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摘要：大学物理实验教学要实现变革，亟须引入研究性教学这样的新型教学理念。这将促使教学效果的大幅提高，从而真正实现大学物理实验课程的目的。本文先对大学物理实验的教学现状进行概述，再阐述研究性教学的意义和背景。最后结合霍尔效应的具体教学情境，通过在传统实验中加入研究性内容，使大学物理實验课堂成为培养学生创新能力的基地。
关键词：大学物理实验；研究性教学；霍尔效应
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）38-0162-02
一、当前大学物理实验教学的概况
我国高校的物理实验教学实践可以追溯到上世纪50年代，到目前为止已取得了一些成效。具体而言，各高校物理实验教学改革主要围绕以下几个方面展开：第一，重新以基础性和综合性为考量来组织大学物理实验教材，改变了以力、热、电、光和原子物理为顺序的传统编排，并以专题或者模块的模式进行教学组织。第二，综合性和设计性实验的所占比重增加，但是仍旧具有较大提升空间。第三，通过教学改革，使实验结构、实验内容以及教学组织打破了以往的限制，越来越呈现出开放性的特点。但这其中大多数都是浅尝辄止，在经验总结阶段止步不前，缺乏将大学物理实验与研究教学理论背景结合的能力[1]。
二、研究性教学的概念及意义
研究性教学就是以教师的教学内容和学生的知识储备为前提，保障教师和学生在授受关系中各自的作用都得到充分的体现，实现了教学观念和教学模式的双重革新，改变了传统教学过程中教师和学生扮演的角色，从而创造一个开放互动、和谐交流的教学场所。学生在教师的指导中得到启发，进而在创造性地运用所学知识综合解决问题的过程中，培养探索精神，发展个性潜力[2]。
三、研究性教学应用在大学物理实验中的可行性
之所以将大学物理实验课程作为理工科学生在大学期间接触到的首门实践性课程，就是希望以实验的形式加深学生对于物理学的理解，以培养学生具备进行实验物理学研究的能力和科学素质。多年的实践成果表明，大学物理实验的研究性教学具有较强的可操作性。
1.大学生普遍接受过良好的基础教育，已经掌握了较为系统和完备的基础知识。他们往往思维活跃，善于创新，对于新鲜事物抱有强烈的好奇心，是开展研究教学的不二人选。
2.研究性教学兼顾实践性与前瞻性，与高校的课程设置有着较高的契合度。同时，高校内的各种教学设施为探究教学提供了良好的硬件基础，图书馆和校园网络等设备也为探究学习的实现提供了丰富的信息资源保障。
3.高校以“双师型”教师居多，具备开展研究教学所必需的人才储备。这些高校教师通常同时肩负着教学任务和科研任务，承担着各类课题，有着丰富的科学研究理论和实践经验。因此，在亲自向学生传授研究方法的同时，也有利于他们积累自身的探究教学实践经验[3]。
四、霍尔实验中的研究性教学
霍尔效应一直以来都是大学物理的传统实验课程，它得名于1879年在金属中发现电压的美国物理学家霍尔。以下将以霍尔效应为例，对研究性教学在大学物理实验教学中的具体应用进行探究。
1.实验中对霍尔元件的电路改进和保护。早前的霍尔元件由金属制成，由于霍尔电压过低而不具有使用价值。直到半导体技术的突飞猛进，才使霍尔元件在电池测量和自动控制等装置中得到了广泛应用。霍尔元件体积较小，其整体结构为一般为1.50mm×1.74mm。较为频繁的使用次数和脆弱的自身构造，使霍尔元件极易损坏，因此，对霍尔元件的保护就显得极为重要，这也是为传统教学所忽略的。电路上的设计改进将会大大提升霍尔元件的耐用程度。其具体操作如下：选取霍尔元件工作电流输入端中的一端，添加两根带金属夹的导线，使两个金属夹分别夹住保险丝的两腿。其中，保险丝采用直径为0.32mm、额定电流为1.1A的常用电流保险丝即可。然后在霍尔元件的电压输出端也实施同样的步骤，这样就能有效地保护霍尔元件。当激励电流误接入霍尔元件时，保险丝会烧断，霍尔元件就得以保存。经过本人对该霍尔效应实验的改进和反复验证，当0.1A的励磁电流接入到该装置时，保险丝会立即烧毁，从而确保了霍尔元件的完好无损，说明该设计是具有一定可行性的。其实验原理图如图1所示。
实验结果证明，该设计确实起到了保护霍尔元件的作用，从而有效地维护了霍尔效应实验器材，对霍尔效应的物理实验教学起到了良好的示范。在进一步保证大学物理实验教学顺利进行的同时，也激发了学生创造的热情，提高了他们灵活运用所学知识的能力。
2.霍尔效应在螺旋管轴线磁场测量中的运用。在研究长直螺线管轴线上的磁场分布时，常常需要利用霍尔效应。在工作电流和励磁电流都得到固定的情况下，通过变换霍尔片在长直螺线管轴线上的位置，逐点获取霍尔电压，最后求得磁场大小。而在对这些数值进行分析时，为了实现模拟的数值在不同学科的实验中具有广泛适用性，需要借助一种多物理场模拟软件。这时学生就可以小组为单位，利用软件充分发挥主观能动性，实现自主探究。这也是新时代下的科技优势。如图2显示的就是理论计算、实验测量和数值模拟3种不同方法在进行螺线管轴磁场测量实验时得出的分布曲线。图中可以明显地看出，实验结果与理论计算更加一致。虽然模拟计算偏差较大，但利用它可以更直观简便地得到整个磁力线的分布，这正是数值模拟的优势所在。而这几种方法结果间的差异，也为今后的物理实验提出了新的研究课题。
五、结束语
在大学物理实验教学的探索实践中，适当地引入研究性教学对培养学生综合素质和创新思维起到极大的促进作用。学生在实验过程中会以具体问题的解决为目标，借助文献资料对已有知识进行总结与归纳，从而加深对知识的理解。在以小组为单位进行探究时，同学间的交流合作能力也得到了加强，学习的积极性得到了提高。大学生具有的科研意识和创新精神也有了进一步提升。具体而言，随着文中谈及霍尔元件的广泛应用，对霍尔效应的教学也应该随之变革。本文即是结合大学物理实验教学中霍尔效应的内容，对霍尔实验的一些方法提出了改进。在运用新技术手段的同时也发现了传统教学所未注意到的新课题。总之，研究性教学在提高学生综合能力、培养学生创新精神方面成果显著，对大学物理实验教学的发展有着深远的意义。
参考文献：
[1]陈森，吴平，赵雪丹，邱宏，黄筱玲.大学物理实验研究性教学模式探索与实践[J].中国现代教育装备，2012，（23）.
[2]郝福生.大学物理实验研究性教学体系的构建与实践[J].赤峰学院学报（科学教育版），2011，（07）.
作者简介：刘卫卫（1981-），男，江苏省淮安市人，盐城师范学院，讲师，主要研究方向为宽带隙半导体材料的制备及其光电器件的制作与性能分析。
关键词：大学物理实验；研究性教学；霍尔效应
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）38-0162-02
一、当前大学物理实验教学的概况
我国高校的物理实验教学实践可以追溯到上世纪50年代，到目前为止已取得了一些成效。具体而言，各高校物理实验教学改革主要围绕以下几个方面展开：第一，重新以基础性和综合性为考量来组织大学物理实验教材，改变了以力、热、电、光和原子物理为顺序的传统编排，并以专题或者模块的模式进行教学组织。第二，综合性和设计性实验的所占比重增加，但是仍旧具有较大提升空间。第三，通过教学改革，使实验结构、实验内容以及教学组织打破了以往的限制，越来越呈现出开放性的特点。但这其中大多数都是浅尝辄止，在经验总结阶段止步不前，缺乏将大学物理实验与研究教学理论背景结合的能力[1]。
二、研究性教学的概念及意义
研究性教学就是以教师的教学内容和学生的知识储备为前提，保障教师和学生在授受关系中各自的作用都得到充分的体现，实现了教学观念和教学模式的双重革新，改变了传统教学过程中教师和学生扮演的角色，从而创造一个开放互动、和谐交流的教学场所。学生在教师的指导中得到启发，进而在创造性地运用所学知识综合解决问题的过程中，培养探索精神，发展个性潜力[2]。
三、研究性教学应用在大学物理实验中的可行性
之所以将大学物理实验课程作为理工科学生在大学期间接触到的首门实践性课程，就是希望以实验的形式加深学生对于物理学的理解，以培养学生具备进行实验物理学研究的能力和科学素质。多年的实践成果表明，大学物理实验的研究性教学具有较强的可操作性。
1.大学生普遍接受过良好的基础教育，已经掌握了较为系统和完备的基础知识。他们往往思维活跃，善于创新，对于新鲜事物抱有强烈的好奇心，是开展研究教学的不二人选。
2.研究性教学兼顾实践性与前瞻性，与高校的课程设置有着较高的契合度。同时，高校内的各种教学设施为探究教学提供了良好的硬件基础，图书馆和校园网络等设备也为探究学习的实现提供了丰富的信息资源保障。
3.高校以“双师型”教师居多，具备开展研究教学所必需的人才储备。这些高校教师通常同时肩负着教学任务和科研任务，承担着各类课题，有着丰富的科学研究理论和实践经验。因此，在亲自向学生传授研究方法的同时，也有利于他们积累自身的探究教学实践经验[3]。
四、霍尔实验中的研究性教学
霍尔效应一直以来都是大学物理的传统实验课程，它得名于1879年在金属中发现电压的美国物理学家霍尔。以下将以霍尔效应为例，对研究性教学在大学物理实验教学中的具体应用进行探究。
1.实验中对霍尔元件的电路改进和保护。早前的霍尔元件由金属制成，由于霍尔电压过低而不具有使用价值。直到半导体技术的突飞猛进，才使霍尔元件在电池测量和自动控制等装置中得到了广泛应用。霍尔元件体积较小，其整体结构为一般为1.50mm×1.74mm。较为频繁的使用次数和脆弱的自身构造，使霍尔元件极易损坏，因此，对霍尔元件的保护就显得极为重要，这也是为传统教学所忽略的。电路上的设计改进将会大大提升霍尔元件的耐用程度。其具体操作如下：选取霍尔元件工作电流输入端中的一端，添加两根带金属夹的导线，使两个金属夹分别夹住保险丝的两腿。其中，保险丝采用直径为0.32mm、额定电流为1.1A的常用电流保险丝即可。然后在霍尔元件的电压输出端也实施同样的步骤，这样就能有效地保护霍尔元件。当激励电流误接入霍尔元件时，保险丝会烧断，霍尔元件就得以保存。经过本人对该霍尔效应实验的改进和反复验证，当0.1A的励磁电流接入到该装置时，保险丝会立即烧毁，从而确保了霍尔元件的完好无损，说明该设计是具有一定可行性的。其实验原理图如图1所示。
实验结果证明，该设计确实起到了保护霍尔元件的作用，从而有效地维护了霍尔效应实验器材，对霍尔效应的物理实验教学起到了良好的示范。在进一步保证大学物理实验教学顺利进行的同时，也激发了学生创造的热情，提高了他们灵活运用所学知识的能力。
2.霍尔效应在螺旋管轴线磁场测量中的运用。在研究长直螺线管轴线上的磁场分布时，常常需要利用霍尔效应。在工作电流和励磁电流都得到固定的情况下，通过变换霍尔片在长直螺线管轴线上的位置，逐点获取霍尔电压，最后求得磁场大小。而在对这些数值进行分析时，为了实现模拟的数值在不同学科的实验中具有广泛适用性，需要借助一种多物理场模拟软件。这时学生就可以小组为单位，利用软件充分发挥主观能动性，实现自主探究。这也是新时代下的科技优势。如图2显示的就是理论计算、实验测量和数值模拟3种不同方法在进行螺线管轴磁场测量实验时得出的分布曲线。图中可以明显地看出，实验结果与理论计算更加一致。虽然模拟计算偏差较大，但利用它可以更直观简便地得到整个磁力线的分布，这正是数值模拟的优势所在。而这几种方法结果间的差异，也为今后的物理实验提出了新的研究课题。
五、结束语
在大学物理实验教学的探索实践中，适当地引入研究性教学对培养学生综合素质和创新思维起到极大的促进作用。学生在实验过程中会以具体问题的解决为目标，借助文献资料对已有知识进行总结与归纳，从而加深对知识的理解。在以小组为单位进行探究时，同学间的交流合作能力也得到了加强，学习的积极性得到了提高。大学生具有的科研意识和创新精神也有了进一步提升。具体而言，随着文中谈及霍尔元件的广泛应用，对霍尔效应的教学也应该随之变革。本文即是结合大学物理实验教学中霍尔效应的内容，对霍尔实验的一些方法提出了改进。在运用新技术手段的同时也发现了传统教学所未注意到的新课题。总之，研究性教学在提高学生综合能力、培养学生创新精神方面成果显著，对大学物理实验教学的发展有着深远的意义。
参考文献：
[1]陈森，吴平，赵雪丹，邱宏，黄筱玲.大学物理实验研究性教学模式探索与实践[J].中国现代教育装备，2012，（23）.
[2]郝福生.大学物理实验研究性教学体系的构建与实践[J].赤峰学院学报（科学教育版），2011，（07）.
作者简介：刘卫卫（1981-），男，江苏省淮安市人，盐城师范学院，讲师，主要研究方向为宽带隙半导体材料的制备及其光电器件的制作与性能分析。