淺析大學物理設計性實驗對學生科研素養(yǎng)的培養(yǎng).pdf

總第5 6 7 期 第4 期 2 0 1 5 年2 月 上旬出版 淺析大學物理設計性實驗對學生科研素養(yǎng)的培養(yǎng) 王玉華，李雪梅 ( 浙江海洋學院，浙江舟山3 1 6 0 2 2 ) 摘要：大學物理設計性實驗是學生獨立完成的物理實驗，可以培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng)，為下一 步開展研究創(chuàng)新實驗以及今后獨立從事科學研究工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。本文主要從大學物理設計性 實驗的主要環(huán)節(jié)和文獻的調(diào)研檢索，結(jié)合自己攻讀博士學位的經(jīng)歷，淺談大學物理設計性實驗對本科生 良好科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。 關(guān)鍵詞：大學物理設計性實驗科研素養(yǎng)科技論文文獻 o nE 日奄c to fD e s i 霉面n gP h y s i c sE x p e r i m e n to nC u l t i v a t i o n o fS t u d e n t s 7 S c i e n t m cL i t e r a c vi nC o e g e Y u h u aW 州G X u e m eiL I ( Z h e j i a n g0 c e a nU n i v e r s i t y ，Z h o u s h a n ，Z h e j i a n g3 1 6 0 0 0 ) A b s t r a c t ：T h ed e s i g n i n gp h y s i c se x p e r i e n ti nc o l l e g es h o u l db eo fe x p e r i m e n t f i n i s h e di n d e p e n d e n t l yb yc o l l e g es t u d e n t sw h o s a j o ri np h y s i c s T h ed e s i g n i n gp h y s i c s e x p e r i m e n t c a nc u l t i v a t eg o o ds c i e n t i f i cq u a l i t yo fc o l l e g es t u d e n t sa n dl a yas 0 1 i d f o u n d a t i o nf o rc 0 1 1 e g es t u d e n t sc a r r y i n go u ti n n o v a t i v ee x p e r i m e n t sa n ds c i e n t i f i c r e s e a r c hw o r ki n d e p e n d e n t l yi nt h ef u t u r e T h i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e s m e t h o d so f c u l t i v a t i n gs c i e n t i f i cq u a l i t yo fu n d e r g r a d u a t e st h r o u g ht h ep r o c e s so ft h ed e s i g n i n g p h y s i c se x p e r i m e n ta n di n v e s t i g a t i o na n dr e t r i e v a lo ft h el i t e r a t u r e ， i nc o m b i n a t i o nw i t h m yo w ne x p e r i e n c ew h i1 es t u d y i n gf o rd o c t o r a t ed e g r e e K e y w o r d s ： T h ed e s i g n i n gp h y s i c se x p e r i e n to fu n i v e r s i t y ，S c i e n t i f i c l i t e r a c y ， s c i e n t i f i cp a p e r s ，L i t e r a t u r e 大學物理設計性實驗是根據(jù)給定或自擬的實驗題目 和要求完成一個切實可行的實驗過程。相對大學物理基 礎(chǔ)性和提高性實驗，大學物理設計性實驗是一種較高層 次的實驗過程。大學物理設計性實驗要求學生根據(jù)實驗 題目獨立地全過程自行設計、分析和研究物理實驗過程。 基礎(chǔ)性實驗各個環(huán)節(jié)都己設計好，學生可以根據(jù)比較具 體的示范報告，按照教師的要求，在教師的帶領(lǐng)下完成 整個的實驗過程。而設計性實驗沒有具體實驗方案、儀 器配套設備、實驗原理和實驗步驟，實驗的各個環(huán)節(jié)都 要自行設計，主要靠學生自己來完成。通過大學物理設 計性實驗，全面復習大學物理知識和基本的實驗技能， 鍛煉意志，強化實驗技能及實驗設計思想的培養(yǎng)，是一 次再學習和再深化的過程。通過設計性實驗可以進一步 活躍同學們的物理實驗思想，強化思維能力及動手能力。 設計性實驗有利于鼓勵學生的創(chuàng)造性思維，可以培養(yǎng)和 提高實驗素養(yǎng)、增強創(chuàng)新意識。設計性實驗可以為下一 步開展研究創(chuàng)新實驗以及今后獨立從事科學研究工作打 下一個堅實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學生良好的科學素養(yǎng)。本文主 要從大學物理設計性實驗的主要環(huán)節(jié)和文獻的調(diào)研檢索， 結(jié)合自己攻讀博士學位的經(jīng)歷，淺談下大學物理設計性 基金項目：浙江海洋學院科研啟動經(jīng)費資助( 2 10 2 5 0 1 1 1 13 ) 作者簡介：李雪梅( 1 9 8 2 一) ，女，民族：漢，籍貫：山東，學歷：研究生，職稱：副教授，研究方向：物理學 1 3 4 萬方數(shù)據(jù) 教育管理 實驗對本科生良好科研素養(yǎng)的培養(yǎng)。 1 完成設計性實驗的主要環(huán)節(jié) 1 1 確定設計性實驗題目 設計性實驗項目分為基礎(chǔ)項目和創(chuàng)新項目?；A(chǔ)性 實驗項目由老師提供，但設計思路和實驗過程由學生完 成。這種實驗項目相對來說較為容易，如果一些同學基 礎(chǔ)不太好可以選擇此類實驗項目。通過這個實驗項目可 以對科研過程有個基本的了解，培養(yǎng)自己的基本科學素 養(yǎng) ( 2 】 3 | 。創(chuàng)新性實驗項目由學生自己確定實驗項目， 可以通過閱讀課本和網(wǎng)上查找文獻選擇自己感興趣的實 驗項目，發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)新性，從而培養(yǎng)更高層 次的科研素養(yǎng)。大學物理實驗的創(chuàng)新點主要有三個方面。 一是對實驗方法進行改進，盡量減小實驗誤差。在實驗 中改變一個主要物理量的測量范圍，計算測量的百分差 和相對不確定度，從而得到主要物理量的最佳值。二是 數(shù)據(jù)處理方法的改進，目前計算機技術(shù)發(fā)展迅速，以往 都是手算或者使用計算器計算數(shù)據(jù)，現(xiàn)在有很多先進的 軟件：0 r i g i n 、M a t l a b 和C 語言程序等，都可以對數(shù)據(jù) 進行快速準確的處理，對圖形進行直觀的顯示。三是結(jié) 合現(xiàn)代科技發(fā)展，在大學物理設計性實驗中加入新的科 技元素，使物理量的測量結(jié)果更加準確，發(fā)現(xiàn)更多有意 義的物理現(xiàn)象，使學生更加關(guān)注科學前沿。例如在光強 測量的實驗中加入傳感器，可以使測量更加方便準確， 也使學生可以更好的接受新的事物。 1 2 制定設計性實驗方案 確定實驗項目以后，通過閱讀大學物理實驗教材和 上網(wǎng)查找文獻，制定自己的實驗方案。實驗方案主要包 括下面幾個方面：構(gòu)建物理模型；確定理論依據(jù)；選擇 實驗儀器；選擇實驗方法；選擇測量方法；選擇測量條 件( 7 ) 安排實驗程序等；設計好數(shù)據(jù)記錄表格。 1 3 設計性實驗的課堂實踐 制定好實驗方案后，學生可以到實驗室進行實驗， 測量實驗數(shù)據(jù)。在實驗中主要注意以下幾點： 第一，運用理論指導實驗。在實驗過程中，不能憑 空想象來做實驗。必須依據(jù)實驗理論進行實驗的指導， 例如邁克爾遜干涉儀測量納黃光的實驗中，調(diào)節(jié)干涉條 紋過程中首先調(diào)節(jié)得到激光的干涉條紋，如果這時直接 把納光燈點亮很可能看不到干涉條紋 4 。如果按照理論 指導，兩束光光程差最小時比較容易觀察到干涉條紋， 因此調(diào)節(jié)粗動測微手輪使激光干涉條紋的間距最大，這 時再放上納燈，便比較容易地觀察到納光的干涉條紋。 第二，操作要嚴格規(guī)范，注意安全。實驗過程中操 作要嚴格規(guī)范，按照制定的實驗步驟進行操作才能實驗 成功。例如分光計實驗中，如果實驗初期不進行粗調(diào)的 話，那么后續(xù)的實驗不管多么認真，實驗也可能不會成功。 另外，實驗過程中一定要注意操作的安全性。例如在邁 克爾遜干涉儀實驗中，因為激光的能量高度集中，所以 眼睛一定不能直視激光束，激光器的方位不要胡亂調(diào)節(jié)， 以免傷害別的同學的眼睛。 第三，如實記錄實驗數(shù)據(jù)。實驗過程中記錄實驗數(shù) 據(jù)時，必須嚴謹認真和實事求是，不能按照自己的主觀 想法隨意拼湊和偽造數(shù)據(jù)。應該及時、準確和清楚地記 錄有關(guān)的實驗現(xiàn)象，不要放棄任何意想不到的新現(xiàn)象。 實驗過程中使用的各種特殊儀器的型號，也應該及時準 確地記錄。記錄實驗數(shù)據(jù)時，應注意其有效數(shù)字的位數(shù)。 用分析天平稱量時，要求記錄至O 0 0 0 l g ；用米尺測量 長度時，應記錄至O 0 5 c m ：用螺旋測微器測量長度時， 應記錄至0 0 0 1 衄。重復測量以減小隨機誤差時，即使 兩次的數(shù)據(jù)讀數(shù)完全相同，也應該如實記錄下來。數(shù)據(jù) 測量結(jié)束后，要及時對數(shù)據(jù)進行初步的分析，如果發(fā)現(xiàn) 數(shù)據(jù)錯誤，可以及時再一次進行數(shù)據(jù)的測量。重新測量 數(shù)據(jù)后，可將舊數(shù)據(jù)用一橫線劃去，并在舊數(shù)據(jù)的上方 寫上新的測量數(shù)據(jù)。 第四，隨時減小實驗誤差。在實驗過程中要隨時調(diào) 節(jié)實驗儀器，使實驗現(xiàn)象明顯，實驗測量快捷方便。例 如邁克爾遜干涉儀測量激光波長時，應該調(diào)節(jié)粗動測微 手輪使激光干涉條紋的間距最大，此時在微動測微手輪 上讀數(shù)時誤差較小，且眼睛不容易疲勞，有利于保護學 生的眼睛。牛頓環(huán)測納光實驗中，調(diào)焦時一定要細心， 同樣使條紋可見度最高，如此的測量精度會較高。密立 根實驗測油滴電荷量的實驗中，調(diào)節(jié)平衡電壓時使油滴 處于某一條水平線附近，可以容易地觀察到油滴有無在 運動，從而提高測量的精度。 第五，撰寫設計性實驗科技論文。任何期刊的論 文都有固定的格式，包括題目、作者、摘要、關(guān)鍵詞、 正文和參考文獻。大學物理設計性實驗的作業(yè)是提交一 份科技論文，對于科技論文的格式也做了具體的說明和 講解。題目、摘要和關(guān)鍵詞是對全文內(nèi)容的總結(jié)，概括 了全文的精華部分。書寫科技論文時，這三部分一定要 用心書寫，不然所做內(nèi)容再好，正文再具體，也不會引 起審稿人和讀者的興趣。正文中第一部分是引言，主要 書寫目前實驗中存在的問題，引起讀者的興趣。正文還 主要包括實驗原理、實驗方案、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)處理和 對測量結(jié)果的分析和討論。最后一部分是參考文獻，對 學生強調(diào)如果利用了別人的東西，一定要引用別人的文 獻或者其他發(fā)表的材料，增強學生的版權(quán)意識。另外， 1 3 5 萬方數(shù)據(jù) 教育管理 與書面寫實驗報告不同，科技論文中的公式一定要使用 M a t h t y p e 公式編輯器進行編寫，引導學生學會在科技論 文中插入公式和計算過程。 2 檢索文獻的方法 文獻檢索就是根據(jù)課題要求，使用檢索工具，按照 一定的步驟查找文獻的過程。下面以大學物理設計性實 驗為例，具體講解文獻檢索的方法。 在利用檢索工具進行檢索時，主要利用它的各種索 引，即通過檢索工具的索引提供的各種檢索途徑來查找 文獻的。檢索途徑主要分為外部特征途徑和內(nèi)部特征途 徑。相對而言，使用外部特征途徑檢索文獻較為方便， 其應用也較為廣泛。外部特征途徑又分為提名途徑、著 者途徑、號碼途徑和其他途徑。題名途徑是根據(jù)文獻題 名來檢索文獻的途徑。一般較多用于查找圖書、期刊、 單篇文獻。例如你打算查找一篇文獻，題目是：用邁克 爾遜干涉儀比較鈉光和激光的相干長度。那么你可以直 接在題目檢索欄目里面輸入這個題目，那么這篇文獻就 可以很容易的查找到。前提是包含這篇文獻的數(shù)據(jù)庫已 經(jīng)被本人所在單位購買。著者途徑是根據(jù)已知文獻著者 姓名查找文獻的一種途徑。通過著者途徑可以檢索到某 一著者對某一專題研究的主要文獻信息。例如學生的指 導老師是李雪梅，那么在姓名檢索欄中輸入李雪梅，便 可以查找到李雪梅所發(fā)表的文獻。號碼途徑是按已知號 碼來查找文獻的途徑。如專利號索引，標準文獻的標準 號索引等。其他途徑是輔助性檢索途徑，通過特殊途徑 找到所需文獻的索引。在檢索文獻時，上面幾種方法一 般都是聯(lián)合使用的。例如使用著者檢索李雪梅的文獻， 但是因為取名李雪梅的人較多，會搜索得到一大堆的文 獻。那么在單位檢索欄中再輸入浙江海洋學院，檢索范 圍就大大減小了。因此在檢索時，一定要設置好檢索詞， 才能得到自己需要的關(guān)鍵文獻。在進行文獻檢索時，可 以先根據(jù)課題檢索的需要，選擇相關(guān)的檢索工具，輸入 檢索詞語，按照相應的檢索途徑查找相關(guān)的資料，再根 據(jù)這些相關(guān)的資料查得相應的文獻線索，如題目、內(nèi)容 摘要、作者及作者單位、文獻出處等，再進一步檢索就 可以得到更加符合需求的文獻資料。 3 結(jié)束語 本科生通過大學物理設計性實驗可以培養(yǎng)良好的科 學素養(yǎng)，本文從確定設計性實驗題目、制定設計性實驗 方案、設計性實驗的課堂實踐和撰寫設計性實驗科技論 文四個方面闡述了設計性實驗的操作方法以及大學物理 設計性實驗對學生科研素養(yǎng)培養(yǎng)的作用。另外，本文還 以大學物理設計性實驗為例闡述了進行文獻調(diào)研和檢索 的方法，培養(yǎng)學生獲取資料的科研素養(yǎng)以及良好的版權(quán) 意識。 參考文獻： 1 】徐磊將物理科研帶入大學物理教學中 J 】科技資 訊，2 0 1 4 ，2 5 ：1 6 1 2 】梁楓，張道清現(xiàn)代化物理實驗教學模式初探 J 】教育 教學論壇，2 0 1 2 ，1 4 ：2 5 2 2 5 3 【3 】劉揚，魯剛，楊松，張民大學物理實驗教學改革的幾 點建議【J 】技術(shù)物理教學，2 0 12 ，0 4 ：9 0 一9 2 【4 】竺江峰，魯曉東，夏雪琴大學物理實驗【M 】北京：中 國水利水電