200433) 摘 要: 介绍了复旦大学物理教学实验中心为培养学生创新能力开设的 4 门实验选修课的特点、要求以及在 培养学生创新能力方面取得的成效Ζ 关键词: 物理实验; 选修课; 创新能力 中图分类号: G423102 文献标识码:B 文章编号: 100524642 (2002) 0320027203 Open elective exper im en tal courses to foster the studen ts’ creativ ity M A Sh i2hong ZHAO Zai2zhong W AN G Yu SH EN Yuan2hua (Cen tral L abo rato ry fo r Physics Education, Fudan U n iversity, Shanghai, 200433) Abstract: T he characteristics and requ irem en ts of the fou r elective experim en tal cou rses are in troduced, w h ich are opened to fo ster the studen ts’ ab ility of creativity in the Cen tralL abo rato ry fo r Physics Education of Fudan U n iversity, and the rem arkab le success ach ieved is also p resen t2 ed. Key words: physics experim en t; elective cou rse; creativity 1 引 言 在大学本科教学过程中, 加强对学生能力 的培养, 必须着重培养学生的创新意识、创新精 神和创新能力, 这是教学的重要任务之一Ζ与课 堂教学相比较, 实验教学更有利于学生创新能 力的培养Ζ 实验室是让学生学会从实践中发现 问题、解决问题和将已有知识运用到实际中去 的重要场所, 是培养高素质、具有创新能力的科 学研究与应用人才的实践基地Ζ 然而, 长期以 来, 实验教学却被一种固定的模式所束缚, 教学 内容陈旧, 教学方法过死Ζ 学生读相同的教材, 在相同的仪器上做相同的实验, 仪器也都由实 验技术人员安排好, 不出故障; 学生只要按教材 上的步骤去做, 就能成功地测到数据, 完成实 验Ζ这种呆板的、千篇一律的实验教学方式在一 定程度上限制了学生的主动性与积极性, 难以 激发他们独立思考的兴趣和激情, 没有从实践 中自己寻找成功之路的经历, 抑制了学生个性 的发展, 因而不利于对学生创新能力的培养Ζ 为了进一步发挥学生的积极性和主动性, 培养学生的创新能力, 我们实验中心为学生提 供了 4 门实验选修课程Ζ 2 “自学物理实验”选修课 在一年级学生中, 我们在常规的普通物理 物理实验 第 22 卷 第 3 期 72 Ξ 全国高等学校物理实验教学研讨会论文 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验第22卷第3期 实验必修课以前开设了一门称为“自学物理实 自199年,“自学物理实验”作为公共选修 验”的选修课·这门课为每周3学时,每学期2课开始向全校文、理、医、管各科全面开设根据 学分,其特色是以定性研究为主,强调从实验现不同的要求,实验中心编写了适用于全校文、 象中研究物理问题·其中的许多实验是从演示理、医、管各科的教材共编入了21个实验,如 实验发展而来的,如傅科摆的制作与实验、静电激光窃听,压电陶瓷片的设计实验,多普勒效应 吹灭蜡烛火焰硬币入烧杯、用迈克耳孙干涉仪实验研究等·这部分选课学生的学习积极性是 观察等厚与等倾条纹等·与学生必修的传统物相当高的,经常与任课老师进行讨论,收获很 理实验课相比,它有以下3个显著特点 大 1)实验内容绝大部分是定性或半定量.着 重于对物理现象的观察、分析和研究不过分追3“基础物理实验”选修课 求测量的准确程度 由于一年级的新生来自于全国的各个省 2)实验的选择注重科学性和趣味性特别份,学生之间的物理实验基础参差不齐,甚至于 注意他们之间的结合,充分调动学生的学习积相差悬殊这样一来,“基础物理实验”就作为一 极性和创新精神 门为物理系实验基础较弱的学生开设的选修 3)实验完全由学生自己独立完成让学生课其内容多为一些最基本的物理实验,是学习 自己选题,自己确定实验的内容和深度,自己动物理实验的基本知识、基本方法、基本技能(三 手动脑设计和完成实验 基)方面所必需的基础训练如长度测量,电表 自学物理实验”的有些实验内容与普通物改装,示波器使用,几何光学等.如果学生在中 理实验内容相似但做法不同,要求也不同,例学阶段已经接受过较完善的物理实验训练,可 如杨氏模量实验,我们不是用常规实验方法测以不选修此课经过一个学期的训练,这部分学 量应力和应变再根据公式求出杨氏模量,而是生的物理实验基础均有较大程度的提高,也为 测量应力和应变来寻求应力与应变的关系是否下一阶段的学习打下了良好的基础 成正比,在什么条件下成正比这样的实验是一 种探求未知的过程,而不仅仅是根据已知的公 综合物理实验”选修课 式测量未知量而已,因而更受学生欢迎,更有利 在进行了正规的实验训练以后,我们又为 于学生创造精神的培养爱因斯坦曾说过兴趣高年级的学生开设了一门选修课,称为“综合物 是最好的老师而这种实验又特别强调“兴趣”,理实验”·这门课为每周3学时,每学期3学 因为“兴趣”也常常是科研的动力,是有创造力分,对于基地班,这是必修课.这门课着重于对 的前提再如,有两位学生做了“激光通信”的实优秀学生的培养,它要求学生在一个学期完成 验后,就对光通信的“课题”特别感兴趣,他们自1~2个小型研究课题.这些课题具有一定的科 己又设计了用太阳光做通信的实验,经过反复学研究性质,要求学生自己调研和查阅资料,自 试验,克服了许多困难,终于获得成功他们说己设计、装配、调试实验装置,直至完成实验在 这样的实验是我们终身难忘的!” 教学过程中,教师仅给学生一些建议或者与他 在“自学物理实验”中,学生要自行设计实们进行部分必要的讨论,但从不讲解如何做这 验装置、自行准备实验器材、自行拟定实验步些实验这样的实验完成起来虽有难度,但学生 骤这样的实验激发了他们学习物理知识、探索觉得这样的学习具有挑战性,因而很有兴趣并 物理规律的热情和积极性,加深了对物理规律且在克服困难的过程中,也提高了他们的心理 的切身感受和实际体会,提高了动手能力,激励素质.综合实验结束时,每个课题都要写出论 了创新精神·这门选修课自开设以来一直深受文,其中大部分具有创新的成果.例如,国内外 学生欢迎,选修率达75%以上 物理实验教材关于用绝热膨胀法测空气比热 C1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
实验必修课以前开设了一门称为“自学物理实 验”的选修课Ζ 这门课为每周 3 学时, 每学期 2 学分; 其特色是以定性研究为主, 强调从实验现 象中研究物理问题Ζ 其中的许多实验是从演示 实验发展而来的, 如傅科摆的制作与实验、静电 吹灭蜡烛火焰、硬币入烧杯、用迈克耳孙干涉仪 观察等厚与等倾条纹等Ζ 与学生必修的传统物 理实验课相比, 它有以下 3 个显著特点: 1) 实验内容绝大部分是定性或半定量Ζ 着 重于对物理现象的观察、分析和研究, 不过分追 求测量的准确程度Ζ 2) 实验的选择注重科学性和趣味性. 特别 注意他们之间的结合, 充分调动学生的学习积 极性和创新精神Ζ 3) 实验完全由学生自己独立完成. 让学生 自己选题, 自己确定实验的内容和深度, 自己动 手动脑设计和完成实验Ζ “自学物理实验”的有些实验内容与普通物 理实验内容相似, 但做法不同, 要求也不同, 例 如杨氏模量实验, 我们不是用常规实验方法测 量应力和应变再根据公式求出杨氏模量, 而是 测量应力和应变来寻求应力与应变的关系是否 成正比, 在什么条件下成正比Ζ这样的实验是一 种探求未知的过程, 而不仅仅是根据已知的公 式测量未知量而已, 因而更受学生欢迎, 更有利 于学生创造精神的培养Ζ爱因斯坦曾说过: 兴趣 是最好的老师Ζ而这种实验又特别强调“兴趣”, 因为“兴趣”也常常是科研的动力, 是有创造力 的前提Ζ再如, 有两位学生做了“激光通信”的实 验后, 就对光通信的“课题”特别感兴趣, 他们自 己又设计了用太阳光做通信的实验, 经过反复 试验, 克服了许多困难, 终于获得成功Ζ他们说: “这样的实验是我们终身难忘的! ” 在“自学物理实验”中, 学生要自行设计实 验装置、自行准备实验器材、自行拟定实验步 骤Ζ这样的实验激发了他们学习物理知识、探索 物理规律的热情和积极性, 加深了对物理规律 的切身感受和实际体会, 提高了动手能力, 激励 了创新精神Ζ 这门选修课自开设以来一直深受 学生欢迎, 选修率达 75% 以上Ζ 自 1999 年,“自学物理实验”作为公共选修 课开始向全校文、理、医、管各科全面开设Ζ根据 不同的要求, 实验中心编写了适用于全校文、 理、医、管各科的教材Ζ共编入了 21 个实验, 如: 激光窃听, 压电陶瓷片的设计实验, 多普勒效应 实验研究等Ζ 这部分选课学生的学习积极性是 相当高的, 经常与任课老师进行讨论, 收获很 大Ζ 3 “基础物理实验”选修课 由于一年级的新生来自于全国的各个省 份, 学生之间的物理实验基础参差不齐, 甚至于 相差悬殊Ζ这样一来,“基础物理实验”就作为一 门为物理系实验基础较弱的学生开设的选修 课Ζ其内容多为一些最基本的物理实验, 是学习 物理实验的基本知识、基本方法、基本技能(三 基) 方面所必需的基础训练Ζ如: 长度测量, 电表 改装, 示波器使用, 几何光学等Ζ 如果学生在中 学阶段已经接受过较完善的物理实验训练, 可 以不选修此课Ζ经过一个学期的训练, 这部分学 生的物理实验基础均有较大程度的提高, 也为 下一阶段的学习打下了良好的基础Ζ 4 “综合物理实验”选修课 在进行了正规的实验训练以后, 我们又为 高年级的学生开设了一门选修课, 称为“综合物 理实验”Ζ 这门课为每周 3 学时, 每学期 3 学 分; 对于基地班, 这是必修课Ζ 这门课着重于对 优秀学生的培养, 它要求学生在一个学期完成 1～ 2 个小型研究课题Ζ这些课题具有一定的科 学研究性质, 要求学生自己调研和查阅资料, 自 己设计、装配、调试实验装置, 直至完成实验Ζ在 教学过程中, 教师仅给学生一些建议或者与他 们进行部分必要的讨论, 但从不讲解如何做这 些实验Ζ这样的实验完成起来虽有难度, 但学生 觉得这样的学习具有挑战性, 因而很有兴趣; 并 且在克服困难的过程中, 也提高了他们的心理 素质Ζ 综合实验结束时, 每个课题都要写出论 文, 其中大部分具有创新的成果Ζ 例如, 国内外 物理实验教材关于用绝热膨胀法测空气比热容 82 物理实验 第 22 卷 第 3 期 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验第22卷第3 比的实验,一般都采用U形水银压力计测压学生.这门课为每周3学时,每学期3学分·其 强,用水银温度计测温度·由于空气热容量很难易程度介于普通物理与近代物理实验之间 小,这种测量结果只能是粗略的两位学生在综实验内容与当前高新技术的应用紧密结合,如 合实验中经过调查研究和反复试验,自己设计光通信(光开关)、温度传感器、步进马达控制、 了新型的测量装置,用直径仅几微米的灯泡钨超导量子干涉器等,学生通过这门实验可以扩 丝改制成高灵敏的温度传感器,用扩散硅压力大知识面,了解高新技术应用型实验的方法和 传感器测压强,使该实验的准确程度大大提高.手段,学生反映较好 这种测量装置已由复旦大学科教仪器厂制成仪 器批量生产,推广到二十多所高校使用,效果良 6结束语 好9597三个年级的学生通过综合实验所写 综上所述,几年来的教学实践使我们充分 出的论文,已有近30篇在学术杂志上发表 认识到这4门实验选修课程促进了学生的创 5“应用物理实验”选修课 造能力的提高,帮助他们在科学研究的道路上 迈出了坚实的一步这些成果是初步的,我们还 实验中心开的第4门选修课为“应用物理需要努力探索,开出更多、更好的实验 实验”,面对的是物理类(物理材料、电光源)的 (2001-10-26收稿) K,K,调节Rs’,使各电表的指针偏转均在正常 双伏单安法测电阻 工作范围,并调节Rs,使伏特表V的示数Uo等 于V'的示数Uo的一半(此后不得调动Rs),这 黄绍书 时有 用优安法测量电阻最大的不足是伏特表、传测电阻A,两端电压C灬满足 (贵州省黔西私立水西中学551500) 安培表的内电阻对待测电阻的测量值有着较大 断开开关K,安培表A的示数即总电流1 的影响文献[[4对伏安法进行了改进受完全通过Rx;伏特表V的示数U即为R。两端 其启发,本文给出双伏单安法测电阻 电压,也等于Rx的两端电压,因此待测电阻Rx 双伏单安法测电阻的电路见图1,用伏特的测量值为 参考文献 1王新生电桥伏安法测电阻[]物理实验,1996,16 (1):42 2黄绍书·电桥伏安法及其应用[].物理通报,1999 (5):36,38 3张昆.单伏双安法测电阻[],物理实验,200020 (2):38, 图1双伏单安法测电阻 4李龙海,双“单电桥”测低电阻的两类方法[]物理 表V,V‘和安培表A来完成对待测电阻Rx两实验,200020(2):43 端电压及通过的电流强度的测量.闭合开关 (2001-09-13收稿) c1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId. All rights reserved
比的实验, 一般都采用 U 形水银压力计测压 强, 用水银温度计测温度Ζ 由于空气热容量很 小, 这种测量结果只能是粗略的Ζ两位学生在综 合实验中经过调查研究和反复试验, 自己设计 了新型的测量装置, 用直径仅几微米的灯泡钨 丝改制成高灵敏的温度传感器, 用扩散硅压力 传感器测压强, 使该实验的准确程度大大提高Ζ 这种测量装置已由复旦大学科教仪器厂制成仪 器批量生产, 推广到二十多所高校使用, 效果良 好Ζ95～ 97 三个年级的学生通过综合实验所写 出的论文, 已有近 30 篇在学术杂志上发表Ζ 5 “应用物理实验”选修课 实验中心开的第 4 门选修课为“应用物理 实验”, 面对的是物理类(物理、材料、电光源) 的 学生Ζ这门课为每周 3 学时, 每学期 3 学分Ζ其 难易程度介于普通物理与近代物理实验之间, 实验内容与当前高新技术的应用紧密结合, 如: 光通信(光开关)、温度传感器、步进马达控制、 超导量子干涉器等, 学生通过这门实验可以扩 大知识面, 了解高新技术应用型实验的方法和 手段Ζ 学生反映较好Ζ 6 结束语 综上所述, 几年来的教学实践使我们充分 认识到: 这 4 门实验选修课程促进了学生的创 造能力的提高, 帮助他们在科学研究的道路上 迈出了坚实的一步Ζ这些成果是初步的, 我们还 需要努力探索, 开出更多、更好的实验Ζ (2001210226 收稿) 双伏单安法测电阻 黄绍书 (贵州省黔西私立水西中学 551500) 用伏安法测量电阻, 最大的不足是伏特表、 安培表的内电阻对待测电阻的测量值有着较大 的影响Ζ文献[1 ]～ [4 ]对伏安法进行了改进Ζ受 其启发, 本文给出双伏单安法测电阻Ζ 双伏单安法测电阻的电路见图 1, 用伏特 图 1 双伏单安法测电阻 表V , V ′和安培表A 来完成对待测电阻 R x 两 端电压及通过的电流强度的测量Ζ 闭合开关 K′, K, 调节R S′, 使各电表的指针偏转均在正常 工作范围, 并调节R S, 使伏特表V 的示数U 0 等 于V ′的示数U 0′的一半(此后不得调动 R S) , 这 时有 R x = R S ∥R V (1) 待测电阻R x 两端电压U x 0满足 U x 0 = U 0 = U 0′ö2 (2) 断开开关 K, 安培表A 的示数即总电流 I 完全通过 R x ; 伏特表V 的示数U 即为 R s 两端 电压, 也等于R x 的两端电压, 因此待测电阻 R x 的测量值为 R x = U öI (3) 参考文献 1 王新生Λ电桥伏安法测电阻[J ]Λ物理实验, 1996, 16 (1): 42 2 黄绍书Λ 电桥伏安法及其应用[J ]Λ 物理通报, 1999 (5): 36, 38 3 张昆Λ 单伏双安法测电阻[J ]Λ 物理实验, 2000, 20 (2): 38, 42 4 李龙海Λ双“单电桥”测低电阻的两类方法[J ]Λ物理 实验, 2000, 20 (2): 43 (2001209213 收稿) 物理实验 第 22 卷 第 3 期 92 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved