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数字化实验平台在大学物理实验教学中的探索与实践

摘要：物理实验的学习对学生进一步掌握物理理论知识，深化物理理论的思考有很大的帮助。不同的教学模式对学生的培养效果不同，而进行大学物理实验多种教学模式的混合实施对学生的思考和创新能力会有良好的效果。本文对比了传统大学物理实验模式和数字化实验教学模式，分析了两种教学模式的特点，并从实践上验证了PASCO数字化实验平台能较好地提高学生的创新能力和学习效果。

中图分类号：O642.0文献标识码：A

一、物理实验教学

实验教学在提高学生的动手能力，改善学生的创新思维上有积极的作用。因而如何更好地开展实验课程，改进实验教学，对学生的能力培养有很大的帮助作用。由于当今世界的科学技术的迅速发展，软件、信息、网络、半导体器件等高新技术的革新速度越来越快，社会对于人才培养的要求也相应提高。因而在当下严峻的竞争环境中，如何适应社会的需求去培养学生，则是学校教学改革思考中一个普遍面对的内容。

大学物理实验作为基础实验，在增加学生对物理概念的理解方面扮演着重要的角色，在学生磨炼自己的科学研究能力上也有很大的帮助。这些实验给学生提供了实际操作设备的经验，给予他们应用理论概念、分析数据进而得出有用结论的机会。此外，大学物理实验还能在理论和实践之间架起桥梁。由于课程和课本只给学生提供一些理论性的知识，实验则让学生能够直观地看到这些理论概念在实际生活中的应用。通过动手操作实验仪器，学生可以观察现象、改变某些实验变量以及验证某些猜想，这种直接的体验可以帮助他们巩固思想并激发他们科学思考的能力。

物理实验教学同样帮助学生磨炼了科学研究及多种专业领域里需要用到的相关技能，这些技能包括设计实验、数据搜集和分析以及对实验结果进行科学的评估。通过计划、实施和分析实验，学生会学习到如何阐述问题、设计恰当的研究方法和解释实验获得的数据。这些技能不仅会对学生将来学习物理有有益的帮助，还会让学生在其他需要分析思维和解决问题能力的职业以及科学技能的训练中游刃有余。物理实验同样促使大学生具有一种好奇而严谨的探索精神。通过实验操作，学生会更有提出问题、开拓新想法的热情，继而对实验的研究对象有一个更深刻的理解。他们学会了如何把猜想条理化、通过实验试探答案和批判性的评估实验结果。这种受好奇心驱使的学习经历不仅能增强学生的物理知识，还能让学生对科学探索和科学发现抱有一份终生的热情。

更进一步来看，大学阶段的物理实验教学让学生参与团队合作、加深组员交流并体验协同工作的氛围，从而丰富他们在这些情境下的经验。很多物理实验都需要学生作为团队中的一员开展工作，这种团队合作的环境也对他们将来职业生涯的发展有很大的帮助。而学生在动手操作实验仪器时，往往能够主动收集实验设备的相关信息，结合物理理论知识对实验数据进行深入的思考分析。未来学生在面对更复杂的问题时，这种分析问题、解决问题的能力会帮助他们更好地找到方向，这种能力是符合国家对创新型人才的需求的。［1］当然，目前普遍的大学物理实验教学模式只能部分满足这种培养需要。因而，结合新型的实验平台，研究新型的实验教学模式，将传统实验教学模式与新型实验教学模式相结合，则会更好地培养学生的综合能力。

二、传统实验教学

为了让学生能够亲自动手操作实验，并从实验操作中获得对实验对象的深入理解，学校很长时间以来都是在大学物理实验课程中采用传统的实验教学手段。虽然这些实验教学方法为学生的学习带来了很多好处，但客观地认识到这种教学方法的不足之处对更好地促进学生能力的发展也会有很大的帮助。

（一）传统实验教学的优点

由于使用可以直接进行实验教学的实验仪器，大大缩短了教学准备时间，且传统实验教学模式经历了长久的发展，相关内容经过多年的积累已非常成熟。教师在进行传统教学的过程中，如果遇到相关的问题，也有以往的很多教学经验可以参考。学生使用成熟的实验仪器进行实验的过程中，也能从网络中寻找类似的资源，从而方便实施学生自己的学习计划。

传统实验教学采用的成熟实验仪器可以使教学活动迅速展开，学生能够从这些实验仪器本身的设计思路上学习老一辈物理学家搭建实验的技巧，这些巧妙的实验设计能够启发学生的思维，学生操作过程中能够再次体会到理论与实验的完美结合。这种思想是以这些实验仪器为载体的。这些承载在实验仪器上的物理思想，通过仪器本身而传递，让一代又一代的学生在操作过程中完成这种人类璀璨知识结晶的传承。

同时，动手操作实验设备也使学生能够将理论概念应用到真实的物理现实中，从而获得对物理法则和理论应用更直观实用的理解。这种理论同实验的结合让学生无意间就把各种复杂的概念融会贯通并能够牢牢地保存在记忆深处。物理实验还能锻炼学生动手解决问题的能力。在设计实验环节，履行操作步骤的过程中，一旦在某个操作环节遇到故障，都需要学生运用缜密的思维去排查可能的问题。科学严