大學物理實驗中的存在問題及改進方案

元冰

摘 要：基于對目前高校大學物理實驗教學中的課程設計、實驗設備、實驗步驟、評分標準等方面存在問題的調研與探討，本文有針對性的提出了幾點建議，包括改革課程設計，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，加強實驗設備管理，建立開放性實驗和創(chuàng)新評分標準等，以幫助提高學生對實驗內容和技術方法的興趣，從而愿意投入更多的時間和精力去鉆研學習，進而更加有效的提高自身實驗能力和科學素質。

關鍵詞：大學物理實驗；課程設計；儀器管理；實驗創(chuàng)新；開放性實驗

大學物理實驗作為基礎的實驗課程，既要讓學生通過實際操作和數(shù)據(jù)分析學習到科學實驗的基礎知識，又要讓學生在實驗方法的考慮、測量儀器的選擇、實驗誤差的分析中受到訓練，為學生進行后續(xù)科學研究打下基礎[1]。在實驗設計的過程中，一方面可以鞏固學生已經(jīng)學到的理論知識；另一方面，可以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力以及嚴謹、認真的科學態(tài)度和實事求是的精神[2]。同時更能夠啟發(fā)學生的創(chuàng)新性思維，提高動手能力，激發(fā)學生參與實驗、設計實驗的興趣。結合實際教學經(jīng)歷和大量調查研究，作者認為在當前高校的大學物理實驗的教學工作中存在以下幾個方面的問題：

一、課程設計陳舊，沒有跟上時代發(fā)展

當前的大學物理實驗課程安排都十分基礎，涵蓋了各個學科的基本實驗技能，可謂非常經(jīng)典。但是正是因為這些所謂“經(jīng)典”的實驗內容，十幾年沒有大的變化，甚至，當前的實驗題目和作者當年讀大學時的實驗題目幾乎完全相同?？茖W技術不斷進步，社會也不斷發(fā)展，然而我們的大學物理實驗課程卻更新緩慢，這顯然是不合適的。在保證學生理解相關知識點的情況下，利用當前較為先進的測量理念和測量手段，達到同原課程設計相同測量目的是課程發(fā)展的必然趨勢，就好比當年計算機逐漸取代珠算成為財會行業(yè)的主流工具一樣。

二、實驗設備維護不力，學生實驗誤差過大

學生實驗過程中發(fā)現(xiàn)很多時候造成實驗數(shù)據(jù)不理想，長時間無法得到預期結果的原因是實驗設備本身的“故障”。這使得學生大量的時間、精力都花在與實驗目的不太相關的方向上，甚至為了應付實驗過關，編造虛假數(shù)據(jù)，抄襲他人結論。這樣的問題由于本科學生實驗室實驗設備較多，每天各個班級多批次的操作，一旦學生操作不當，經(jīng)常造成設備故障、儀表不精準等問題。而實驗室老師數(shù)量有限，想要及時維護往往來不及。另外，實驗室中的很多器材過于陳舊，維修次數(shù)過多，已經(jīng)很難保證實驗測量精度了。在這樣的情況下，學生的實驗熱情會被很快消磨殆盡，做實驗也就變成了應付差事，走過場了。

三、實驗步驟惰性較大，無法提高學生創(chuàng)新能力

實驗教學往往是老師把實驗步驟發(fā)給學生，強調按照步驟操作；學生機械的按照步驟照做，得到“預期”的數(shù)據(jù)；老師在數(shù)據(jù)結論上簽字，實驗結束[3]。這種模式固然可以提高學生實驗的成功率，卻無法真正把學生帶入到實驗思考中來，學生成了一個個實驗臺上的操作工，比賽誰更快完成任務。學生沒有任何機會和欲望去思考為什么實驗要這樣設計？為什么實驗步驟要這樣安排？如果不這樣做會帶來什么問題？其實考慮并解決這些問題對學生的培養(yǎng)要比所謂的“實驗成功”有意義得多。甚至可以猜測，這種“惰性”培養(yǎng)方式與我們國家盡管人口基數(shù)龐大、卻無法在諾貝爾獎上取得與我國人口比例相稱的成就不無關聯(lián)。

四、評分方式不科學，不能調動學生積極性

當前大學物理實驗課程的評分方式也較為單一，通常采用期末筆試的方法，和理論課差不多，這其實是一種極不科學的評價方式[4]。實驗課主要培養(yǎng)的是學生動手、動腦的能力。如何解決實驗過程中出現(xiàn)的各種問題，必須理論與實際相結合，靠背書本是沒用的。而以單一刻板的評價方式作為指揮棒只能把學生推向死記硬背的一面，實驗課程的真諦無法得到體現(xiàn)。

針對大學物理實驗教學中的各種問題，基于多年實驗教學的經(jīng)驗積累和分析思考，作者認為應該從如下幾個方面作出努力以改變現(xiàn)狀：

（一）對課程設計進行改革，充分利用現(xiàn)有資源[4]

當前社會已經(jīng)是信息化社會，網(wǎng)絡、電腦甚至有處理器功能的手機已經(jīng)走進大眾的生活中，利用這些信息化產(chǎn)品輔助傳統(tǒng)的物理實驗測量工具可以大大提高測量效率并激發(fā)學生的實驗興趣。例如，在測量普朗克常數(shù)的實驗中，完全可以利用數(shù)據(jù)采集卡和電腦，讓學生通過程序設計完成對實驗過程的控制和數(shù)據(jù)處理。雖然現(xiàn)在也有現(xiàn)成的普朗克常數(shù)測試儀，但是全集成化的教具并不利于學生對實驗內容的理解和動手能力的鍛煉。

（二）注重培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識

創(chuàng)新是我們社會向前發(fā)展的動力，而本科生是未來推動社會進步的主力軍。因此課程實驗的安排應該更加注重對學生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，在完成對力學、熱學、電磁學等基礎知識點的理解的同時，更多使用學生自己的想法，有創(chuàng)造性的完成實驗目的，用較為豐富多樣的實驗手段去論證。鼓勵學生用不同的實驗方法實現(xiàn)相同的實驗目的，更加注重實驗過程，啟發(fā)學生的一些新想法并通過實驗小組討論的方式加以完善。

（三）加強實驗設備管理

實驗設備是完成實驗必不可少的工具，必須加強管理[5]。首先，應該建立完善的使用記錄，隨時跟蹤儀器的狀況。如開發(fā)手機app軟件，專門描述和傳遞每臺設備的工作狀態(tài)，由學生上傳儀器狀態(tài)，實驗室維護老師隨時通過手機獲得第一手情況并迅速完成維修并更新儀器狀態(tài)，以便之后安排的實驗順利進行。其次，安排專門的實驗室儀器操作培訓。由于學生大多是新手，基本的實驗操作技能較差，很多的儀器破壞都有一定的共性。由實驗室老師總結出現(xiàn)儀器設備的故障的原因并做成課件向全體學生宣講，可以有效降低儀器的故障率，大大減少維修老師的工作量。最后，可以培養(yǎng)學生參加實驗室老師組織的維修小組。一方面可以幫助老師完成較多的儀器維修，迅速保證后續(xù)實驗的順利進行；另一方面也可以鍛煉學生的動手動腦能力，更加深刻地理解實驗儀器的構造。

（四）設計開放性實驗課題，由學生構建實驗步驟

建立少量的開放性實驗課題，老師只提出實驗目的和方向，由學生們自己完成實驗設計，選擇相應的實驗材料和儀器，這樣的實驗難度較高，但是實驗過程較為自由，學生有更多的時間去調研、思考和討論。學生可以通過組隊的方式共同完成一個個不同的題目，在團隊內各自分工，共同協(xié)作，完善實驗原理、實驗設備、實驗步驟和實驗結論，最后通過宣講的方式展示自己的成果。這種較為開放的實驗方式一方面有助于老師完成本課程的改革探索，另一方面也大大調動學生參與實驗的積極性；由被動的按照步驟操作，轉為主動地設計實驗，完成角色轉換，同時也充分培養(yǎng)和鍛煉了學生的團隊協(xié)作的精神和能力。

（五）創(chuàng)新評分標準

規(guī)范、公平的成績評定辦法是學生認真上課的重要因素。相較于以前注重期末筆試考核的方式，大學物理實驗應該更加注重平時的成績，甚至平時成績應該占到總評成績的80%。不過對于平時成績的包含項分配應該更加科學，可以按照實驗次數(shù)分配平時成績，在每次實驗過程中按照是否理解實驗目的、是否能夠自如無誤的操作儀器、是否能夠達到預期的實驗結論、實驗中是否有自己的創(chuàng)意、在團隊中是否是主要角色等因素給予評分。本著提高學生綜合能力的目的進行評分可以促使學生做出更多有創(chuàng)造性的實驗。

總之，當下大學物理實驗教學中還存在著相當多的問題，如硬件設施較為落后，師資短缺等都不是短時間內可以解決的，但是我們有信心發(fā)揮主觀能動性，進一步改革課程，為了學生的學有所思、學有所得、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和全面提高素質而努力。

參考文獻：

[1]程衍富.大學物理實驗講義[M].北京：北京郵電大學出版社，2011.

[2]宋心琦.有關化學實驗改革的想法與建[J].化學教育，2001，（3）：37-39.

[3]楊秋波.大學物理實驗教學方法探索[J].實驗室研究與探索，2003，（5）：30-32.

[4]許濟金，鄭林，邱祖強.大學物理實驗教學改革的研究與實踐[J].福建師范大學福清分校學報，2009，（96）：10-12.

[5]曹春香.管好用好儀器，服務教學科研[J].安徽工業(yè)大學學報（社會科學版），2015，（32）：131-132.

（作者單位：蘇州大學物理與光電·能源學部）