大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的研究

沙金巧 范君柳 朱愛敏

[摘要]通過對(duì)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足的分析,結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐,提出物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教材、教學(xué)內(nèi)容、方法和手段等方面的改革方案,以期提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革創(chuàng)新研究素質(zhì)教育

中圖分類號(hào):G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2009)1220175-01

一、引言

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等理工科院校對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程,是本科生接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。

隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展,以往的一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)手段和教學(xué)方式已經(jīng)不能與時(shí)代發(fā)展和學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)相適應(yīng),這就需要對(duì)課程進(jìn)行改革,進(jìn)一步補(bǔ)充、完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,將先進(jìn)的測量、測試手段和教學(xué)方法引入實(shí)驗(yàn)課堂,使實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠緊跟時(shí)代步伐,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的積極性和主動(dòng)性,以期達(dá)到更好的教學(xué)效果。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)

實(shí)驗(yàn)教材是搞好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ),是培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作和創(chuàng)新能力實(shí)踐環(huán)節(jié)的資料,因此,編寫一本適合本校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教材是很有必要的。

根據(jù)理工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)基本要求,結(jié)合各高校實(shí)際,教材與實(shí)驗(yàn)儀器配套,對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)會(huì)起到很好的指導(dǎo)作用。

根據(jù)實(shí)踐教學(xué)經(jīng)驗(yàn),所編寫的教材需要注意以下幾點(diǎn)[1]:

1.根據(jù)國際上統(tǒng)一測量不確定度量化表示的進(jìn)展情況,結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際水平,實(shí)行以不確定度評(píng)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果;2.根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和一般教學(xué)規(guī)律,按基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合性提高實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性研究實(shí)驗(yàn)的順序來編排;3.所安排的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要與基礎(chǔ)和綜合性實(shí)驗(yàn)相關(guān)性較強(qiáng),這樣學(xué)生可以結(jié)合已學(xué)的知識(shí)和實(shí)驗(yàn)來完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn),促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和鍛煉,達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)素質(zhì)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意識(shí)的目的;4.在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容方面,需要引進(jìn)一些反映科技新成果的實(shí)驗(yàn),有些實(shí)驗(yàn)需要增加更為豐富的內(nèi)容,在有的實(shí)驗(yàn)中引入計(jì)算機(jī)采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

三、教學(xué)體系和內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)體系是按力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)等內(nèi)容進(jìn)行劃分,這種體系突顯了學(xué)科的系統(tǒng)性,但忽視了學(xué)科之間的兼容互補(bǔ)性,各學(xué)科相互獨(dú)立,界限明顯,限制了學(xué)生跨學(xué)科思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2,3]。改革后的教學(xué)體系需打破原來的順序,按基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分類。對(duì)于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和內(nèi)容,改革的具體思路為:

1.更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,修訂教學(xué)大綱。傳統(tǒng)物理教學(xué)內(nèi)容陳舊,驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多,缺乏綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?；谝陨锨闆r,增加綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,使課程中綜合性實(shí)驗(yàn)比例達(dá)到50%。原有的部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)于物理學(xué)專業(yè)學(xué)生而言實(shí)驗(yàn)手段較為陳舊、所需知識(shí)比較簡單(如“用單擺測定重力加速度”、“用自由落體測定重力加速度”、“用可逆擺測定重力加速度”等),可通過新增“波爾共振實(shí)驗(yàn)”、“用CCD法測楊氏模量”、“多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)”等綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目替換原有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如使用示波器采用不同方法測量電容,拓展了示波器的使用面。對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展,可在實(shí)驗(yàn)前2-3周由學(xué)生根據(jù)自己的興趣提前選擇項(xiàng)目,然后查閱資料,在實(shí)驗(yàn)前1周左右提交實(shí)驗(yàn)方案。2.利用現(xiàn)有儀器、設(shè)備擴(kuò)充、完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。利用多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀開發(fā)更多、更豐富的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。3.強(qiáng)化驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性訓(xùn)練。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所用物理知識(shí)相對(duì)簡單,這類實(shí)驗(yàn)著重于培養(yǎng)學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能,對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)整個(gè)普通物理實(shí)驗(yàn)課程和后續(xù)的其它實(shí)驗(yàn)課程乃至走向社會(huì)起到至關(guān)重要的作用,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過改進(jìn)教學(xué)方法來強(qiáng)化驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)性訓(xùn)練。4.調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開設(shè)順序,使課程體系符合學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。5.整合現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源,以達(dá)到合理配置。如“長度的測量”實(shí)驗(yàn)儀器可用在其它實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中,多普勒效應(yīng)綜合實(shí)驗(yàn)儀也可用來驗(yàn)證牛頓第二定律、測定重力加速度等。

四、教學(xué)方法、手段的改革

近年來,由于種種原因,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)曾一度陷入教與學(xué)兩難的尷尬境地[4],這與傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式有很大的關(guān)系,純粹由教師唱獨(dú)角戲,使得物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)變得索然無味。物理實(shí)驗(yàn)的目的是要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和獨(dú)立解決問題的能力。教學(xué)效果的好壞與所采用的教學(xué)方法和教學(xué)手段的實(shí)施有很大的關(guān)系。毫無疑問傳統(tǒng)僵化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式大大抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,不利于學(xué)生獨(dú)立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當(dāng)今以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目的社會(huì)需要將傳統(tǒng)單一的教學(xué)模式改革為啟發(fā)式教學(xué)模式。啟發(fā)式教學(xué)是要以學(xué)生充分預(yù)習(xí)和掌握基本原理知識(shí)為前提的,需要從以下幾方面入手:

(一)轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)觀念,以學(xué)生為主體。在傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,一般先由教師對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹x器、原理、步驟作詳細(xì)講解并做演示。學(xué)生往往對(duì)實(shí)驗(yàn)不做任何預(yù)習(xí),過分依賴教師指導(dǎo),只是按照現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)步驟,完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量和記錄,最后完成一份設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)報(bào)告[2]。針對(duì)上述情況,可以通過增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,采用討論式的教學(xué)方式,實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)主要都是學(xué)生完成,教師負(fù)責(zé)提問來引導(dǎo)學(xué)生。學(xué)生根據(jù)教師提供的實(shí)驗(yàn)儀器,借助于圖書館的書籍、網(wǎng)絡(luò)等渠道查閱相關(guān)資料的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案,提出自己的創(chuàng)新點(diǎn)。上課時(shí),把以往由教師滔滔不絕的講解時(shí)間交給學(xué)生,由學(xué)生來講解方案,同學(xué)間相互討論補(bǔ)充,充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。變學(xué)生被動(dòng)接收知識(shí)為主動(dòng)探索知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣,提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

(二)制作多媒體課件,并用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式多樣化。教學(xué)中配合使用CCD教學(xué)儀、多媒體課件和投影儀,使得原來學(xué)生無法觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,如密立根油滴實(shí)驗(yàn)、牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)、光柵衍射實(shí)驗(yàn)等,利用CCD示教儀和電視設(shè)備直觀地展現(xiàn)給學(xué)生,給教學(xué)也帶來了很大方便,提高了教學(xué)效果。

(三)應(yīng)用仿真軟件、數(shù)據(jù)處理軟件,提高教學(xué)質(zhì)量。通過應(yīng)用仿真軟件可使學(xué)生在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)前對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)步驟有更充分的認(rèn)識(shí),而應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件可以將學(xué)生從繁復(fù)的計(jì)算中解放出來,這樣在實(shí)驗(yàn)的過程中就可以留給學(xué)生更多的時(shí)間去考慮實(shí)驗(yàn)本身的內(nèi)涵,而且還可以掌握計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的方法。

五、結(jié)束語

當(dāng)前,科學(xué)技術(shù)發(fā)展日新月異,針對(duì)現(xiàn)代大學(xué)生的高校教學(xué)改革也變得迫切,而物理實(shí)驗(yàn)作為理工科大學(xué)生必修的實(shí)踐課程,是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。尤其在目前需要技術(shù)應(yīng)用型人才的背景下,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革是勢(shì)在必行的。以上是實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的幾點(diǎn)膚淺認(rèn)識(shí),與同行共同討論。

參考文獻(xiàn):

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