淺析大學(xué)物理設(shè)計性實驗對學(xué)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(xué)物理設(shè)計性實驗對學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng) 王玉華，李雪梅 ( 浙江海洋學(xué)院，浙江舟山3 1 6 0 2 2 ) 摘要：大學(xué)物理設(shè)計性實驗是學(xué)生獨立完成的物理實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)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(xué)研究工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。本文主要從大學(xué)物理設(shè)計性 實驗的主要環(huán)節(jié)和文獻(xiàn)的調(diào)研檢索，結(jié)合自己攻讀博士學(xué)位的經(jīng)歷，淺談大學(xué)物理設(shè)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(xué)物理設(shè)計性實驗科研素養(yǎng)科技論文文獻(xiàn) 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(xué)物理設(shè)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(xué)物理基 礎(chǔ)性和提高性實驗，大學(xué)物理設(shè)計性實驗是一種較高層 次的實驗過程。大學(xué)物理設(shè)計性實驗要求學(xué)生根據(jù)實驗 題目獨立地全過程自行設(shè)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(shè)計好，學(xué)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(shè)計性實驗沒有具體實驗方案、儀 器配套設(shè)備、實驗原理和實驗步驟，實驗的各個環(huán)節(jié)都 要自行設(shè)計，主要靠學(xué)生自己來完成。通過大學(xué)物理設(shè) 計性實驗，全面復(fù)習(xí)大學(xué)物理知識和基本的實驗技能， 鍛煉意志，強(qiáng)化實驗技能及實驗設(shè)計思想的培養(yǎng)，是一 次再學(xué)習(xí)和再深化的過程。通過設(shè)計性實驗可以進(jìn)一步 活躍同學(xué)們的物理實驗思想，強(qiáng)化思維能力及動手能力。 設(shè)計性實驗有利于鼓勵學(xué)生的創(chuàng)造性思維，可以培養(yǎng)和 提高實驗素養(yǎng)、增強(qiáng)創(chuàng)新意識。設(shè)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(xué)研究工作打 下一個堅實的基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)。本文主 要從大學(xué)物理設(shè)計性實驗的主要環(huán)節(jié)和文獻(xiàn)的調(diào)研檢索， 結(jié)合自己攻讀博士學(xué)位的經(jīng)歷，淺談下大學(xué)物理設(shè)計性 基金項目：浙江海洋學(xué)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(xué)歷：研究生，職稱：副教授，研究方向：物理學(xué) 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(shè)計性實驗的主要環(huán)節(jié) 1 1 確定設(shè)計性實驗題目 設(shè)計性實驗項目分為基礎(chǔ)項目和創(chuàng)新項目。基礎(chǔ)性 實驗項目由老師提供，但設(shè)計思路和實驗過程由學(xué)生完 成。這種實驗項目相對來說較為容易，如果一些同學(xué)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(xué)素 養(yǎng) ( 2 】 3 | 。創(chuàng)新性實驗項目由學(xué)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(xiàn)選擇自己感興趣的實 驗項目，發(fā)揮學(xué)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(xué)物理實驗的創(chuàng)新點主要有三個方面。 一是對實驗方法進(jìn)行改進(jìn)，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(jìn)，目前計算機(jī)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(jìn)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(jìn)行快速準(zhǔn)確的處理，對圖形進(jìn)行直觀的顯示。三是結(jié) 合現(xiàn)代科技發(fā)展，在大學(xué)物理設(shè)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(zhǔn)確，發(fā)現(xiàn)更多有意 義的物理現(xiàn)象，使學(xué)生更加關(guān)注科學(xué)前沿。例如在光強(qiáng) 測量的實驗中加入傳感器，可以使測量更加方便準(zhǔn)確， 也使學(xué)生可以更好的接受新的事物。 1 2 制定設(shè)計性實驗方案 確定實驗項目以后，通過閱讀大學(xué)物理實驗教材和 上網(wǎng)查找文獻(xiàn)，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(shè)計好數(shù)據(jù)記錄表格。 1 3 設(shè)計性實驗的課堂實踐 制定好實驗方案后，學(xué)生可以到實驗室進(jìn)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(dǎo)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(jìn)行實驗的指導(dǎo)， 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(dǎo)，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(yán)格規(guī)范，注意安全。實驗過程中操 作要嚴(yán)格規(guī)范，按照制定的實驗步驟進(jìn)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(jìn)行粗調(diào)的 話，那么后續(xù)的實驗不管多么認(rèn)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(xué)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(yán)謹(jǐn)認(rèn)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(yīng)該及時、準(zhǔn)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(yīng)該及時準(zhǔn) 確地記錄。記錄實驗數(shù)據(jù)時，應(yīng)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(yīng)記錄至O 0 5 c m ：用螺旋測微器測量長度時， 應(yīng)記錄至0 0 0 1 衄。重復(fù)測量以減小隨機(jī)誤差時，即使 兩次的數(shù)據(jù)讀數(shù)完全相同，也應(yīng)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(jìn)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(jìn)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(yīng)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(hù)學(xué) 生的眼睛。牛頓環(huán)測納光實驗中，調(diào)焦時一定要細(xì)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(shè)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(xiàn)。大學(xué)物理設(shè)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(xiàn)，對 學(xué)生強(qiáng)調(diào)如果利用了別人的東西，一定要引用別人的文 獻(xiàn)或者其他發(fā)表的材料，增強(qiáng)學(xué)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(jìn)行編寫，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會在科技論 文中插入公式和計算過程。 2 檢索文獻(xiàn)的方法 文獻(xiàn)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(xiàn)的過程。下面以大學(xué)物理設(shè)計性實 驗為例，具體講解文獻(xiàn)檢索的方法。 在利用檢索工具進(jìn)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(xiàn)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(xiàn)較為方便， 其應(yīng)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(xiàn)題 名來檢索文獻(xiàn)的途徑。一般較多用于查找圖書、期刊、 單篇文獻(xiàn)。例如你打算查找一篇文獻(xiàn)，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(xiàn)就 可以很容易的查找到。前提是包含這篇文獻(xiàn)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(xiàn)著者 姓名查找文獻(xiàn)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(xiàn)信息。例如學(xué)生的指 導(dǎo)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(xiàn)。號碼途徑是按已知號 碼來查找文獻(xiàn)的途徑。如專利號索引，標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn) 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(xiàn)的索引。在檢索文獻(xiàn)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(xiàn)， 但是因為取名李雪梅的人較多，會搜索得到一大堆的文 獻(xiàn)。那么在單位檢索欄中再輸入浙江海洋學(xué)院，檢索范 圍就大大減小了。因此在檢索時，一定要設(shè)置好檢索詞， 才能得到自己需要的關(guān)鍵文獻(xiàn)。在進(jìn)行文獻(xiàn)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(yīng)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(yīng)的文獻(xiàn)線索，如題目、內(nèi)容 摘要、作者及作者單位、文獻(xiàn)出處等，再進(jìn)一步檢索就 可以得到更加符合需求的文獻(xiàn)資料。 3 結(jié)束語 本科生通過大學(xué)物理設(shè)計性實驗可以培養(yǎng)良好的科 學(xué)素養(yǎng)，本文從確定設(shè)計性實驗題目、制定設(shè)計性實驗 方案、設(shè)計性實驗的課堂實踐和撰寫設(shè)計性實驗科技論 文四個方面闡述了設(shè)計性實驗的操作方法以及大學(xué)物理 設(shè)計性實驗對學(xué)生科研素養(yǎng)培養(yǎng)的作用。另外，本文還 以大學(xué)物理設(shè)計性實驗為例闡述了進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研和檢索 的方法，培養(yǎng)學(xué)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(xiàn)： 1 】徐磊將物理科研帶入大學(xué)物理教學(xué)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(xué)模式初探 J 】教育 教學(xué)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(xué)物理實驗教學(xué)改革的幾 點建議【J 】技術(shù)物理教學(xué)，2 0 12 ，0 4 ：9 0 一9 2 【4 】竺江峰，魯曉東，夏雪琴大學(xué)物理實驗【M 】北京：中 國水利水電