物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)中的能力培養(yǎng)實(shí)踐

袁斯偉　王景聚

普通物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)理工科學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)基礎(chǔ)課，是接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技巧訓(xùn)練的必修課。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。如何改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有較強(qiáng)社會(huì)適應(yīng)能力和創(chuàng)新能力的人才，已成為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的重要課題。從2003級(jí)開(kāi)始，我系修訂了普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，打破了普通物理實(shí)驗(yàn)按照傳統(tǒng)的力學(xué)實(shí)驗(yàn)、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)和光學(xué)實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)的模式，建立了基于能力培養(yǎng)的普通物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)體系。

一、普通物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)體系

為了培養(yǎng)高素質(zhì)的人才，特別是培養(yǎng)學(xué)生具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，我們對(duì)不適應(yīng)培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)體系、教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行了深層次的改革。將普通物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成二年級(jí)的必修課和四年級(jí)的選修課來(lái)完成。我們提出了物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)的課程建設(shè)整體方案及其教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃。必修課按理論性、設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)，而選修課則主要是開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)。基于實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)性，注重物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的共性和個(gè)性特征，同時(shí)根據(jù)分層次課程內(nèi)容教學(xué)需要，提出了的實(shí)驗(yàn)設(shè)備優(yōu)化原則，提高教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技術(shù)可拓展性。教學(xué)實(shí)踐顯示，通過(guò)分層次物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，既為“通才”教育提供實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練和科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)的教學(xué)技術(shù)環(huán)境，也為物理“專(zhuān)才”培養(yǎng)提供了科技創(chuàng)新的技術(shù)空間，滿足不同層次學(xué)生的教學(xué)需要。

二、普通物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)課程建設(shè)

能力培養(yǎng)型普通物理實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)方案，以物理實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容改革為切入點(diǎn)，實(shí)施物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。“普通物理實(shí)驗(yàn)”課程整體依照由淺入深的認(rèn)識(shí)規(guī)律按內(nèi)容層次分三個(gè)教學(xué)階段授課。第一層次基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，注重基本實(shí)驗(yàn)技能培養(yǎng)，學(xué)習(xí)基本物理量的觀測(cè)技術(shù)方法，及其正確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、分析處理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確描述和規(guī)范實(shí)驗(yàn)報(bào)告。第二層次綜合性實(shí)驗(yàn)，充分體現(xiàn)物理研究實(shí)際過(guò)程，注重實(shí)驗(yàn)方法的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和科技創(chuàng)新能力。第三層次設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，注重基本物理現(xiàn)象的觀測(cè)及研究方法，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。應(yīng)該說(shuō)，第一層次強(qiáng)調(diào)基本技能訓(xùn)練，第二層次突出實(shí)驗(yàn)綜合能力的培養(yǎng)，其教學(xué)過(guò)程更專(zhuān)注于實(shí)驗(yàn)的物理內(nèi)涵和物理現(xiàn)象的探索，第三層次培養(yǎng)學(xué)生從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。為了達(dá)到普通物理實(shí)驗(yàn)課程分層次教學(xué)目標(biāo)，我們對(duì)普通物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行了整合，進(jìn)行了課程內(nèi)容改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃。使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排分別注重實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)兩方面，注重物理研究的內(nèi)在聯(lián)系。如開(kāi)出示波器系列實(shí)驗(yàn)、分光計(jì)系列實(shí)驗(yàn)和電位差計(jì)系列實(shí)驗(yàn)等。實(shí)驗(yàn)相關(guān)項(xiàng)目構(gòu)成課程的單元，由這些實(shí)驗(yàn)單元組合成普通物理實(shí)驗(yàn)課程整體，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程一體化。進(jìn)一步根據(jù)課程整體教學(xué)要求，對(duì)實(shí)驗(yàn)相關(guān)子集中每一項(xiàng)目的教學(xué)重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)。在物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，第一層次和第二層次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容面向所有學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，第三層次項(xiàng)目?jī)?nèi)容則進(jìn)一步分“通才”要求和“專(zhuān)才”要求來(lái)設(shè)置。前者定位于滿足所有本科學(xué)生教學(xué)需要，但在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法上有所提高，有所創(chuàng)新，也有自己的教學(xué)特色；后者體現(xiàn)了綜合創(chuàng)新及使用現(xiàn)代化測(cè)量手段，它面向?qū)W有余力的優(yōu)良和優(yōu)秀學(xué)生，滿足“優(yōu)生優(yōu)培”的教學(xué)需要。

三、物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)實(shí)踐

在物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)實(shí)踐中，我們既要實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)分層次的教學(xué)目標(biāo)，又要兼顧實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源的合理配置。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為獨(dú)立單元，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目各自的教學(xué)目的、內(nèi)容和技術(shù)方法，提出儀器設(shè)備建設(shè)要求。由于忽視明確的課程整體教學(xué)定位以及單個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在課程整體內(nèi)部的層次化教學(xué)分工，更缺乏項(xiàng)目之間的物理原理或?qū)嶒?yàn)技術(shù)關(guān)聯(lián)，從而導(dǎo)致部分設(shè)備資源重復(fù)建設(shè)。因此，基于單元中每一個(gè)項(xiàng)目所需的儀器設(shè)備在子集中的教學(xué)層次定位，測(cè)量?jī)x器和實(shí)驗(yàn)主體設(shè)備均存在于個(gè)性和共性之中。進(jìn)一步根據(jù)層次化課程內(nèi)容的教學(xué)要求，合理利用和配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)技術(shù)可拓展性。譬如，聲速測(cè)量、RLC串聯(lián)諧振等實(shí)驗(yàn)在具有可擴(kuò)展性的主平臺(tái)上，通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)配件組合，展開(kāi)一系列的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。這一建設(shè)思想，不僅節(jié)省教學(xué)費(fèi)用，而且充分利用教學(xué)資源，更重要的是使學(xué)生通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)對(duì)象理解物理研究的內(nèi)在聯(lián)系，提高科技創(chuàng)新能力?；谖锢矸謱哟螌?shí)驗(yàn)教學(xué)要求，在實(shí)驗(yàn)技術(shù)配置上，針對(duì)不同學(xué)習(xí)需要的學(xué)生，提供不同層次的實(shí)驗(yàn)技術(shù)環(huán)境，真正達(dá)到“優(yōu)生優(yōu)培”的目的。如關(guān)于示波器的教學(xué)，我們首先介紹模擬示波器，在學(xué)生掌握了示波器的若干個(gè)實(shí)驗(yàn)以后，再進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)字示波器，由淺入深，循序漸進(jìn)，學(xué)習(xí)示波器應(yīng)用的系列實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)方法上，我們也進(jìn)行了相應(yīng)的改革。如關(guān)于楊氏模量的測(cè)量，我們首先介紹拉伸法，然后介紹動(dòng)態(tài)法和霍耳位移傳感器法，新舊實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比，學(xué)生從中可以體會(huì)到現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步。

四、結(jié)論

物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)，既優(yōu)化教學(xué)技術(shù)手段又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的使用效率，更重要的是，在相同資金條件下，實(shí)現(xiàn)采用與實(shí)際應(yīng)用接軌的精密測(cè)量?jī)x器或?qū)嶒?yàn)測(cè)量技術(shù)多樣化的教學(xué)技術(shù)安排。根據(jù)“厚基礎(chǔ)，強(qiáng)能力，高素質(zhì)”的培養(yǎng)模式和學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生的目標(biāo)及各專(zhuān)業(yè)的要求，依據(jù)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目決定將要配置的實(shí)驗(yàn)器材，要求這些儀器既有經(jīng)典的又有現(xiàn)代的；既有自動(dòng)的又有手動(dòng)的；既有模擬的又有數(shù)字的。概括起來(lái)就是傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的、基礎(chǔ)的和先進(jìn)的二者兼顧。開(kāi)出的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要傳統(tǒng)與現(xiàn)代內(nèi)容并存；基本方法、基本技能訓(xùn)練與獨(dú)立設(shè)計(jì)結(jié)合。給不同智力、不同需求的學(xué)生以充分選擇的余地。這樣可以改變按傳統(tǒng)的力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)和光學(xué)開(kāi)設(shè)的拼盤(pán)式的舊體制實(shí)驗(yàn)，代之以“理論性（基礎(chǔ)性）”、“設(shè)計(jì)性”和“綜合性”實(shí)驗(yàn)的新的教學(xué)體制，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容由淺入深、循序漸進(jìn)，達(dá)到提高學(xué)生素質(zhì)和培養(yǎng)能力的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

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