探讨设计性大学物理实验
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【摘要】本文主要对讨设计性大学物理实验课内容和种类，选题、方案确定、选择仪器与实验程序、数据处理方法的种类及其选择以及设计性大学物理实验的作用进行了探讨与阐述。
【关键词】设计性 选题 大学物理实验
大学物理实验教学，不尽能够为学生提供学习的感性材料，验证物理定律而且能够提供科学的思维方法。同时加深对基本知识的认识程度和培养学生的探索能力。未来人才素质的优劣体现在其创新能力上。随着大学物理实验教学改革的发展，除加强基本实验技能的训练、扩大新的实验项目外，还应增加设计性实验的内容，使大学物理实验在内容、方法和手段上更加符合培养新型人才和社会发展的要求。在设计性大学物理实验中，以实验现象为突破口，有针对性地对大学生进行逆向思维能力的培养和训练，对发展学生的创造性思维能力是非常有益的。所以本文下面对设计性大学物理实验课内容和种类，选题、方案确定、选择仪器与实验程序、数据处理方法的种类及其选择以及设计性大学物理实验的作用进行了探讨与阐述。
1．设计性大学物理实验的内容
1.1 在大学物理基本实验阶段,所做的实验就是以基本的实验内容为本。如基本物理量的测量、基本实验仪器的使用、基本实验技的训练以及基本测量方法与误差分析等。通过这一阶段的学习，大学生应当了解物理实验的基本要求和一些最基本实验测量原理和方法，学会基本的误差处理方法,准确地处理据和书写实验报告。在完成了基本实验阶段的学习后,就以加大设计性实验的力度并且改变被动学习为主动学习的目的。
1.2 恰当安排设计性大学物理实验的内容。设计性实验要求大学生在教师的指导下,自行设计方案、备仪器、完成实验。为了能充分发挥大学生的主动性和创造性在开始阶段所安排的设计性大学物理实验内容不能太复杂,应该一些较为简单的实验。所用的知识大学生已掌握,或很容易受，所用的仪器基本上是较熟悉的。然后再逐步增强设计性验的综合性和科研性,让学生通过综合运用物理实验中所需的各种测量原理和方法,分析和解决一些有一定难度的实际问题,从而提高他们的科学实验能力和创造力。
2．设计性大学物理实验的种类及其选题种类与方案
2.1 设计性大学物理实验可分两种类型：①确定一个新的大学物理实验题目、由大学生根据所学的物理知识自拟方案、自选仪器、自己设计组装线路和设备并完成实验项目所提出的要求；②给定某种主要仪器设备，由大学生根据已知知识原理，拟定方案、选择和组装其他所需的仪器设备、完成某一物理量的测定。再深入一步可以由实验时提出一些有设计性人物的实验课题或研究项目。
2.2 设计性物理实验的选题种类：①以某一物理量为研究课题。这一类实验便于结合实际，促进大学学生把基础知识转化为实践能力。
②以某一实验仪器的特性和应用为研究课题。这一类实验要求学生自己查阅有关资料，对实验仪器和使用进行比较深入的研究，从而提高综合能力和解决一些实际问题，为以后使用和研制新仪器起到借鉴和启发作用。
③以某一测量方法为研究课题。这一类实验是让学生根据测量要求，自己选用多种不同测量方法完成测量任务。通过这类实验，可使学生学习和掌握一些科学实验和实际应用中经常使用的测量方法，提高他们的实际工作能力。
2.3 设计性大学物理实验方案。
一个待测对象，可以有若干种与之相关的物理过程来表征。而每一物理过程本身往往就规定了其具体的实验方法，因此，针对课题所要研究的对象，查阅资料，确立被测量与相关可测量之间关系的各种可能的实验方法，分析比较各种方法的适用条件，尤其应注意其中可能引入的系统误差及消除误差的办法，所能达到的测量精度和实现可能性，最后确定一个既符合精度要求又最简便、直观、经济的最佳方案。例如，测量重力加速度g可有以下几种方案：
方案1：只要能精确测定物体的重量和质量，便可以算出g；
方案2：利用自由落体运动公式便可以算出g；
方案3：利用单摆运动公式便可以算出g.
以上三种方案中方案3是最简单，是因为牵涉的测量量少。
3．设计性大学物理实验的数据处理方法种类
3.1 列表法列表格没有统一的格式,可让学生尽个人能力发挥。它的缺点是：对于一些实验不便计算出它的不确定度。所以此方法适合于使用在初学者。
3.2 作图法根据处理数据求出经验公式，具有简单方便的特点。作图法把数据间的函数关系形象直观化,有利于发现个别不服从规律的数据,通过描点作图具有取平均的效果,从曲线图较容易地得出某些实验结果。它的缺点是：手工绘制图线时有一定的主观随意性,所以此方法适合于使用测量结果要求不高、不要求估算不确定度的实验或者是利用图线确定函数关系和省略某些因素影响的实验。
3.3 逐差法具有简单方便的特点。但它的缺点是：逐差法处理数据有其局限性,所以此方法适用于自变量等间距变化,与因变量之间的函数关系最好为线性关系时应用。
3.4 用最小二乘法数据处理中，计算公式复杂，数据处理量较大，但结果精确。最小二乘法是以误差理论为依据,在数据处理方法中,误差最小、精确性最好；但它的缺点是：数据处理过程中计算繁杂。所以此方法适合于使用在研究性设计性实验中。
所以应提出对数据处理的要求，恰当的数据处理方法，往往可以弥补实验之不足。
4.设计性大学物理实验程序要求
4.1 根据物理思想或模型规定的条件，调整装置和仪器，使其尽可能接近理论要求的水平。严格规定某些条件或范围，以防止引起额外的误差甚至导致错误。
4.2 明确安排每一实验步骤，务必使其合理简捷。对不可逆过程的实验，要特别注意先后次序合理安排。
4.3 对操作难点，注意事项，不正确使用仪器会造成事故等重要事宜，都要明文写出。
4.4 检验实验结果做进一步修正。程序步骤确定之后，要反复操作几遍。发现实验中存在的问题，应及时予以改进。
5．设计性大学物理实验意义
5.1 可以培养学生的逆向思维。
设计性大学物理实验中，大学生设计出多种大学物理实验方案。这种由实践到理论、又由理论到实践的活动过程能使学生牢固地掌握物理理论知识。在实践的过程中，引导学生运用因果关系的可逆性解决实验中的问题。从观察到的结果去寻找原因。这是一种逆向思维。逆向思维能够很好地发展学生的创造力，有利于促进事物的变化和发展，比顺向思维具有更高的思维品质。
5.2 可以培养学生的独立分析问题，独立解决问题的能力。
设计性大学物理实验使大学生把知识转化为能力，为作毕业设计、写出科研成果报告和学术论文作初步训练。设计性大学物理实验对激励大学生的创造性和深入探索精神，培养科学实验能力以及学生的独立分析问题，独立解决问题的能力。提高科学实验素质均有重要作用。
总的来说，设计性实验不仅使学生认识仪器的本质．消除对仪器的神秘感而且引导大学生多想、多说、多问和多设。同时鼓励他们放开思维．发展科学性的幻想并且他们自然会回到现实上而发展他们的思考能力。
参考文献
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