试论中专物理实验的规范化建设

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  摘 要:科学的训练能使人具备优良的素质、较强的能力,教师应把精力从单纯传授理论知识转移到对学生综合能力的全面培养和训练上来,为其今后的就业和发展打好基础。
  关键词:中等职业教育 物理 规范化 建设
  中图分类号:G623 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(c)-0246-02
  
  引言
  近年来大学生找工作不易,但职业院校学生、中专毕业生却特别得到一些企业的青睐——一是因为职业院校、中专学校采取的订单式培养方式,以及根据市场需求灵活的设置专业,为学校打开了市场,二是准确的就业定位更是企业对他们情有独钟的原因。中专生虽然在学历层次、理论水平上有短缺,但敬业精神较强,可塑性大,有一技之长,工作上手快,所学专业能学以致用。在当今竞争激烈的社会中,仅有丰富的理论知识,如果没有娴熟的动手能力为依托,显然就业范围将受到较大的限制。而熟练的技术工人是当今市场的香饽饽。
  多年的教学证明:只有通过多途径的动手能力的培养,如实验室实验、校办工厂的动手、教师指导下的工厂或市场的实践等,才能使学生对今后的就业有初步的认识,在获取知识的同时培养其较高的综合素养。如:严谨的科学态度,实事求是的科学作风,较强的动手能力——这正是合格劳动者的基本素质。
  物理学是一门实验科学,对此,教师必须有深刻的认识,尤其是对于理工学校的物理教师更要重视物理实验教学,重视学生动手能力和独立工作能力的培养。我们要清楚,实验的目的是取得一组(一个)实验数据或取得一个结论,但实验教学的目的更重要的是培养学生的思维能力、观察能力、解决问题的能力和培养学生实事求是的工作作风。科学的训练能使人具备优良的素质、较强的能力,教师应把精力从单纯传授理论知识转移到对学生综合能力的全面培养和训练上来,为他们今后的就业和后续发展打好基础。科学的态度,规范化的实验行为习惯正是这一切的保证,下面就中专物理实验的规范化谈一点个人心得:
  
  1 科学的态度
  中专生的普遍特点是,容易兴奋、好奇、好动,这无疑是可贵的积极因素,但同时许多学生也具备初中生的后遗症,只重视理论学习重视卷面成绩,对实验没有足够的认识而轻视实验,马虎草率完成老师布置的任务。教师在实验活动中应肯定积极的一面并因势利导,让学生认识到实验的重要性和实验大有学问。正确的认识是实验规范化的保证,规范化的实验操作是实验取得成功和最大绩效的保证。
  实验中,教师应引导学生完成三个问题:“你要干什么?”、“你能干什么?”、“你要怎么干?”。你要干什么——明确目标。如果清楚你要干什么,将使你的实验由被动变主动,化消极为积极,从枯燥无趣到兴趣盎然。你能干什么——是你对实验室的一个认识、对实验的一个认识,对你所在团队的认识,对你在团队中的角色定位的认识,也是你对自身能力的一个认识。你要怎么干——这将使你进行发散性思考、逻辑性思考、谨慎、严密,甚至怎样组织你的小团队,你得点滴不漏,同时得对你已有的知识进行再认知和梳理。
  
  2 正确选用实验器材
  实验仪器、器材的选取直接决定着实验结果的精度、实验的可信度、实验的成败、实验的安全性。这实质上是实验规范化的第一步。一般地,选用仪器、器材时应注意以下几点:
  2.1 了解仪器的精度与测量范围
  所有仪器都有它的精度和测量范围。不同的精度要求选用不同的测量仪器,如线度的测量,了解线度可能达到的极限及精度要求,以便正确选取测量工具如米尺、游标卡尺、还是螺旋测微器;忽略仪器的使用范围,或者将得不到正确的数据,或者直接导致仪器损坏,比如电学实验各种电流表、电压表的测量范围、滑动变阻器的额定电流和最大阻值、电阻箱各倍率档的额定电流,避免量程过大时测量的误差大,也避免电流过大烧坏仪表和器材。常用仪器弹簧秤、温度计亦如此,超出弹簧秤的限度读数不再准确甚至损坏,而超出温度计的测量范围或是不能显示温度(被测物温度低于温度计测量范围最小值),或直接损坏温度计(被测物温度高于温度计测量范围最大值)。
  2.2 使用条件
  它决定着该仪器是否可用,实验数据的可靠性,及是否会损坏仪器。如热学实验:气体在绝热压缩升温时利用空气压缩引火仪,若仪器的筒是玻璃制的,可用棉花浸乙醚,但若仪器的筒是有机玻璃的则因乙醚会溶解有机玻璃而应避免使用乙醚,而选其它替代品如硝化棉等。感应圈不能在温度高的地方长时间连续使用,以免绝缘蜡融化。
  2.3 有无特殊的环境条件限制
  有的仪器受特殊的环境条件限制,如热敏温度计不宜在高电压、大电流及强磁场下使用。电流表、电压表规定的使用条件是环境温度0~40℃,相对湿度<80%。
  2.4 所选仪器要匹配
  例如,研究电源的输出功率与负载电阻的关系时,实验中我们常遇到有的学生选取电流表是安培表而不是精度更高的毫安表,与所选实验室学生用电阻箱不匹配,当负载电阻改变时安培表因精度不够指针指示变化不大,学生为得到一组数据而随意加大电源输出电压增大电流,导致电阻丝烧断。
  
  3 程序规范化
  每一个实验都要历经安装→操作→处理数据→归置器材的过程,程序规范将保证实验的有效性。我们的实验很多是设计性实验,实验器材由学生自己选取。教学中我们常遇到这样的情况:学生在仪器、器材组装过程甚至实验中途突然发现器材不是所需要的,某一器材没有准备或器材数量不够。这是在安装之前就应该悉数准备到位的,不应该中途再来补漏。其次还应做到以下几点:
  (1)实验前仪器应在状态。这是一个不可忽视的环节,例如电学实验电阻箱和滑动变阻器连接前应在最大阻值,再按需要减小数值,若按惯性思维“一切从零开始”,会造成短路;而安培表、伏特表则要检查是否在零刻度。
  (2)检查仪器的组装或器材、元件的连接是否正确。如在使用气垫导轨时,检查轨道是否调平(包括纵向调平和横向调平),光电门的连接是否完好,数字计时器归零按钮是否灵敏,气源与导轨的连接是否严密。又如,待测电路电流表、电压表的串联、并联、正负极性是否连接正确;滑线变阻器的接线是否合理;连接线路是否符合先支路、再并列、后干路、最后接电源的程序;接线是否简捷、牢固。
  (3)实验器材的归放。养成良好的实验习惯,实验完毕调整仪器状态和归置仪器、器材。有的仪器仪表要将转换开关置于0档放置,如万用表;有的器材要求放在干燥洁净的环境中以避免锈蚀或防尘,如砝码、气垫导轨;有的物品应隔离放置,如具有腐蚀性的物品;另外,物品的放置层次应便于下次取拿。
  
  4 操作规范化
  实验仪器、器材的选取直接决定着实验结果的精度、实验的可信度、实验的成败、实验的安全性。这实质上是实验规范化的第一步。一般地,选用仪器、器材时应注意以下几点。
  4.1 了解仪器的精度与测量范围
  所有仪器都有它的精度和测量范围。不同的精度要求选用不同的测量仪器,如线度的测量,了解线度可能达到的极限及精度要求,以便正确选取测量工具如米尺、游标卡尺、还是螺旋测微器;忽略仪器的使用范围,或者将得不到正确的数据,或者直接导致仪器损坏,比如电学实验各种电流表、电压表的测量范围、滑动变阻器的额定电流和最大阻值、电阻箱各倍率档的额定电流,避免量程过大时测量的误差大,也避免电流过大烧坏仪表和器材。常用仪器弹簧秤、温度计亦如此,超出弹簧秤的限度读数不再准确甚至损坏,而超出温度计的测量范围或是不能显示温度(被测物温度低于温度计测量范围最小值),或直接损坏温度计(被测物温度高于温度计测量范围最大值)。
  4.2 动作规范化
  动作规范与否,有时影响仪器的使用寿命,有时直接影响实验结果。它应包含以下几点:
  (1)动作幅度的把握:例如,物理天平底座的水平、横梁的平衡调节是一个细致的、轻微的动作,初学者往往把握不住“度”,动作幅度过大而费时费工甚至损伤仪器;气垫导轨纵向水平和横向水平的调节、滑动变阻器控制电流等,动作都应“收”而轻缓。电学实验导线与导线、与仪器、其它器材的连接都必须稳实、牢固,电插头与插座的离合会因动作拖泥带水接触电阻大而跳火,这时动作应“放”而干脆利落。
  (2)左右手协调配合:实验中我们常会看到有的同学很多时候习惯性的均由右手单手完成,不会左右手配合完成,动作很别扭,效率非常低,有时还很危险。例如天平测量质量需要反复取放砝码,正确而规范的动作应该是左手把握升降旋钮重复升降观察是否平衡,右手负责取放砝码,轻松自如效率高,如若只靠右手单独完成就很忙乱别扭,效率将大打折扣。游标卡尺是工人手边的一个常用工具,规范的方法应该左手始终托住被测物体,右手推拉副尺,安全快速,如若放开左手,被测物就有掉下损坏的可能,同时对操作者也是不安全的。
  (3)手、眼协调:边动作边观察手眼一致本是一个基本动作,生活中无需言语人人都会,但实验时许多学生手到时眼不到,眼到时手又不能到。例如电学实验滑动变阻器调节电流,规范的动作应该是眼睛盯住仪表,手慢慢推动滑键,而我们有的学生是不停地重复着推→停→看、推→停→看。办事效率低也是能力低的一种表现,教师应提醒他们注意。
  (4)动作应顺势而为:例如导线接在仪器器材接线柱时应按螺帽旋紧方向——顺时针方向顺势绕线,但有的学生偏要倒行逆施使得多芯导线接纰或是连接不牢实。天平横梁的平衡调节,应是两只手各负其责,左手调节左边的平衡螺丝、右手调节右边的,有的(右撇子)学生一概右手包办,也有(左撇子)学生左手统揽。
  动作规范绝不是有的人认为的吹毛求疵、小题大作,教师的忽视、学生的不拘小节决不仅仅是眼前几个实验效果的好坏问题!工厂因工人的工作态度、无知或操作不当而导致的事故报道不绝于耳!国家的损失、人员的伤亡也因此发生了不少!教师的科学态度对学生的行为有着不容忽视的影响,教师规范化的行为对学生起着潜移默化的作用,教师耐心细致不厌其烦的指导对学生的帮助不言而喻。通过规范化实验操作使学生认识到“再小的动作也有学问”,从而不敢轻视规范化操作的必要性和行为习惯的培养。
  
  5 取数及数据处理规范化
  实验数据的采集和数据处理是否规范,直接影响着实验结果。教学中应注意以下几点。
  5.1 取数前了解仪器精度
  观察仪器的刻度及标识,弄清刻度值的最小分度值及其单位,由此可确定测量值应取到哪一位,单位是什么。有的仪器最小分度是1/格,取数应在“1”的下一位,例如最小分度是1mm的刻度尺,应将最小刻度1mm十等分,每一等分0.1mm,取数至零点几毫米。有的仪器的最小分度不是“1”,不能一概而论10等分取值,例如电流表量程0.6A档,最小分度0.02A/格,应将最小刻度二等分,每一等分为0.01A,指针在半等分以下舍弃,在半等分或超过半等分入为一个等分值;同理,伏特表量程15V档最小分度为0.5V/格,应将最小刻度0.5V五等分,每一等分为0.1V,指针在半等分以下舍弃,在半等分或超过半等分的入为一个等分值。也有最小分度无需再等分,而由副尺补充的,如游标卡尺、螺旋千分卡。另外,取数不带单位或单位不正确是学生常犯的错误,这在今后的工作中可能闹出许多笑话或造成无法挽回的损失。问:你的体重是多少,答:60;问:是60吨吗?他会想:老师疯了!再问:是60克吗?他会叹息:莫名其妙!继续问:60(公斤)千克吗?至此豁然开朗:差之毫厘谬以千里,(物理量)单位真的很重要!严谨,才是科学的态度!
  5.2 调节仪器零点,或记下零点误差
  大多数实验仪器有零点调节装置,每次切换功能后、档位选择后、每次测量前都应注意数值调零,若调节不能归零的,必须读、记下零点误差。“0”状态时的实际指示、显示大于“0”,读记数时应减去零点误差值,小于零则应加上,学生常因弄不清而颠倒计算。也会因为没有养成良好的实验习惯,忙于追求实验结果或是根本对此没认识而遗漏这一环节。
  5.3 读数、计数方法要正确
  包括:视线角度——正视和平视。常用的如游标卡尺、螺旋千分卡,天平、测力计、,带有折射面的仪器如各类非数字显示仪表、“U”形管压强计、量杯等;液面取值——注意明确液面最低点取值如水面、酒精面刻度和液面最高点取值如水银面;取动态值和静态值——取动态数值要求迅速而准确,动态值代表的是那一时刻的状态,若取数迟缓则误差相对较大,取静态数值则需要注意不能操之过急,要求达到稳定、平衡才能取;数据取舍——取合理的有效数字,剔除可疑数据(学生往往不做数据可能性分析,所有数据统统收纳);
  5.4 数据处理
  一般地要求设计一份表格,将一些相关量和测量数据纳入其中,数据最后进行方程法或图像法处理,给出相应的测量误差并对误差进行分析,误差大小的分析和产生原因的分析。
  
  6 实验报告规范化
  工科职校生、工科中专学生毕业后多数工作在生产第一线,常要提交生产报告或实验报告。物理课作为基础课,实验先于其它学科,指导学生完成一份规范的实验报告物理教师责无旁贷。(1)报告的格式;(2)包含的内容;(3)插图的安排;(4)表格的设计;(5)数据的填写、处理;(6)误差分析;(7)实验时间、报告日期、报告人等等,都是报告的基本内容。实验报告不规范会使你的实验受到质疑;没有报告,也许使你前功尽弃!
  中专学生、尤其工科学校对实验的要求不是简单的完成几个实验,物理实验作为基础课实验更要打好基石,为专业课实验、实习铺路搭桥。通过实验规范化训练,应让学生实实在在体会到知识无处不在和理解理性操作的必要性;培养学生良好的实验习惯,使学生的思维能力、观察能力、动手能力、处理问题的能力得以提高;培养学生实事求是的、一丝不苟的、团结协作的科学态度,使其成为能学以致用的、高素质的劳动者。这是社会的需要,也是广大教师的共同目标。
  
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