1、醫用物理實驗教學的現狀

近年來，全國各所高校大規模擴招，每所學校的入學人數每年都在增加，而學校教學設施的更新卻跟不上這種速度。以我校為例，10年前我校每年的招生人數為300人左右，而如今每年的入校新生超過2000人。很多院校的實驗教學出現“捉襟見肘”的現象，特別是醫學院校的物理實驗教學，多位學生共用一臺實驗儀器，甚至有的學生根本不參與實驗。

2、仿真技術在醫用物理實驗教學中的應用及優勢

2.1仿真技術改變以教師為中心的“填鴨式”教學模式

隨著計算機和網絡的普及，將計算機仿真實驗軟件放入校園網絡或計算機實驗室中，能使實驗教學走出課堂，在時間和空間上得到延伸。由于仿真軟件的可視性和可操作性，學生可以提前結合實驗教科書進行預習、學習和探究，大大激發了學生探索和創新的興趣。到上實驗課時，學生不再被迫接受“填鴨式”灌輸，而是主動提出問題和想法，并在實驗過程中予以解決和驗證。

2.2仿真技術增加了合理的實驗內容

2005年，我校購買了中國科技大學的大學物理仿真實驗軟件，此軟件包含了大量的基礎物理實驗，其中核磁共振、原子光譜分析、核衰變的統計等實驗，解決了由于資金不足無法開設和現代醫學相關的近代物理實驗的問題，開闊了學生的視野，使學生進一步認識到物理學的重要性，提高了學生學習物理學的熱情。除此之外，該套軟件里的分光計實驗、偏振光的研究等降低了光學實驗調節步驟的復雜性，節約了購買昂貴光學儀器的費用。

第一篇：大學物理仿真實驗教學利與弊研究

1大學物理仿真實驗的優越性

1.1投資較少，占用場地小，相對靈活

隨著高等院校招生規模的擴大，人均儀器設備占有量降低及教育資源明顯不足的矛盾日益突出。增加實驗儀器及實驗場地無疑要加大資金的投入，增大了各高校的經濟壓力。仿真實驗相對來說投資及后續追加投資都較少，且占用場地較小，較之實物實驗相對靈活，便于實驗課的安排與調整。

1.2不受外部因素的影響，安全性高

實物儀器在長期使用后由于元器件等的磨損老化等造成了測量誤差偏大，準確度及精確度下降，維修及校準的次數和投入都要增大，且儀器的運行受外部因素（如溫度、濕度、氣壓、光照等）的影響較大，自身穩定性降低。仿真實驗則不受上述外部因素的影響，實驗在程序設計者預先設定的理想狀況下進行，可得到較好的實驗效果，避免了實物儀器因操作不當或失誤造成實驗失敗給學生帶來的挫折感。且投入資金利用周期較長，軟硬件的維護費用也較低。仿真實驗具有很高的安全性，完全避免了實驗自身危險性（如放射、輻射、激光、強磁場等）及實驗出現意外（爆炸、爆裂、泄漏、觸電等）給人帶來的傷害。相比實物實驗中實驗品的消耗及產生的實驗垃圾，仿真實驗真可謂是“綠色環保”實驗。

1.3利用網絡平臺，搭建虛擬實驗室

1教師教學理念陳舊，教學方法僵化

任課教師有的滿堂灌，有的滿堂練，有的滿堂問，單純追求課堂氣氛———假熱烈，給人的印象視乎在表演作秀，沒有體現學生的主體地位，忽視學生的學習興趣培養．有的演示實驗效果不明顯，或沒有結果，現象看不到，沒有說服力．比如水沸騰實驗，明明水還沒有沸騰，教師就讓學生站起立即說水在沸騰時有什么現象，教學效果可想而知．有的教師過分依賴仿真實驗或者實驗視頻，一年做不了幾個實驗，經常利用電腦仿真代替演示學生實驗，學生就沒有經歷動手動腦做實驗的經歷和體會．

2實驗器材不足，有些實驗沒有條件做

有的學校多年不添置儀器耗材，實驗器材數量明顯不足，比如某校馬德堡半球實驗只有一套器材，平行班級有八個班，只能等一個班上完以后下一位教師才能使用，影響教學進度．有些學校在經費使用上也不愿意給實驗教學上花費更多的錢財，幾年甚至十幾年也不添置器材，實驗儀器匱乏．有的學校實驗室器材雖然很多，但器材的型號數量配備很不合理，有的過多有的又太少，如某校彈簧秤量程為0～50N的數量多達100個，而量程為0～5N、0～10N的彈簧秤總共只有30個，給教學工作帶來很多不便;有的學校在購置實驗器材時不聽取專業教師的意見和建議，領導拍腦袋想購啥器材就買回來，有的器材對初中物理實驗用處不大，如適合高中教學用的有交流輸出的學生電源在初中使用的時機很少．

3有些教師實驗教學能力有限

可以說這是制約實驗教學質量難以提高的關鍵，困擾著廣大教師，其中存在的問題最多，也是需要我們特別引起重視的地方;比如有些演示實驗操作不規范，甚至有些是錯誤的，有些學生實驗教師不能很好地指導，發給學生實驗器材后讓學生自己亂動，學生想怎么用就怎么用，實驗器材當成玩具，比如有的學生把砝碼浸入鹽水中，用量筒給水加熱等，儀器損壞現象時有發生，課堂教學秩序混亂，實驗效果明顯降低;有些上課用語不規范，比如把溢水杯叫水桶，把燒杯叫玻璃杯，把導線叫電線等．有的教師不清楚滑動變阻器、電阻箱及電位器的適用條件，不分電路情況和實驗精確度的要求任意使用，給學生一個錯誤的信息;有的教師不知道學生電源穩壓和直流輸出的特性，給學生講在任何電路情況下可以隨便使用沒有區別，混淆視聽．有的老師在講授布朗運動和擴散時讓學生在顯微鏡下觀察懸浮花粉微粒或在無風情形觀察空氣中的煙粒、塵埃都會看到微粒的運動，墨汁撒在水中會迅速擴散，并且溫度越高，運動越激烈，擴散也越快，于是老師解釋到我們學生看到的微小花粉或煙粒是它們的分子在做無規則運動，墨汁擴散也是因為墨汁分子在運動等等，當解釋到花粉微粒為啥會在某時刻瞬間不動時是由于水分子靜止不動，試想水分子怎么能在某時刻靜止不動呢?把布朗運動與擴散現象說成是同一種現象;凡此種種漏洞百出的解釋都是老師沒有吃透教材出現的錯誤;還有個別教師實驗課后不打掃衛生，不整理清洗器材，不愛護公共財物，實驗過程中浪費現象嚴重，對學生不進行良好實驗品格的培養，態度情感價值觀教育缺失;不重視總結得失，課后沒有反思，不寫實驗報告、作業批改不認真．

4實驗器材保管使用不當管理混亂

1傳統科研中的靜高壓實驗裝置

高壓按實驗條件可分為動高壓和靜高壓．動高壓利用沖擊波作動力獲得瞬時高壓，壓值可高達幾百萬甚至幾千萬個大氣壓，同時伴隨驟然升溫．利用外界機械加載方式，緩慢逐漸施加負荷擠壓所研究的物體而使其內部產生很高的壓力，稱為靜態高壓．本文中涉及的高壓相關的實驗技術都指的是靜高壓范疇．現代高壓科學飛速發展，從早期的活塞－圓通裝置、布里奇曼對頂砧等，到現階段世界范圍內承認最為適合產生高壓并且廣泛應用的實驗裝置金剛石對頂砧．高壓科學的發展一直與加壓的實驗裝置密不可分．DAC即金剛石對頂砧高壓實驗裝置．DAC最早模型：借助杠桿原理，把2個金剛石表面對壓，結果金剛石表面之間的樣品很快被壓碎．這是DAC最原始的簡單模型，當時最高壓力達到約10GPa．后來金屬墊圈的使用改變了這一現狀：1個墊圈放置于2個金剛石砧之間對產生高壓非常有利，同時墊圈的使用使DAC有小腔來裝固體或液體樣品．金剛石對頂砧的定位十分重要，因為金剛石十分易碎，工作平臺必須平行而且直徑吻合．約90％的鉆石碎裂不是在很高的壓力下發生的，而是由于操作不當或壓力槽結構不佳（比如沒調準線性）等造成的．使用一定強度的金屬墊圈并且定位完美的DAC，才可以達到較高的壓力．高壓科學發展到現在，DAC高壓實驗技術已經趨于成熟，已經廣泛應用在最前沿的高壓科學實驗中．

2DAC高壓裝置壓砧方面的改進

為了得到百萬大氣壓量級的高壓，DAC裝置采用金剛石作為壓砧［3］．眾所周知，金剛石是世界上最硬的物質，它有著莫氏硬度為10的出眾性質，作為壓砧無論是光學性質還是硬度都無可比擬，但是唯一的缺點就是價格昂貴，1對實驗中品性良好的金剛石至少要1萬元人民幣．而且在科研中長期總結發現沒有受過長期訓練的實驗操作者，在完成對金剛石壓砧對中調平的過程中沒有足夠經驗，或者不夠細心的情況下，沒有按要求把金剛石對頂的砧面完全調平，就很容易使金剛石在加壓的過程中碎裂．但是調試金剛石完全對中與調平又是一個需要長期訓練的工作．如果讓學生一開始沒有經驗的情況下就使用金剛石進行調試，有很大概率會損傷金剛石．金剛石一旦有一點破損，就無法繼續進行高壓實驗，而這對金剛石也就無法再利用了．如果開設了相關實驗課，大量學生循環實驗難免不發生此類金剛石破損的事故，而事故的成本又是巨大的．正是因為這方面原因，高壓科學方面的實驗一直難以走進大學近代物理實驗的課堂．本文采用剛玉（氧化鋁）代替金剛石作為DAC加壓裝置的壓砧則可以很好地解決該問題．首先剛玉是由氧化鋁（Al2O3）的結晶形成的寶石．摻有金屬鉻的剛玉顏色鮮紅，一般稱之為紅寶石；而藍色或沒有色的剛玉，普遍都會被歸入藍寶石的類別．剛玉的莫氏硬度為9，非常接近金剛石．而且無色的白寶石也完全對光學相關測試沒有影響，可以說是一種非常好的金剛石壓砧的替代品，白寶石壓砧如圖2所示．更主要的是它的價格并不高，1對白寶石壓砧的價格為800～1000元，而且可以反復利用，破損率并不高．較之金剛石的價格，白寶石壓砧即經濟又實惠．不過白寶石也存在問題，它能承受的壓強不高，最高也只有1～2GPa．但是在近代物理實驗教學中，獲得這樣的壓力已經足夠了。

3墊片的選擇

傳統金剛石壓砧的硬度很高，與金剛石配套使用的墊片是型號為T301的鋼片，其具有很好的延展性和適中的硬度．如果采用白寶石作為壓砧時墊片就不能繼續采用T301鋼片，因為T301鋼片的硬度過高，白寶石預壓過程中容易損壞，難以與其搭配使用．根據該情況，找到了配合白寶石壓砧使用的墊片，即銅片．銅片相對鋼片的硬度更適合搭配白寶石．這里要強調如果用純銅，硬度相對較軟，應采用黃銅或磷銅片作為墊片．

4結束語

1研究對象要貼近生活

文科生通常對實驗中科學研究客體的感覺是陌生的、深奧而又神秘的，甚至有距離感，實驗課上其心里有抵觸和畏懼情緒實屬正常．本實驗則提供了市面上幾類常見的可發“白光”的電光源作為研究對象，包括白熾燈、護眼燈（日光燈）、家用節能燈（緊湊型熒光燈）、手電筒（LED燈）和低壓汞燈，這樣使得學生在實驗時會對這些貼近生活的研究對象不再陌生，會感到很親切，自然也就不再有畏難甚至抵觸情緒了．

2實驗內容要設計得更具趣味性而實驗結果要更具直觀性

2.1光譜展示與研究

電光源從傳統的白熾燈、日光燈，發展到目前的LED燈、節能燈（緊湊型熒光燈）、護眼燈等．那么，這些高新科技產品的特點是什么？如何選擇學習用的照明光源？接觸到的光源是否環保？是否有利于身體健康？通過該實驗學生就可以回答這些與生活息息相關的問題，這既能引起文科學生的學習興趣，又能使學生學以致用，應用這些常識使其在生活中受益．僅憑肉眼，學生們只能感覺到光源的亮度和色調的不同，而利用三棱鏡和分光計，通過折射對復光分解，學生們可觀測到不同光源呈現的不同彩色譜線———光譜．實驗中學生觀測到的幾種常見發白光的光源光譜．實驗中看到的奇幻的、色彩斑斕的、猶如“彩虹”的實驗現象，不僅引起了文科學生的濃厚學習興趣，輕而易舉地揭開了這些高科技光源的神秘面紗，也形象生動地印證了雖然幾種光源都是發白光的，但所謂的白光其實是復合光，是由多種顏色的可見光按一定的強度和比例混合成，由于發光機制不同，光譜線（或譜帶）的顏色和條數也不盡相同，學生看到：1）白熾燈光譜在可見光的范圍內是連續譜，顏色是七色，屬于熱致發光，此類光譜還有太陽光、燭光燈．2）白光LED其譜為分立窄譜帶，譜帶只有紅、綠和藍三基色，屬于固體發光．3）日光燈、節能燈和低壓汞燈屬于氣體放電發光，由于內部封裝了汞蒸氣，光譜含有分立譜線．日光燈和節能燈分別采用鹵磷酸鈣熒光粉發光和稀土三基色熒光粉發光，后者的發光效率更高，因此也更節能．而由低壓汞燈的光譜可以明顯看到5條分立譜線，分別為黃、綠、青、藍和紫色，對應的是汞原子的特征譜線．通過光譜比較，學生們可從中體會到各種光源的異同點，了解其發光機制．感興趣的學生還可以進一步了解其他相關實驗，如利用三基色LED燈進行色合成及匹配實驗等．

2.2頻閃展示與研究

提到光源“頻閃”學生們可能覺得抽象、陌生，但如果讓他們利用手機里的照相或攝像模式對準電腦顯示器、臺燈或電視屏幕觀察，學生們會驚訝地發現這些點亮的光源是閃爍的．接下來學生們就會提出一系列問題：為什么光源會閃爍？為什么肉眼察覺不到？頻閃現象對生活有什么影響？如何利用或者避免頻閃現象？為了深刻體會頻閃的含義，專門設計了用黑匣子觀測臨界閃爍頻率的實驗．用信號發生器驅動黑匣子里1盞LED燈發光，當頻率很低時，可輕易地分辨出光源一亮一暗明顯閃爍；當頻率增加時，光源由粗閃變為細閃，當頻率繼續增大到某一數值，由于人眼的視覺暫留特性，學生感受到的不再是閃爍光，而是連續的光，這時對應的頻率即為臨界閃爍頻率．如果提高背景光（點亮黑匣子里另一盞LED燈），會發現臨界閃爍頻率減小．這是因為臨界閃爍頻率也與一些因素（如光源照射強度、背景光顏色強度、觀察者身體因素等）有關，其理論參考值為45．8Hz．通過以上簡單實驗，學生們就會明白普通日光燈是以頻率50Hz（1s變化50次）、電壓220V的正弦交流電為電源，其閃爍頻率是100Hz的道理；也知道了正因為視覺暫留效應，電影（24幀／s和24次／s遮擋，傳送頻率為48Hz）和電視（25幀／s，采用隔行掃描，傳送頻率為50Hz），這些閃爍播放的圖像看起來是連續的原因．

一、敏銳的觀察———實驗的第一步

我們特別要重視觀察的過程中對學生的引導。例如課本中波的干涉特點是根據水波干涉演示實驗和波的干涉示意圖總結得出的，如若不加以引導，大部分學生對眼花繚亂的水波只能是走馬觀花看看熱鬧，很難從紛亂復雜的干涉條文中發現干涉的特點，以致于學生對波的干涉缺乏感性認識。因此，在演示過程中，一定要引導學生認真觀察干涉圖樣，教師要想方設法突出實驗的關鍵部分，或者可以向學生提一些引出重點的問題，比如水波干涉的演示實驗中，我們可以問學生：亮的區域是怎么形成的？暗的區域又是怎么形成的？它們的分布有何特點？它們為什么會出現這樣的分布？這樣，一步一步，循序漸進總結出來的結論，在被學生接受過后才是理解透徹的，印象深刻的。

二、實事求是的科學態度———實驗的前提

實事求是的科學態度是做物理實驗必備的。在學生操作實驗中，經常會出現一些學生由于在實驗過程中的多多少少的失誤，在做完實驗后得不到理想結論，就開始對實驗數據進行胡編亂造，以求達到與公式、定理相吻合，這樣就完全悖逆了實事求是的科學觀，也使實驗完全失去了意義。比如在做利用單擺測量重力加速度的實驗時，有些學生根本不去考慮重力加速度值的地區差異，就開始編造數據，強行使自己的結論等于9.8m/s2，而不是認真去做實驗誤差分析。其實由于擺線長度測量的誤差，單擺周期的測量方法和計算也比較粗略等多種原因，得到實驗結論有較大誤差也是正常的。甚至存在個別學生由于不清楚實驗原理，不了解實驗步驟，在實驗過程中本身就存在操作上的錯誤。

三、能力培養———實驗的重中之重

教材中的大部分實驗為驗證性實驗，實驗原理及其操作步驟都寫得非常清楚，學生只需在搞清楚實驗原理的基礎上，一步一步地照做，就能較好地完成實驗。這樣對于鍛煉學生的動手能力有較大幫助，也能加強學生對物理規律的感性認識，但對于學生創新能力的培養，解決實際問題能力的提高都是不夠的。為了彌補這些不足，我做了以下嘗試：

1、增加探索性實驗的數量和力度。除了課本上“探索彈簧的伸長量與所受拉力大小關系”的實驗外，我還增加了“研究火箭的射程與哪些因素有關”“，設計測定最大靜摩擦力的方法”等一系列探索性實驗。

一、創設探究性實驗，培養創新意識

課本中的很多章節以及教學素材都可以成為實驗教學的內容．教師可以將課本知識進行發散與延伸，通過探究性實驗的創設來多樣化課堂教學，這是培養學生創新意識的一種良好途徑．創造能力的培養需要經歷一個有效的階段，在這個過程中教師應當有意識地激發學生的創新意識，讓學生具備分析問題與探究問題的能力，這些都能夠為創造能力的培養打下堅實基礎．同時，教師要善于在理論知識的教學中滲透實驗教學，引導學生對于很多內容展開剖析，透過探究性實驗的創設來不斷活躍學生的思維，深化對于學生創新意識的培養與激發．例如，在講“力的合成”時，教師可以借由探索“分力與合力”的關系進行解讀性實驗，讓學生觀察實驗現象，并進行探究解讀，結合實驗結果、數據進行分析，從而獲得對力的平行四邊形定則的感性認識，結合實際生活中的常見案例和習題練習上升為理性認識，并進行創造性應用．需要注意的是，在探究性實驗教學中，教師要把握好自身的定位，以引導者、啟發者的身份做到順其自然、因勢利導，對學生在實驗過程中展現出的創新性思維火花進行保護和鼓勵，這樣才能夠讓實驗過程更好的展開，并且激發學生的創新能力．探究性實驗的創設有著很重要的教學實踐意義．探究性實驗不僅是對于理論知識的一種有效實踐，而且能夠深化學生對于教學內容的理解與認知．探究性實驗教學，能夠激發學生的思維，培養學生的創新意識．這是學生創造能力培養的基石所在．

二、創新實驗設計，培養創造性思維

要透過實驗教學深化學生創造能力的培養，教師可以透過創新實驗設計來實現這一教學目標，可以通過對于實驗的改造與革新來激發學生的創造性思維，并且加強學生對于相關知識點的領會．物理教學進入高中階段后學生積累的知識已經非常豐富，這個時期的學生完全具備實驗創新的能力．教師要對學生的這種能力加以鼓勵與激發，要激勵學生大膽地進行實驗創新，使學生能夠借助創造性思維來加深對于很多實驗過程以及知識點的領會．例如，在講“加速度、力與質量”時，課本上限定的實驗條件是水平板必須光滑，但是實際實驗中，必須考慮到摩擦力的存在與作用．教師可以以此為切入點，讓學生對摩擦力、拉力、合力的概念進行分析認識，驗證三個物理量之間存在的關系，以實際情況中存在摩擦力為限定條件，讓學生探索合理的解決辦法并進行解答，配合再次實驗進行驗證．這個實驗過程，不僅十分靈活，而且能夠活躍學生的思維，讓學生在交流探究中找到合適的問題解決模式．透過這個實驗創新，不僅化解了理想實驗條件在現實環境中無法實踐的阻礙，而且能夠培養學生的創造性思維．

三、自主實驗設計，激發創新能力

隨著學生實驗能力的提高，教師可以嘗試給學生布置相關的實驗主題，讓學生自主進行實驗設計．這既是開放式實驗教學的直觀體現，又能夠充分鍛煉學生的創新實驗能力．自主實驗設計可以有很多不同的突破口，教師可以讓學生在基礎實驗上進行發散與延伸，對于實驗探究的問題進一步深化;教師也可以鼓勵學生對于實驗器材或者實驗條件有所改變，在不同的情況下再來驗證相關的定律或者規律是否依然成立．自主實驗設計，不僅能夠鍛煉學生的動手能力，而且能夠培養學生的思維能力與問題解決能力．對于“測量型實驗”，不同的測量實驗對于選用的測量工具往往有明確限定，不管是刻度尺、分析天平，還是打點計時器等．教師從這一角度進行突破，可以引導學生在實驗器材與工具上進行創新．例如，要求“用一根卷尺測量一堆砂礫間的動摩擦系數”，乍一看無從下手，畢竟卷尺只能獲得長度，動摩擦因素看起來不僅困難且風馬牛不相及，但是不妨換個思維:動摩擦系數的獲得需要建立在相對運動的基礎上，結合高中物理實驗中最常使用的斜面模型，可以通過逐漸增長斜面傾角使得木塊在斜面上發生相對運動，由此可以聯想到砂礫在斜面上慢慢滑下形成圓錐體并且不斷增高直到即將發生滑動狀態，此時砂礫的形態就構成一個經典的斜面模式．以這個斜面上的砂礫作為經典斜面上的木塊，就能順利獲得動摩擦系數．這是非常有意義的實驗創新，不僅能有效激發學生的思維，也讓學生看到了物理實驗的多種可能．這樣的教學構成，能夠培養學生的創造能力．

四、結語

【摘要】通過低成本物理實驗制作，鼓勵學生展開小組合作。讓低成本實驗成為改善物理教學環境的一種途徑，在與正規實驗相融合過程中，使物理課堂緊密聯系生活、走向社會，在培養學生良好的自主探究能力方面發揮作用。

【關鍵詞】初中;低成本物理實驗;實施策略

在實際物理教學中，面對學校教學器材的匱乏和實驗材料的短缺，很多教師對于感到無所適從，覺得無法讓學生在課內課外進行物理實驗活動，影響了物理課程的實施。物理學科知識具有極強的嚴謹性和邏輯性，許多物理課程內容更應該體現一定的教育價值。因而，物理課堂教學單單是理論教學的話，那么它并不是完善的，現如今物理理論知識教學已經不能滿足學生的需求，需要教師帶入生活中的現象進行模擬實驗或現場實驗，這樣學生才會非常高效地理解物理教學內容。很多經驗豐富的教師已經認識到積極鼓勵學生親自生動手操作并配合教師精心設計常常能使教學效果事半功倍。然而，由于實驗器材過于貴重，很多教師甚至不敢讓學生去觸碰，導致物理實驗課堂的理論化。現實中，一些優秀教師已經著手實踐著“低成本、高效率”的教學實踐，通過制作一些低成本的物理實驗，利用一些生活中常見的物品作為實驗材料，大大降低實驗的成本，另一方面還可以提高學生的參與度，改善教學效率，養成樂于動手、勤于思考的好習慣。低成本的實驗器材非常容易獲得，大多數學生都可以參與。初中物理的低成本實驗可以促進物理課堂教學，激發學生對物理自主探究的能力。

一、低成本實驗對培養學生核心素養的作用

1．訓練科學思維

初中物理實驗側重于觀察實驗和數據處理，綜合分析和因果分析，運用比較方法和類比方法進行實驗研究；運用數學比值法定義物理量，總結物理規律；物理現象和物理規律經常運用圖像方法進行描述，理想化方法主要就是理想實驗和理想模型等；另外，還有類比方法、等效方法和非邏輯思維方法等。例如，在浮力實驗中，通過學生親自動手操作，培養學生解決問題的能力，以及動手操作能力。這些方法在科學認識過程中起著極其重要的作用，促成物理學科科學教育的方法。

2．培養科學探究能力