校外学生可以带回家的物理实验工具包外文翻译资料

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校外学生可以带回家的物理实验工具包

摘 要

一个可以带回家的实验工具包已经被开发出来，用来加强在第一年的物理课程中，来自不同教育背景的校外学生都可以成功使用的经验。这个工具包很便宜，而且是由很容易获得的物品组成的。用该工具包进行的实验是直接的实验，需要进行背景阅读、设置实验、测量不同变量和对给定概念的分析。实验工具包所涵盖的概念有助于学生在不使用实验室的情况下，在家庭环境中重新加强日常物理的理论学习。同时，进行实验的过程也介绍了基本的实验室风格的工作实践和报告技能。所有的实验都是为了使学生能够发展研究、测量和报告技能，并在一些实验中，应用理论推理。

产品简介

越来越多的高等教育学生选择参加在线或远程教育的课程。学生选择这些是为了给自己一个灵活的环境来学习，工作和照顾家庭。但是作为一些物理课程的重要组成部分的实验室工作可能很难包括在在线或远程教育课程中。因此，学生可能被要求进入义务住宿学校，实验室工作可能要在短时间内完成，这种安排通常会导致“信息超载”。学生还必须支付旅行费和住宿费，并可能不得不下班和家庭休假。

Ruby（2006）进行的一项研究调查了学习方法，使用包容性实验方法和家庭“实践”实验方法之间的差异。Ruby发现，在家实验的知识测试比在课堂上有更好的改进实验结果。学生们发现，时间限制和同辈压力会从家庭实验中消除，让学生可以按照自己的节奏工作。相反，Ruby发现报告分数的平均值之间没有显著的差异，这表明由于学习环境而导致的学生成绩之间没有差异。虽然Ruby指出，这可能是由于实验设计，但它表明，在家里进行的实验可以提高学生通过实际工作学习的舒适度。Smith（2006）建议，大多数学生作为团队的一部分，能更有效地学习工作。然而，Smith（2006）也指出，所取得的成绩与单独工作的学生相似。这一结果表明，单独进行实验的学生可以像在小组中工作的学生一样有效地学习。

麦克亚历山大（2003）生产了一个“移动物理”工具包，包括装进面包盒的设备。这个套件包括18个简单的实验，其中一些只是观测实验。默多克大学为学生提供了实验工具包，但需要当地的评估；而伊迪丝·考恩大学提供了一个包含31个简短实验的工具包（卡里克研究所，2005年）。麻省理工学院(MIT)在“振动和波浪”课程中提供回家实验包，但需要在教学课程结束时返还（麻省理工学院2007）。在南昆士兰大学通过远程教育进行的物理实验室工作已被证明是成功的。学生们在家里建立了自己的气象站，并通过互联网访问第一年“遥感与气象”课程的数据（卡里克研究所，2005年）。第三年“物理学高级主题”课程使用在线访问大学设置的探测器，学生用来完成各种实践活动（Parisi，2005年）。

本文的目的是描述一个可以带回家的实验工具包，已经开发来强化第一年来自各种教育背景的学生物理课程的研究概念。该套件的设计目的是将其随身携带，并配有价格低廉的设备，供学生购买，并且无需退回大学。工具包中的实验是直接实验，需要背景读取、实验设置、测量不同变量、分析数据和给定的概念。带回家的实验工具包防止了学生的过度成本，使他们的学习时间表有更大的灵活性，并克服了在线和远程教育学生所面临的挑战。当地的学生也受益于这个工具包，因为他们可以在自己的时间而不是在一个固定的时间安排的班上进行实验。

实验

修读物理概念课程的学生来自不同的学科，气候学和物理学专业的学生必须参加。其余学科则是通识科学，教育，工程，护理和生物医学学科的学生。

这个实验工具包的设计是基于作者的愿望，即让学生能够进行一系列需要研究、测量和报告技能的实验，而不仅仅是进行观察性实验。在此基础上，每个实验都纳入了以下内容：

• 实验必须加强讲座中提供的概念；
• 每个实验都要求学生从课程文本中研究相关主题；
• 每个实验都需要进行某种形式的数据测量；
• 需要根据数据测量进行计算，包括图的构造和分析；
• 上述所有信息都将用于编制书面报告作为评估。

考虑到这些特性，实验的设计使工具包中的所有设备都便宜且容易获得（图1）。学生们为进行实验而需要提供的物品，都是可以在家里找到的物品。

每个实验的内容，都满足五个标准。已开发的六个实验是：

• 简单的钟摆；
• 折射法和反射法；
• 电气电路系统；
• 弹簧常数；
• 流体；以及
• 声速。

至少最后实验的前四个是经典设计，实验的作用是探索概念的主要重点。这四个实验改编自通常已知的实验，除了CD光谱仪(Wakabayashi等人，1998年)，作为折射和反射的一部分。流体实验是一个多重任务实验，包括根据Daniel（1998）的实验室实验和最初在南昆士兰大学实验室进行的实验的改编。声速实验是由DaSilva等人，（2005）开发的，并为学生提供了一个具有挑战性的测量练习。

为了帮助学生解决任何可预见的问题，并尽量减少混淆，实验工具包手册提供了报告编写说明、标记方案和一些实验照片（例如图2和图3），以提供一个全面的指南。

测试结果

表1显示了每个实验的目的和工具包中每个实验所使用的设备。本表分别列出了工具包中提供的设备和学生提供的材料。实验工具包中的材料和包装箱的照片如图1所示。

每个实验的结果都被设计成是为了让学生获得对相关物理概念的基本知识和理解。对于简单钟摆，最终的结果是使用钟摆上由弦组成的铅结的重力来计算重力引起的加速度，并向学生介绍伽利略伽利略的工作。对于折射和反射，结果需要理解斯奈尔定律，光和光路径的色散，包括记录光路径。对于电路系统，学生将获得欧姆定律、电压、电流、电阻和万用表的使用的基本知识。弹簧常数介绍了胡克定律，并展示了应力、应变和弹性对弹簧的影响。在流体中，学生将更好地了解浮力和阿基米德原理，能够计算流体的密度和流体中物体的密度，并使用帕斯卡原理的静水压的概念。空气中的声速实验是最具挑战性的，使用驻波和共振来测量声速。大多数实验需要绘图技能，所有的实验都需要设置设备、数据测量和分析。通过扩展问题，学生需要通过使用他们学习到的信息来回答一个理论问题来扩展分析过程。

该实验工具包是2007年第一学期物理概念课程的一部分，由校外和校外学生共同研究，以取代基于实验室的实验。在最后将该装备作为课程评估之前，一名学生被要求试验和评估实验和指导手册中的相关说明的潜在问题。学生对实验工具包的反应是积极的，允许对随实验工具包而来的手册中的说明进行微调。

2007班的学生在提交了实验工具包的最终报告后，也被要求完成一项调查。回应表明，大多数学生都发现了这是一项有趣的练习，但希望减少编写评估报告所需的时间。其中一名学生很难完成声速实验，因为所使用的频率影响了他们的健康。在实验过程中，学生们按照指示定期休息，克服了这个问题。没有其他学生报告过这个问题。对提交的评估报告的审查表明，学生们已经很好地掌握了对他们的期望明年评估的变化将包括减少提交给两人的报告总数，以及其余的实验以提交结果表代替报告。虽然这将减少学生撰写评估所需的总时间，但它不会减少学生的学习时间，因为结果表需要对实验数据进行分析和理解相关概念，以便正确地做到这一点。第二个变化是，学生将在整个学期逐步提交每份报告和成绩表，而不是在学期末，从而允许学生在学期初收到反馈，并在学期结束时减少考官的标记工作量。

讨论与结论

一个带回家的实验工具包已经被描述出来，以强化第一年物理课程的概念，由来自各种教育背景的学生学习。初始最大值$80.00(AUD)被分配给套件的成本。该实验套件的最终成本价格是$44.80(AUD)，包括满足生产低成本套件的目标的税收。这个实验工具包通过大学书店出售，价格包括书店的管理费用。这个价格还不到一些教科书成本的一半。

学生们需要自己提供的两件设备是简单钟摆的秒表和弹簧常数的已知质量。作者发现，如果学生没有这些物品，就可以找到替代品。互联网上有可免费使用的软件定时设备，而已知的大众则被硬币所取代。由于大量的硬币可能很昂贵，使用硬币是一个简单的选择，因为给定的硬币的质量是提供在国家政府网站（澳大利亚皇家造币厂2006）。然后，学生们可以接近银行，用纸币兑换硬币来进行实验。实验完成后，学生就可以把硬币带回银行了。这意味着学生不必购买一套秤，也不需要已知的大众包括在包中。

用实验工具包很容易获得的简单设备，加强了物理学在我们日常生活中的概念。这些实验在不使用实验室的情况下，为学生在家庭环境中研究概念提供了额外的强化。此外，实验是开放的，不需要符合预定的课程时间表的执行时间和投入的时间。这使得学生能够灵活地按照自己的节奏工作，在需要时重复实验，或探索其他可能的途径，同时利用时间管理确保最后期限。

致谢

作者感谢格雷厄姆·霍尔姆斯和奥利弗·金德对这些工具包的帮助，也感谢南昆士兰大学为开发这些工具包提供了学习和教学资助。

参考文献

Carrick Institute（2005）快照：澳大利亚大学物理学的良好学习和教学，卡里克高等教育学习和教学学院，莫纳什大学，维多利亚。

Daniel, TB（1998）阿基米德的原理没有国王的王冠，物理学老师，36(1), 557.

Da Silva,WP,Precker,JW,eSilva,DDPS,eSilva,CDPS（2005)空气中的声速：一个家庭实验，物理老师，43(4），219-221。

McAlexander, A（2003)物理要去，物理老师，41(4），214-218。

麻省理工学院-麻省物理研究所（2007）8.03振动和波，

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Parisi, A V（2005）太阳紫外线辐射的物理概念，欧洲物理杂志，26,313-320。

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Ruby,GG( 2006）卡佩拉大学在线教学设计，http://www.gailruby.com/GAIL_RUBY_Dissertation_Final.pdf已于2007年5月23日访问。

J（2006）小组规模对物理实验室学生表现的影响，教学科学-澳大利亚科学教师协会杂志，52（4），34-37。

Wakabayashi, F, Hamada, K and Sone,K（1998）光盘光谱仪：一个简单而廉价的课堂演示工具，化学教育杂志，75,1569-1570

表1。可带回家的实验工具包的内容。

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