大學物理實驗課程教學改革的研究

沙金巧 范君柳 朱愛敏

[摘要]通過對傳統(tǒng)物理實驗教學不足的分析,結(jié)合大學物理實驗教學實踐,提出物理實驗教學在教材、教學內(nèi)容、方法和手段等方面的改革方案,以期提高物理實驗教學效果。

[關(guān)鍵詞]物理實驗教學改革創(chuàng)新研究素質(zhì)教育

中圖分類號:G64文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1220175-01

一、引言

物理學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科,大學物理實驗是高等理工科院校對學生進行科學實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程,是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端。

隨著科學技術(shù)不斷進步,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展,以往的一些實驗內(nèi)容、實驗手段和教學方式已經(jīng)不能與時代發(fā)展和學生知識結(jié)構(gòu)相適應(yīng),這就需要對課程進行改革,進一步補充、完善實驗內(nèi)容,將先進的測量、測試手段和教學方法引入實驗課堂,使實驗教學能夠緊跟時代步伐,充分調(diào)動學生學習該課程的積極性和主動性,以期達到更好的教學效果。

二、大學物理實驗教材建設(shè)

實驗教材是搞好實驗教學的基礎(chǔ),是培養(yǎng)學生基礎(chǔ)實驗操作和創(chuàng)新能力實踐環(huán)節(jié)的資料,因此,編寫一本適合本校實驗教學的教材是很有必要的。

根據(jù)理工科大學物理實驗課程教學基本要求,結(jié)合各高校實際,教材與實驗儀器配套,對學生實驗會起到很好的指導(dǎo)作用。

根據(jù)實踐教學經(jīng)驗,所編寫的教材需要注意以下幾點[1]:

1.根據(jù)國際上統(tǒng)一測量不確定度量化表示的進展情況,結(jié)合物理實驗教學的實際水平,實行以不確定度評定實驗結(jié)果;2.根據(jù)學生的認知規(guī)律和一般教學規(guī)律,按基礎(chǔ)實驗、綜合性提高實驗和設(shè)計性研究實驗的順序來編排;3.所安排的設(shè)計性實驗需要與基礎(chǔ)和綜合性實驗相關(guān)性較強,這樣學生可以結(jié)合已學的知識和實驗來完成設(shè)計性實驗,促進學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和鍛煉,達到培養(yǎng)學生科學實驗素質(zhì)、實驗設(shè)計思想、實驗方法和實驗創(chuàng)新意識的目的;4.在實驗內(nèi)容方面,需要引進一些反映科技新成果的實驗,有些實驗需要增加更為豐富的內(nèi)容,在有的實驗中引入計算機采集和處理實驗數(shù)據(jù)。

三、教學體系和內(nèi)容的改革

傳統(tǒng)的大學物理實驗體系是按力學、熱學、光學和電學等內(nèi)容進行劃分,這種體系突顯了學科的系統(tǒng)性,但忽視了學科之間的兼容互補性,各學科相互獨立,界限明顯,限制了學生跨學科思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2,3]。改革后的教學體系需打破原來的順序,按基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性實驗進行分類。對于物理實驗教學體系和內(nèi)容,改革的具體思路為:

1.更新實驗項目,修訂教學大綱。傳統(tǒng)物理教學內(nèi)容陳舊,驗證性實驗較多,缺乏綜合設(shè)計性實驗項目。基于以上情況,增加綜合性實驗項目,使課程中綜合性實驗比例達到50%。原有的部分實驗項目對于物理學專業(yè)學生而言實驗手段較為陳舊、所需知識比較簡單(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“波爾共振實驗”、“用CCD法測楊氏模量”、“多普勒效應(yīng)綜合實驗”等綜合性實驗項目替換原有實驗項目。增加設(shè)計性實驗項目,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。對于設(shè)計性實驗項目的開展,可在實驗前2-3周由學生根據(jù)自己的興趣提前選擇項目,然后查閱資料,在實驗前1周左右提交實驗方案。2.利用現(xiàn)有儀器、設(shè)備擴充、完善實驗內(nèi)容。利用多普勒效應(yīng)綜合實驗儀開發(fā)更多、更豐富的實驗內(nèi)容。3.強化驗證性實驗的基礎(chǔ)性訓(xùn)練。驗證性實驗項目所用物理知識相對簡單,這類實驗著重于培養(yǎng)學生基本的實驗技能,對于學生學習整個普通物理實驗課程和后續(xù)的其它實驗課程乃至走向社會起到至關(guān)重要的作用,在實驗教學中通過改進教學方法來強化驗證性實驗的基礎(chǔ)性訓(xùn)練。4.調(diào)整實驗項目開設(shè)順序,使課程體系符合學生的認知結(jié)構(gòu)。5.整合現(xiàn)有實驗設(shè)備資源,以達到合理配置。如“長度的測量”實驗儀器可用在其它實驗項目中,多普勒效應(yīng)綜合實驗儀也可用來驗證牛頓第二定律、測定重力加速度等。

四、教學方法、手段的改革

近年來,由于種種原因,大學物理實驗教學曾一度陷入教與學兩難的尷尬境地[4],這與傳統(tǒng)單一的教學模式有很大的關(guān)系,純粹由教師唱獨角戲,使得物理實驗教學變得索然無味。物理實驗的目的是要培養(yǎng)學生的動手能力和獨立解決問題的能力。教學效果的好壞與所采用的教學方法和教學手段的實施有很大的關(guān)系。毫無疑問傳統(tǒng)僵化的實驗教學模式大大抑制了學生學習的主動性和積極性,不利于學生獨立思考和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。當今以創(chuàng)新型人才培養(yǎng)為目的社會需要將傳統(tǒng)單一的教學模式改革為啟發(fā)式教學模式。啟發(fā)式教學是要以學生充分預(yù)習和掌握基本原理知識為前提的,需要從以下幾方面入手:

(一)轉(zhuǎn)變學生的學習觀念,以學生為主體。在傳統(tǒng)物理實驗教學中,一般先由教師對實驗?zāi)康?、儀器、原理、步驟作詳細講解并做演示。學生往往對實驗不做任何預(yù)習,過分依賴教師指導(dǎo),只是按照現(xiàn)成的實驗步驟,完成實驗數(shù)據(jù)的測量和記錄,最后完成一份設(shè)計好的實驗報告[2]。針對上述情況,可以通過增加設(shè)計性實驗項目,采用討論式的教學方式,實驗的各個環(huán)節(jié)主要都是學生完成,教師負責提問來引導(dǎo)學生。學生根據(jù)教師提供的實驗儀器,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)計出實驗方案,提出自己的創(chuàng)新點。上課時,把以往由教師滔滔不絕的講解時間交給學生,由學生來講解方案,同學間相互討論補充,充分體現(xiàn)學生的主體地位。變學生被動接收知識為主動探索知識,培養(yǎng)學生對物理實驗的興趣,提高學生學習的積極性。

(二)制作多媒體課件,并用于實驗教學中,促進實驗教學方式多樣化。教學中配合使用CCD教學儀、多媒體課件和投影儀,使得原來學生無法觀察到的實驗現(xiàn)象,如密立根油滴實驗、牛頓環(huán)實驗、光柵衍射實驗等,利用CCD示教儀和電視設(shè)備直觀地展現(xiàn)給學生,給教學也帶來了很大方便,提高了教學效果。

(三)應(yīng)用仿真軟件、數(shù)據(jù)處理軟件,提高教學質(zhì)量。通過應(yīng)用仿真軟件可使學生在動手實驗前對實驗內(nèi)容、實驗儀器、實驗步驟有更充分的認識,而應(yīng)用數(shù)據(jù)處理軟件可以將學生從繁復(fù)的計算中解放出來,這樣在實驗的過程中就可以留給學生更多的時間去考慮實驗本身的內(nèi)涵,而且還可以掌握計算機處理數(shù)據(jù)的方法。

五、結(jié)束語

當前,科學技術(shù)發(fā)展日新月異,針對現(xiàn)代大學生的高校教學改革也變得迫切,而物理實驗作為理工科大學生必修的實踐課程,是其中的一個重要環(huán)節(jié)。尤其在目前需要技術(shù)應(yīng)用型人才的背景下,大學物理實驗教學改革是勢在必行的。以上是實驗教學中的幾點膚淺認識,與同行共同討論。

參考文獻:

[1]吳泉英、姚慶香、朱愛敏、施積兵,《物理實驗》,2006年.

[2]王冀霞、王鴻雁、師宏偉,大學物理實驗教學的探索與實踐[J].河北科技師范學院學報,第22卷第1期:66-68.

[3]姚軍財、申靜、何軍鋒、譚毅,大學物理實驗教學改革的探索與思考[J].高校講壇,2008年第26期:553-554.

[4]竇軼洋,大學物理實驗教學改革與實踐[J].中國電力教育,2008年第121期:146-147.