第24卷第11期 物理实验 2004年11月 PHYSICS EXPERIMEN TATION NoY 2004 定性与半定量物理实验教学初探 沈元华 (复旦大学物理学系,上海200433) 摘要:近年来,复旦大学在物理实验教学中适当加入了一批定性与半定量实验,实践证明,该类实验有利于培养学 生分析问题与解决问题的能力增强科学洞察力与判断力,激发他们的求知欲与创新精神,提高其科学素质,本文介绍 了开设这些实验的经验、体会及初步效果 关键词:定性与半定量实验;物理实验;教学改革 中图分类号:G642.423文献标识码 文章编号:10054642(2004)11-00203 1定性与半定量物理实验教学的必要性 础 定性或半定量实验是极其重要的,是战略性 物理学是一门高度定量化的学科,许多物理的它能以较小的代价得到事半功倍的效果.物 实验都离不开测量,有些还需要十分精确的测量.理学家在进行探索性的实验研究中,往往都是从 物理实验中已能达到的定量测量的精度极高,如定性或半定量实验入手的.如果在一个简单的定 里德伯常量R∞的测量结果已达到13位有效数性实验中已看到成功的希望,则可以着手进行更 字(相对不确定度达8×10-12).但是,并不是所深入更精确的实验;如果在定性实验中已得到否 有物理实验都必须达到很高的精度.不同的实验定的结果,则更精确复杂的定量实验就往往只是 目的要求不同的精度,不应盲目追求高精度.实浪费时间、金钱与精力.在某种意义上说,定性或 际上,不少物理实验是定性的或半定量的,即只要半定量实验相当于粗调,定量实验相当于微调,而 求看到明确的物理现象,或只要求很少的有效数实验总是应该先粗调后微调的因此,学习设计 字(例如1位有效数字)就够了.这种实验虽然看和进行定性或半定量实验,是实验教学中不可缺 似简单,但意义深刻.历史上许多关键性的实验少的环节,是素质教育的重要内容 恰恰正是这种定性或半定量的实验 但是在以往的物理实验教学中,很少有这种 例如,伽利略为推翻亚里士多德关于“物体下类型的实验让学生做.以致有些学生误认为物理 落速度与其重量成正比”的学说而进行的比萨斜实验就是大量的测量和严格的数据处理.他们往 塔实验,堪称定性实验的典范.这个实验不必精往只记录数据不记录现象,注重误差分析而忽略 确测量2个质量不同的球的下落速度,只要看到了对物理现象的分析.这是不利于学生科学素质 两球几乎同时落地就可以了.为了证明“光是一的全面提高的.为了有利于训练学生观察自然现 种波动”的学说,阿喇果设计了观察圆盘阴影中心象的科学方法,培养学生发现问题、分析问题和解 有亮点的著名实验.当然,这也是一个典型的定决问题的能力,增强学生的科学洞察力和判断力 性实验,不必精确测量阴影中的光强分布,只要看激发学生的求知欲望和创新精神,在基础物理实 到阴影中心确有亮点就足以令菲涅耳的波动说最验中适当加入定性与半定量实验,是完全必要的 终战胜牛顿的微粒说.著名的迈克耳孙莫雷实 验则是个半定量实验,目的在于研究地球与“以 2定性与半定量物理实验教学的可行性 太”的相对运动,其测量精度并不高,结果也没有 在基础物理实验教学中,新增一些定性与半 很多的有效数字,但却成了相对论的重要实验基定量实验的内容,困难不是很大.根据我们的实 第三届全国高等学校物理实验教学研讨会”特约报告 攸稿日期:2004-0702 作者简介:沈元华(1939),男,浙江嘉定人,复旦大学物理学系教授,长期从事物理实验教学与研究工作 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, Ltd All rights reserved
第 24 卷 第 11 期 2004 年 11 月 物 理 实 验 PHYSICS EXPERIMEN TA TION Vol. 24 No. 11 Nov. ,2004 “第三届全国高等学校物理实验教学研讨会”特约报告 收稿日期 :2004207202 作者简介 :沈元华(1939 - ) ,男 ,浙江嘉定人 ,复旦大学物理学系教授 ,长期从事物理实验教学与研究工作. 定性与半定量物理实验教学初探 沈元华 (复旦大学 物理学系 ,上海 200433) 摘 要 :近年来 ,复旦大学在物理实验教学中适当加入了一批定性与半定量实验 ,实践证明 ,该类实验有利于培养学 生分析问题与解决问题的能力 ,增强科学洞察力与判断力 ,激发他们的求知欲与创新精神 ,提高其科学素质. 本文介绍 了开设这些实验的经验、体会及初步效果. 关键词 :定性与半定量实验 ;物理实验 ;教学改革 中图分类号 : G642. 423 文献标识码 :B 文章编号 :100524642 (2004) 1120025203 1 定性与半定量物理实验教学的必要性 物理学是一门高度定量化的学科 ,许多物理 实验都离不开测量 ,有些还需要十分精确的测量. 物理实验中已能达到的定量测量的精度极高 ,如 里德伯常量 R ∞的测量结果已达到 13 位有效数 字(相对不确定度达 8 ×10 - 12) . 但是 ,并不是所 有物理实验都必须达到很高的精度. 不同的实验 目的要求不同的精度 ,不应盲目追求高精度. 实 际上 ,不少物理实验是定性的或半定量的 ,即只要 求看到明确的物理现象 ,或只要求很少的有效数 字(例如 1 位有效数字) 就够了. 这种实验虽然看 似简单 ,但意义深刻. 历史上许多关键性的实验 恰恰正是这种定性或半定量的实验. 例如 ,伽利略为推翻亚里士多德关于“物体下 落速度与其重量成正比”的学说而进行的比萨斜 塔实验 ,堪称定性实验的典范. 这个实验不必精 确测量 2 个质量不同的球的下落速度 ,只要看到 两球几乎同时落地就可以了. 为了证明“光是一 种波动”的学说 ,阿喇果设计了观察圆盘阴影中心 有亮点的著名实验. 当然 ,这也是一个典型的定 性实验 ,不必精确测量阴影中的光强分布 ,只要看 到阴影中心确有亮点就足以令菲涅耳的波动说最 终战胜牛顿的微粒说. 著名的迈克耳孙2莫雷实 验则是个半定量实验 ,目的在于研究地球与“以 太”的相对运动 ,其测量精度并不高 ,结果也没有 很多的有效数字 ,但却成了相对论的重要实验基 础. 定性或半定量实验是极其重要的 ,是战略性 的. 它能以较小的代价得到事半功倍的效果. 物 理学家在进行探索性的实验研究中 ,往往都是从 定性或半定量实验入手的. 如果在一个简单的定 性实验中已看到成功的希望 ,则可以着手进行更 深入更精确的实验 ;如果在定性实验中已得到否 定的结果 ,则更精确复杂的定量实验就往往只是 浪费时间、金钱与精力. 在某种意义上说 ,定性或 半定量实验相当于粗调 ,定量实验相当于微调 ,而 实验总是应该先粗调后微调的. 因此 ,学习设计 和进行定性或半定量实验 ,是实验教学中不可缺 少的环节 ,是素质教育的重要内容. 但是在以往的物理实验教学中 ,很少有这种 类型的实验让学生做. 以致有些学生误认为物理 实验就是大量的测量和严格的数据处理. 他们往 往只记录数据不记录现象 ,注重误差分析而忽略 了对物理现象的分析. 这是不利于学生科学素质 的全面提高的. 为了有利于训练学生观察自然现 象的科学方法 ,培养学生发现问题、分析问题和解 决问题的能力 ,增强学生的科学洞察力和判断力 , 激发学生的求知欲望和创新精神 ,在基础物理实 验中适当加入定性与半定量实验 ,是完全必要的. 2 定性与半定量物理实验教学的可行性 在基础物理实验教学中 ,新增一些定性与半 定量实验的内容 ,困难不是很大. 根据我们的实 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
物理实验 第24卷 践经验看,这种实验主要可从以下几方面来获得:即将拉断时的形状;超导磁悬浮力的测量实验中 1)移植演示实验 观察与分析超导体在液氮注入时逐渐浮起和在液 目前各校都有相当数量的演示实验,一般都氮蒸发完前后慢慢落下的过程等 有较深刻的物理内涵,其中一部分经过移植,就可 3)引进国外设备 以成为让学生做的定性与半定量实验.例如,激 国外仪器设备中注意定性与半定量的内容较 光在钢尺上反射得到许多衍射光的演示实验,十多,有些是值得引进的.例如,德国莱宝公司的夫 分清晰的表明反射定律是有条件的,当反射面上兰克-赫兹实验仪与我国产同类仪器的主要差别 有规则的刻痕时,就可能出现反射角不等于入射就在于他们的管子比较大并且是充氖的(而不是 角的情况,并可演示若干级次的衍射条纹.这个充氩或汞的).当电压加高时,随着电子能量的增 实验原来是用功率较大的氦氖激光在大教室里做加,氖在阳极附近被激发而发出美丽的红光,这种 的.我们把它改为用小功率的半导体激光器在实红光由于电压的进一步升高而向阴极移动,阳极 验桌上做,让学生观察激光以各种入射角在钢尺又呈暗态;电压再加高时,在阳极附近再次发光并 各部分反射的情况,看到当入射角足够大而刻线可在管中看到2片红光,电压又加高时,又看到3 足够密时,反射光斑会分裂为许多独立的光点,使片红光……学生不仅在测量电流时可测出一个接 学生对衍射现象及其产生的条件有很直观的了一个的峰值,且可同时观察到一片又一片的红光 解,通过测量这些光点间的距离等,就可以算出激我们进一步引导学生讨论红光与激发态的关系 光的波长.虽然这并不是一个测量光波长的好方红光的宽度和亮度与电压的关系等,这就使原来 法,测量精度也不高,但其方法与工具都非常简十分典型的定量实验充实了丰富的定性的内容, 单,物理概念又相当清晰,测量结果也很可靠;这学生的兴趣也大大提高了.又如莱宝公司的ⅹ光 对于训练学生观察与分析物理现象的能力,加深衍射仪中有一个观察X光透视像的荧光屏,让学 对物理光学的理解,都十分有利.这一类实验很生把自己的笔袋或计算器放入,观察其透视像并 多,如浮水硬币实验驻波实验、电磁感应实验、旋研究它的强度、清晰度与ⅹ光管电压、电流的关 转磁场实验等 系,也使这个典型的定量实验充实了定性的内容 2)改造原有实验 4)研制新型仪器 一些以测量为主的实验,只要在实验要求上 除了以上这些方法外,我们还设计研制了一 作适当改造,就可以成为有丰富定性与半定量内些新仪器,用于定性与半定量实验.例如,在美国 容的新实验.例如用迈克耳孙干涉仪测波长是一哈佛有一个“单摆打靶”的实验,我们认为它的思 个典型的以测量为主的实验,我们要求学生读移路很好,但过于简单,于是参考它的思路重新设计 动500个条纹时反射镜的移动距离,从而得到汞了用单摆球去撞击另一个小球,让后者去打靶的 灯的波长,可达4位有效数字.实验虽精确,但内实验,并把它做成了仪器.这个实验的基本要求 容相当枯燥,学生常读得头昏眼花,而实验的收获是先让学生计算若无能量损失,则应用多高的摆」 却并不大.现在我们把实验要求改变为不读500球去碰撞另一个小球,就可击中靶心;然后根据实 条,只读50条,有效数字少了1位,但测量方法仍际击中的位置计算碰撞前后有多少能量损失了, 然学会了;省下的时间要求学生比较激光条纹与并算出要提高多少才可击中靶心;最后再经过仔 汞灯条纹的异同、圆条纹与直条纹的异同、从圆条细微调,要求每次碰撞都可击中靶心.这个实验 纹的涌出与缩进判断两反射镜的相对位置,甚至让学生边计算边实验,理论实际必须紧密结合;边 要求学生取下近视眼镜(或带上远视眼镜)去观察动手边动脑,各项调节必须心灵手巧.在“选做部 汞灯圆条纹,以判断条纹的定域等,使实验的物理分”还有小球撞大球、重球撞轻球等,“拓展部分 内涵丰富了把学生的注意力从单纯追求测准波则还有让学生自己设计实验来确定能量损失到哪 长引导到对迈克耳孙干涉仪原理的了解和对各种里去了等,内容很丰富,适宜于对各类学生的因材 干涉的本质与特点等方面来,充实了这个传统基施教.又如,光镊子是一种国际上最新发展的高 础实验的定性与半定量的内容.类似的内容有:技术,有很深刻的物理思想.我们改造了一台显 液体表面张力系数测量实验中,观察与分析液膜微镜,配上大功率激光器和适当的光路,构成了 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId Al rights reserved
践经验看 ,这种实验主要可从以下几方面来获得 : 1) 移植演示实验 目前各校都有相当数量的演示实验 ,一般都 有较深刻的物理内涵 ,其中一部分经过移植 ,就可 以成为让学生做的定性与半定量实验. 例如 ,激 光在钢尺上反射得到许多衍射光的演示实验 ,十 分清晰的表明反射定律是有条件的 ,当反射面上 有规则的刻痕时 ,就可能出现反射角不等于入射 角的情况 ,并可演示若干级次的衍射条纹. 这个 实验原来是用功率较大的氦氖激光在大教室里做 的. 我们把它改为用小功率的半导体激光器在实 验桌上做 ,让学生观察激光以各种入射角在钢尺 各部分反射的情况 ,看到当入射角足够大而刻线 足够密时 ,反射光斑会分裂为许多独立的光点 ,使 学生对衍射现象及其产生的条件有很直观的了 解 ,通过测量这些光点间的距离等 ,就可以算出激 光的波长. 虽然这并不是一个测量光波长的好方 法 ,测量精度也不高 ,但其方法与工具都非常简 单 ,物理概念又相当清晰 ,测量结果也很可靠 ;这 对于训练学生观察与分析物理现象的能力 ,加深 对物理光学的理解 ,都十分有利. 这一类实验很 多 ,如浮水硬币实验、驻波实验、电磁感应实验、旋 转磁场实验等. 2) 改造原有实验 一些以测量为主的实验 ,只要在实验要求上 作适当改造 ,就可以成为有丰富定性与半定量内 容的新实验. 例如用迈克耳孙干涉仪测波长是一 个典型的以测量为主的实验 ,我们要求学生读移 动 500 个条纹时反射镜的移动距离 ,从而得到汞 灯的波长 ,可达 4 位有效数字. 实验虽精确 ,但内 容相当枯燥 ,学生常读得头昏眼花 ,而实验的收获 却并不大. 现在我们把实验要求改变为不读 500 条 ,只读 50 条 ,有效数字少了 1 位 ,但测量方法仍 然学会了 ;省下的时间要求学生比较激光条纹与 汞灯条纹的异同、圆条纹与直条纹的异同、从圆条 纹的涌出与缩进判断两反射镜的相对位置 ,甚至 要求学生取下近视眼镜(或带上远视眼镜) 去观察 汞灯圆条纹 ,以判断条纹的定域等 ,使实验的物理 内涵丰富了 ,把学生的注意力从单纯追求测准波 长引导到对迈克耳孙干涉仪原理的了解和对各种 干涉的本质与特点等方面来 ,充实了这个传统基 础实验的定性与半定量的内容. 类似的内容有 : 液体表面张力系数测量实验中 ,观察与分析液膜 即将拉断时的形状 ;超导磁悬浮力的测量实验中 , 观察与分析超导体在液氮注入时逐渐浮起和在液 氮蒸发完前后慢慢落下的过程等. 3) 引进国外设备 国外仪器设备中注意定性与半定量的内容较 多 ,有些是值得引进的. 例如 ,德国莱宝公司的夫 兰克2赫兹实验仪与我国产同类仪器的主要差别 就在于他们的管子比较大并且是充氖的 (而不是 充氩或汞的) . 当电压加高时 ,随着电子能量的增 加 ,氖在阳极附近被激发而发出美丽的红光 ,这种 红光由于电压的进一步升高而向阴极移动 ,阳极 又呈暗态 ;电压再加高时 ,在阳极附近再次发光并 可在管中看到 2 片红光 ,电压又加高时 ,又看到 3 片红光 ……学生不仅在测量电流时可测出一个接 一个的峰值 ,且可同时观察到一片又一片的红光. 我们进一步引导学生讨论红光与激发态的关系、 红光的宽度和亮度与电压的关系等 ,这就使原来 十分典型的定量实验充实了丰富的定性的内容 , 学生的兴趣也大大提高了. 又如莱宝公司的 X 光 衍射仪中有一个观察 X 光透视像的荧光屏 ,让学 生把自己的笔袋或计算器放入 ,观察其透视像并 研究它的强度、清晰度与 X 光管电压、电流的关 系 ,也使这个典型的定量实验充实了定性的内容. 4) 研制新型仪器 除了以上这些方法外 ,我们还设计研制了一 些新仪器 ,用于定性与半定量实验. 例如 ,在美国 哈佛有一个“单摆打靶”的实验 ,我们认为它的思 路很好 ,但过于简单 ,于是参考它的思路重新设计 了用单摆球去撞击另一个小球 ,让后者去打靶的 实验 ,并把它做成了仪器. 这个实验的基本要求 是先让学生计算若无能量损失 ,则应用多高的摆 球去碰撞另一个小球 ,就可击中靶心 ;然后根据实 际击中的位置计算碰撞前后有多少能量损失了 , 并算出要提高多少才可击中靶心 ;最后再经过仔 细微调 ,要求每次碰撞都可击中靶心. 这个实验 让学生边计算边实验 ,理论实际必须紧密结合 ;边 动手边动脑 ,各项调节必须心灵手巧. 在“选做部 分”还有小球撞大球、重球撞轻球等“拓展部分” , 则还有让学生自己设计实验来确定能量损失到哪 里去了等 ,内容很丰富 ,适宜于对各类学生的因材 施教. 又如 ,光镊子是一种国际上最新发展的高 技术 ,有很深刻的物理思想. 我们改造了一台显 微镜 ,配上大功率激光器和适当的光路 ,构成了一 62 物理实验 第 24 卷 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第11期 沈元华:定性与半定量物理实验教学初探 台光镊子.学生可以用它定性地观察光与物质粒改造世界,我在搞一项发明,发现一种理论、个 子之间的动量交换和角动量交换,半定量地测量应用……学习物理这门世界上最本质的学科(它 纵向与横向捕陷力,物理内容非常丰富,深受学生的应用面如此之广)是多么有用!感觉很充实.” 欢迎 苏淋说:“这些实验有利于训练学生在实践中发现 3定性与半定量物理实验教学的实践效果 问题、分析问题和解决问题,增强科学洞察力和判 断力,培养创新意识和创造能力,养成追根寻源 近年来我们排出了各种定性与半定量实验 丝不苟和实事求是的基本科学素质,这对于我 共40余个,如硬币起飞、碰撞打靶、编钟探秘、电们现在乃至将来的学习和工作无疑会有莫大的帮 磁感应、光通信、激光测温、全息照相、真空镀膜、助.”顾颍华说:“物理实验课教给我的不仅仅是知 液晶光阀、光镊子等;并在许多实验中加入了定性识,从实验中我还培养了自己动手、自己摸索的观 与半定量的内容,如上述迈克耳孙干涉仪实验等,念和习惯,它让我体会到了真正的素质教育.” 使定性与半定量实验的内容在基础物理实验 3)不少学生在这类实验中充分发挥自己的创 中约占1/4,在大平台物理实验中约占1/3,在设造性,做出了一些有特色的成果.如一年级的申 计性研究性物理实验1中约占12,在全校公选志坤同学在碰撞打靶实验中自己设计实验来分析 课物理实验中约占80%.这样做的结果,受到了能量损失的来源,写出了颇有质量的论文,这使他 学生的普遍欢迎.我们初步看到了以下效果 对物理的兴趣大为提高,以致从医学院转到信息 1)学生的学习积极性大为提高.不少学生要学院学习;二年级的孙纯同学在真空镀膜实验中 求增加实验课时,甚至有的学生提出,象计算机可创造性地编写了极有实用价值的CAI软件,受到 以花钱买上机课一样,要花钱买实验课.以定性学校和工厂、研究所的欢迎;三年级的陆思渊同学 与半定量实验为主的全校公选课物理实验选修情在激光测温实验中利用课外时间做了许多创造性 况年年爆满.2002年由我校教务处组织理科 的工作,荣获第7届全国“挑战杯”一等奖.近年 年级学生对大平台各门课程“打分”的结果是:3来我校学生经定性与半定量实验而发表的论文有 门专业课程(数学、物理、生物)的平均分为4.3720余篇,其中3篇获奖,1篇被EI收录 分,而普通物理实验课达到4.55分;在对该实验 总之我们的实践表明,在普通物理实验教学 课程的问卷调查中,学生最感兴趣的实验都是定中,适当加入定性与半定量实验的内容很有必要 性与半定量实验,而最不感兴趣的实验则几乎都也是完全可行的,它应该成为物理实验教学内容 是测量性实验 改革的一个重要方面 2)不少学生认为这些实验不仅丰富了他们的 物理知识,提高实验技术,而且提高了他们的科学参考文献 素质.学生彭炜娜说:“这种实验不特别注重实验[1沈元华,陆申龙.基础物理实验[M]北京:高等教 数据的记录,而要求从定性的角度对物理规律加 育出版社,2003 深理解;它并不规定学生必须得到如何精确的结2]沈元华.设计性研究性物理实验教程[M].上海 果,甚至并不一定要求完全正确的解释,却更加鼓 复旦大学出版社 励你勇敢提出自己的见解,自己设计实验去证明 [3]沈元华.设计性研究性物理实验介绍卩].物理实 验,2004,24(2):24~37 这种真正意义上的对学生素质的要求是对学生最[4]马世红,赵在忠,王煜,等.开设实验选修课,培养学 好的培养”.曹世海说:“我在做实验时常有这样 生创新能力J].物理实验,2002,22(3)27~29 的感觉:我是一个物理工作者,我在用手中的武器 (下转第33页) 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId Al rights reserved
台光镊子. 学生可以用它定性地观察光与物质粒 子之间的动量交换和角动量交换 ,半定量地测量 纵向与横向捕陷力 ,物理内容非常丰富 ,深受学生 欢迎. 3 定性与半定量物理实验教学的实践效果 近年来 ,我们排出了各种定性与半定量实验 共 40 余个 ,如硬币起飞、碰撞打靶、编钟探秘、电 磁感应、光通信、激光测温、全息照相、真空镀膜、 液晶光阀、光镊子等 ;并在许多实验中加入了定性 与半定量的内容 ,如上述迈克耳孙干涉仪实验等 , 使定性与半定量实验的内容在基础物理实验[1 ] 中约占 1/ 4 ,在大平台物理实验中约占 1/ 3 ,在设 计性研究性物理实验[2 ]中约占 1/ 2 ,在全校公选 课物理实验中约占 80 %. 这样做的结果 ,受到了 学生的普遍欢迎. 我们初步看到了以下效果 : 1) 学生的学习积极性大为提高. 不少学生要 求增加实验课时 ,甚至有的学生提出 ,象计算机可 以花钱买上机课一样 ,要花钱买实验课. 以定性 与半定量实验为主的全校公选课物理实验选修情 况年年爆满. 2002 年由我校教务处组织理科一 年级学生对大平台各门课程“打分”的结果是 : 3 门专业课程 (数学、物理、生物) 的平均分为 4. 37 分 ,而普通物理实验课达到 4. 55 分 ;在对该实验 课程的问卷调查中 ,学生最感兴趣的实验都是定 性与半定量实验 ,而最不感兴趣的实验则几乎都 是测量性实验. 2) 不少学生认为这些实验不仅丰富了他们的 物理知识 ,提高实验技术 ,而且提高了他们的科学 素质. 学生彭炜娜说“这种实验不特别注重实验 : 数据的记录 ,而要求从定性的角度对物理规律加 深理解 ;它并不规定学生必须得到如何精确的结 果 ,甚至并不一定要求完全正确的解释 ,却更加鼓 励你勇敢提出自己的见解 ,自己设计实验去证明. 这种真正意义上的对学生素质的要求是对学生最 好的培养”. 曹世海说 “我在做实验时常有这样 : 的感觉 :我是一个物理工作者 ,我在用手中的武器 改造世界 ,我在搞一项发明 ,发现一种理论、一个 应用 ……学习物理这门世界上最本质的学科 (它 的应用面如此之广) 是多么有用 ! 感觉很充实. ” 苏淋说“这些实验有利于训练学生在实践中发现 : 问题、分析问题和解决问题 ,增强科学洞察力和判 断力 ,培养创新意识和创造能力 ,养成追根寻源、 一丝不苟和实事求是的基本科学素质 ,这对于我 们现在乃至将来的学习和工作无疑会有莫大的帮 助. ”顾颍华说“物理实验课教给我的不仅仅是知 : 识 ,从实验中我还培养了自己动手、自己摸索的观 念和习惯 ,它让我体会到了真正的素质教育. ” 3) 不少学生在这类实验中充分发挥自己的创 造性 ,做出了一些有特色的成果. 如一年级的申 志坤同学在碰撞打靶实验中自己设计实验来分析 能量损失的来源 ,写出了颇有质量的论文 ,这使他 对物理的兴趣大为提高 ,以致从医学院转到信息 学院学习 ;二年级的孙纯同学在真空镀膜实验中 创造性地编写了极有实用价值的 CAI 软件 ,受到 学校和工厂、研究所的欢迎 ;三年级的陆思渊同学 在激光测温实验中利用课外时间做了许多创造性 的工作 ,荣获第 7 届全国“挑战杯”一等奖. 近年 来我校学生经定性与半定量实验而发表的论文有 20 余篇 ,其中 3 篇获奖 ,1 篇被 EI 收录. 总之 ,我们的实践表明 ,在普通物理实验教学 中 ,适当加入定性与半定量实验的内容很有必要 , 也是完全可行的 ,它应该成为物理实验教学内容 改革的一个重要方面. 参考文献 : [1 ] 沈元华 ,陆申龙. 基础物理实验[ M ]. 北京 :高等教 育出版社 ,2003. [2 ] 沈元华. 设计性研究性物理实验教程[ M ]. 上海 : 复旦大学出版社 ,2004. [3 ] 沈元华. 设计性研究性物理实验介绍[J ]. 物理实 验 ,2004 ,24 (2) :24～37. [4 ] 马世红 ,赵在忠 ,王煜 ,等. 开设实验选修课 ,培养学 生创新能力[J ]. 物理实验 ,2002 ,22 (3) ,27～29. (下转第 33 页) 第 11 期 沈元华 :定性与半定量物理实验教学初探 72 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved
第11期 马世红:设计性、研究性物理实验的实践情况 33 能够起到“抛砖引玉”的作用,兄弟院校的教师可 开发[A].《改革创新发展》(第一集)(世界银行贷 以结合各自的特点找到和开发出适合自己学校情 款21世纪初高等理工科教育教学改革项目研究成 况的设计性研究性物理实验 果)[C].北京:高等教育出版社,2003.260~263 设计性研究性实验不象测量性验证性实验那2马世红,赵在忠,王煜,等,开设实验选修课养学 样稳定,可以“数年如一日”的进行,而必须不断推 生创新能力[].物理实验,2002,22(3):27~29 [3]沈元华.设计性、研究性物理实验介绍[J].物理实 陈出新.有些实验经过几届学生做过后,已没有 验,2004,24(2):33~37 多少内容可自己独立设计和研究了,就应该淘汰 [4]沈元华,陈元杰,陆申龙,等.设计性研究性物理实 年年增加新内容,是设计性研究性实验能保持其 验教程[M].上海:复旦大学出版社,2004 趣味性、先进性、创新性、有效性的关键.因此,设[5]沈元华,陈元杰,陆申龙,等.设计性研究性物理实 计性研究性实验应是滚动性发展的实验,每年要 验教师用书(光盘)[M/CD]上海:复旦大学电子音 充实新内容、淘汰旧实验,不断发展改进要把各 出版社2004 种科研和教学活动的新成果不断反映进来,而教6]沈元华,陆申龙,基础物理实验M北京高等教 学方式方法也还要不断创新,以适应不断变化的 育出版社,2003 学生情况和社会需求 7]杨之昌,马秀芳.物理光学实验[M].上海:复旦大 学出版社,1993 参考文献 [1]马世红沈元华.设计性研究性物理实验的研究与 Practice of design and research physics experiments in Fudan University MA Shi-hong Central Lab for Physical Education, Physics Department, Fudan University, Shanghai 200433, China) Abstract Compared to traditional confirmatory and measuring experiments, design and research ex periments are a great help to develop the initiative ability of students. Part of design and research experi- ments set up in Fudan University in recent years are introduced in this paper, which are suitable for juni and senior undergraduate. The teaching method and preliminary effects are discussed Key words design and research experiment; physics experiments; teaching reform (上接第27页) Qualitative and semr quantitative physics experiments SHEn Yuarr hua Physics Department, Fudan University, Shanghai 200433, China) Abstract In recent years, some qualitative and semiquantitative experiments have been added in ex- periments teaching in Fudan University. It has been shown that these experiments contribute to developing the students' ability to analyze and solve problems, enhance their insight and judgment, encourage their desire for knowledge and creativity, and therefore enhance their scientific qualities. The experience and preliminary results are introduced Key words: qualitative and semiquantitative experiments; physics experiment; teaching reform 2 01995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co, LId Al rights reserved
能够起到“抛砖引玉”的作用 ,兄弟院校的教师可 以结合各自的特点找到和开发出适合自己学校情 况的设计性研究性物理实验. 设计性研究性实验不象测量性验证性实验那 样稳定 ,可以“数年如一日”的进行 ,而必须不断推 陈出新. 有些实验经过几届学生做过后 ,已没有 多少内容可自己独立设计和研究了 ,就应该淘汰. 年年增加新内容 ,是设计性研究性实验能保持其 趣味性、先进性、创新性、有效性的关键. 因此 ,设 计性研究性实验应是滚动性发展的实验 ,每年要 充实新内容、淘汰旧实验 ,不断发展改进. 要把各 种科研和教学活动的新成果不断反映进来 ,而教 学方式方法也还要不断创新 ,以适应不断变化的 学生情况和社会需求. 参考文献 : [1 ] 马世红 ,沈元华. 设计性研究性物理实验的研究与 开发[A ].《改革·创新·发展》(第一集) (世界银行贷 款 21 世纪初高等理工科教育教学改革项目研究成 果) [ C]. 北京 :高等教育出版社 ,2003. 260～263. [2 ] 马世红 ,赵在忠 ,王煜 ,等. 开设实验选修课 ,培养学 生创新能力[J ]. 物理实验 ,2002 ,22 (3) :27～29. [3 ] 沈元华. 设计性、研究性物理实验介绍[J ]. 物理实 验 ,2004 ,24 (2) :33～37. [4 ] 沈元华 ,陈元杰 ,陆申龙 ,等. 设计性研究性物理实 验教程[ M ]. 上海 :复旦大学出版社 ,2004. [5 ] 沈元华 ,陈元杰 ,陆申龙 ,等. 设计性研究性物理实 验教师用书(光盘) [ M/ CD ]. 上海 :复旦大学电子音 像出版社 ,2004. [6 ] 沈元华 ,陆申龙. 基础物理实验[ M ]. 北京 :高等教 育出版社 ,2003. [7 ] 杨之昌 ,马秀芳. 物理光学实验[ M ]. 上海 :复旦大 学出版社 ,1993. Practice of design and research physics experiments in Fudan University MA Shi2hong (Central Lab for Physical Education , Physics Department , Fudan University , Shanghai 200433 , China) Abstract : Compared to traditional confirmatory and measuring experiments , design and research ex2 periments are a great help to develop the initiative ability of students. Part of design and research experi2 ments set up in Fudan University in recent years are introduced in this paper , which are suitable for junior and senior undergraduate. The teaching method and preliminary effects are discussed. Key words : design and research experiment ; physics experiments ; teaching reform (上接第 27 页) Qualitative and semi2quantitative physics experiments SHEN Yuan2hua (Physics Department , Fudan University , Shanghai 200433 , China) Abstract : In recent years , some qualitative and semi2quantitative experiments have been added in ex2 periments teaching in Fudan University. It has been shown that these experiments contribute to developing the students’ability to analyze and solve problems , enhance their insight and judgment , encourage their desire for knowledge and creativity , and therefore enhance their scientific qualities. The experience and preliminary results are introduced. Key words : qualitative and semi2quantitative experiments ; physics experiment ; teaching reform 第 11 期 马世红 :设计性、研究性物理实验的实践情况 33 © 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved