物理学实验仪器的合理更新与学生学习能力的培养研究

时间：2024-05-05

杨宏伟

（南京农业大学物理系，江苏南京 210095）

杨宏伟

（南京农业大学物理系，江苏南京 210095）

本文分析了国家对实验教学投入相对充足时，在实验仪器更新过程中，对新旧仪器的合理取舍，仪器摆放的合理布置和考试方式的恰当安排。文中指出，在保持仪器先进性的同时，还要考虑基本物理学原理的学习；对实验仪器的合理摆放和讲解，以有利学生学习为目的；建立合适的学习和考试的方式方法，可以使学生学到更多的知识，取得较好的成绩。

物理学；实验；仪器；考试

随着科学技术的进步和国家财力的增强，作为基础课的物理学实验也出现了许多新的教学形式。恢复高考制度以来，特别是近十几年，网络教学、远程教学、演示教学、仿真教学、综合性教学、设计性教学和计算机辅助教学等教学模式不断涌现[1-3]，时刻在改变着物理学实验的传统教学模式。这些变革是对传统教学的一种冲击，同时也是一种挑战，如何更好地适应高等教育的发展形势，不断改革，就成了必须要有所突破的“瓶颈”，于是就出现了对物理实验的一系列改革实践和探讨[4-6]，许多新的教学模式和方法不断被提出。

在上级相关部门的支持下，2008年初，我们物理系争取到了一笔实验室建设经费，根据要求，这批经费主要用于对常规的和基础性的物理实验仪器设备的更新改造中，要使其惠及大部分学习普通物理学理论和实验的本科生。这时候，就面临着一些问题，是彻底抛弃一些旧仪器让其更新换代，换上最先进的现代化仪器设备？还是有所保留？如何保留？经过认真学习、研究和调研，并结合实验室的实际情况，我们提出了自己的思路：既要重视仪器的先进性，又要考虑学生学习物理学原理的系统性和实用性。做到以实用和培养学生能力为主，尽可能将资金花在刀刃上，避免浪费，同时，又要有一定的先进性。

一、现代与传统相结合，既重先进，又不忽视基本原理的掌握

现在生产的实验仪器，大都很现代化，学生做实验，一般只需要连接很少的几根线，按下开关，几分钟，甚至几秒钟就能完成一个实验，基本上不需要学生了解其工作原理；但这样的实验看起来很先进、很实用，实际上，它不适合对学生能力尤其是仪器运行的物理学原理的学习和培养，而仅适合于作其他科学的研究。

针对这种情况，我们购置新设备后，没有放弃传统仪器，而是相互印证教学，达到了较好的效果。

例如：在物理学实验中，有一个“电位差计”的实验，目的是让学生学会使用电位差计测电位差，认识其工作原理，将来学生可以结合实际工作，设计出满足专业需要的仪器设备。如果仅仅会使用，是不符合我们物理学实验的教学目地的，这时，我们就新老仪器一起应用于教学。

如图1所示，是近年来仪器生产厂家生产的一种电位差计，只要将“待测电位差”的两个线头连好，接通电源，选择合适量程，即可从“结果显示屏”上读出待测的电位差值的大小，其测量过程最多几分钟，很快且很现代化，但展示在学生面前的是个“黑箱”，学生只会测量，但不了解其测试原理，达不到我们的教学目的。

图1 UJ33D-2型数字电位差计测量电位差

同样是测量电位差，如下页图2所示，是早年我们实验室的老师，根据需要设计的一套测试装置，看起来设备简陋，很落后，但是，其工作原理很明确，就是根据惠斯通电桥平衡原理，通过电桥平衡求得的。

通过老师的讲解，学生可以从图2中认识交直流变换电源、电阻箱、开关、标准电源、检流计等常用器材和部件，通过用导线将这些部件连接起来，并检查错误，使其能正常运行，可以使学生了解一个完整的电路及其工作原理，这对学生由理论学习上升到实际操作，做到理论与实践相结合是很有好处的。

通过讲解和学习，虽然仪器粗糙，但物理学原理很直观明了，学生很容易看懂和学会，这对培养学生掌握基本原理，提高实验和创新技能十分有益。

图2 自组织装置测量电位差

因此，在学生做实验时，让学生同时做图1和图2两个实验，并让学生进行比较，这对提高学生学习兴趣，提升学生对原理的掌握和认识，很有帮助。

二、充分利用实验场所，努力培养学生动手能力

有了较充裕的资金后，是一种设备买十几套或几十套，让学生同时做，还是多买几种少买几套让学生分别做，也是需要考虑的实际问题。

经过我们的认真调研和分析，结合实际情况，我们决定，一种仪器买6套，每个实验室放三种仪器，这样，与一个实验室放一种仪器共18套相比，具有明显的优势，我们分析：首先，这样做有效地避免了重复，节约了资金。使学生在同等条件下，可以多见多做二种不同的实验。其次，节约了实验空间，降低了建筑和空间开支，假设一个实验室只能容下18套实验仪器，原来只能放一种仪器，学生认识和学习的是“一”，那么，现在这个实验室放三种6套实验仪器，学生可以学习三种不同仪器的使用方法和原理，得到的是“三”。第三，方便了学生自学。目前，我们的教学方法是，老师第一次上课时，将该实验室内三个实验的仪器全部介绍完，学生以后凭记忆和自学来做实验，如不明白，还可问老师和同学，同样是一个实验室18套仪器，如果是同种仪器的一个实验，则老师讲解后，学生就做，学生可以不假思索很快完成，而现在是三种不同的实验，每种实验仪器6套，学生听讲完后，学生只做其中的一个实验，下次再来做另外一个。这样，等下次来时，学生可能忘了，这时，需要凭他的记忆，再加上自学和同学或老师的指点来完成实验，我们认为，更有利于对学生实验动手能力和对知识获取的培养。