近代物理實驗教學(xué)改革思路與實踐

祝 婭 馮云光 李宗寶 張 杰 王 應(yīng)

（ 銅仁學(xué)院 物理系，貴州 銅仁 554300 ）

近代物理實驗教學(xué)改革思路與實踐

祝 婭 馮云光 李宗寶 張 杰 王 應(yīng)

（ 銅仁學(xué)院 物理系，貴州 銅仁 554300 ）

筆者從教育心理學(xué)的角度，對新升本院校近代物理實驗教學(xué)的課程設(shè)置、實驗要求及教學(xué)手段等方面作了研究和探索。通過增設(shè)近代物理實驗原理與技術(shù)專題講座,利用網(wǎng)絡(luò)和開放實驗室等形式，重新構(gòu)建了物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)人才的以基本知識，實驗?zāi)芰涂茖W(xué)人文素養(yǎng)為結(jié)構(gòu)的近代物理實驗教學(xué)模式。

近代物理實驗； 教學(xué)模式； 建構(gòu)主義； 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)； 研究性教學(xué)

物理學(xué)在人類科學(xué)素質(zhì)培養(yǎng)中具有重要的地位。物理實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，是本科專業(yè)的必修內(nèi)容。面對科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，物理教學(xué)顯得比以往更加重要。近代物理實驗在傳統(tǒng)的物理實驗教學(xué)體系中是繼普通物理實驗（力、熱、電、光）之后的一門課程，在本科第五學(xué)期開設(shè)。課程內(nèi)容、實驗操作以及物理實驗的專業(yè)知識和方法，在實現(xiàn)我院“培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要的、基礎(chǔ)扎實、具有實踐能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才”這一目標(biāo)上起著十分重要的作用。

我院是2006年新升本的一所省屬本科院校。到目前，在初建的近代物理實驗中能開設(shè)的實驗有《塞曼效應(yīng)》、《光速的測定》、《普郎克常數(shù)的測量》、《F-H實驗》、《核磁共振》、《密立根油滴實驗》（全息照相在光學(xué)實驗中開）。每個實驗設(shè)備只有兩套。從近代物理實驗開設(shè)以來，我們沿用了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，見圖1。

圖1 傳統(tǒng)的教學(xué)模式

教學(xué)中我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)被動、預(yù)習(xí)效果不佳，在畢業(yè)論文選題中，學(xué)生基本不愿意選擇近代物理實驗內(nèi)容。究其主要原因是傳統(tǒng)的教學(xué)模式制約了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性。在實驗開始之前沒有機(jī)會接觸到實驗儀器，授課時受試驗設(shè)備數(shù)量的限制等情況的影響，教師只能在實驗前把儀器調(diào)整好，學(xué)生在實驗過程中直接測量和處理數(shù)據(jù)。于是，學(xué)生沒有獨立思考、自主學(xué)習(xí)的時間，致使學(xué)生的理論知識沒得到鞏固，操作能力沒有得到應(yīng)有的訓(xùn)練。為此，我們對2005級物理學(xué)專業(yè)學(xué)生作了問卷調(diào)查，見表1。

表1 對銅仁學(xué)院2005級物理學(xué)專業(yè)學(xué)生關(guān)于《近代物理實驗》進(jìn)行問卷調(diào)查的統(tǒng)計表

調(diào)查的結(jié)果說明：學(xué)生對近代物理實驗有畏懼感，對實驗儀器陌生及原理和操作的難度使學(xué)生對近代物理實驗喪失了興趣。這是由于傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式“缺乏信息時代與學(xué)習(xí)社會的特征；從其自身微觀結(jié)構(gòu)來看，現(xiàn)行的實驗課程體系缺乏靈活性、綜合性與超前性，缺乏研究性內(nèi)容，沒有個性化的教與學(xué)時空”[1]。傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式是教師單向講授和示范操作，學(xué)生按規(guī)矩、按步驟的做實驗。實驗總是處于“驗證”某個理論或設(shè)法得到應(yīng)該得到的結(jié)果這樣一個階段。學(xué)生的個性不能得到充分的發(fā)展，沒有充分的時間自由思考，更不能把理論課學(xué)到的知識主動應(yīng)用并且缺乏自主研究動機(jī)[2]。為此，我們借鑒了其他高校改革的成功經(jīng)驗和思路，結(jié)合我院的實際情況，對近代物理實驗在課程設(shè)置、實驗要求及教學(xué)手段等方面作了研究和探索，重新構(gòu)建了物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)人才的以基本知識，實驗?zāi)芰涂茖W(xué)人文素養(yǎng)為結(jié)構(gòu)的近代物理實驗教學(xué)模式。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.增設(shè)近代物理實驗原理與技術(shù)專題講座

增設(shè)近代物理實驗原理與技術(shù)專題講座，以加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，擴(kuò)展學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生興趣。

教育學(xué)理論告訴我們：人的認(rèn)識有其發(fā)展的過程，教學(xué)應(yīng)該遵循學(xué)生認(rèn)識的自然順序。近代物理實驗開設(shè)的都是在物理學(xué)發(fā)展上具有里程碑作用的著名實驗。與普通物理實驗課程相比，更具新穎性、綜合性、系統(tǒng)性和交叉性。通過這些實驗結(jié)果抽象出近代物理概念，并作為近代物理的基本理論之一。其中因密立根油滴實驗、F-H實驗、普朗克常數(shù)的測定而獲得諾貝爾獎的物理學(xué)家分別有密立根、弗蘭克、赫茲和愛因斯坦[3]。這些實驗從理論、歷史背景到實驗手段都有一定難度，加之現(xiàn)在用計算機(jī)輔助數(shù)據(jù)記錄與處理，學(xué)生在進(jìn)行實驗的同時還必須學(xué)會應(yīng)用計算機(jī)處理問題。計算機(jī)的引入，提高了實驗效益，但對于剛接觸用計算機(jī)輔助實驗的學(xué)生來說，數(shù)據(jù)的采集、實驗曲線的獲取及實驗數(shù)據(jù)的分析等又多了一個學(xué)習(xí)內(nèi)容。

在實驗前增設(shè)近代物理實驗原理與技術(shù)專題講座，對于已經(jīng)掌握了基本知識，并形成了一定專業(yè)知識結(jié)構(gòu)的大三學(xué)生來說是合適的。通過專題講座把進(jìn)行實驗的歷史背景、思想方法、研究手段及該實驗在物理學(xué)發(fā)展進(jìn)程中的作用和影響介紹給學(xué)生，能達(dá)到分解試驗教學(xué)難點的目的，使學(xué)生對實驗的相關(guān)知識及其在物理學(xué)發(fā)展中的作用和前景有所了解，以拓展教學(xué)時空，突出知識的綜合性和超前性，有利于開闊學(xué)生視野和激發(fā)學(xué)生對實驗學(xué)習(xí)的興趣。

2.重新審定實驗教學(xué)目標(biāo)及要求

美國著名教育心理學(xué)家布魯納認(rèn)為“學(xué)校教學(xué)中，作為結(jié)果的知識固然重要，但更重要的是獲得知識的過程，以及學(xué)生是否進(jìn)行充分的思維任務(wù)，是否通過自己的探索?！盵4]為了讓學(xué)生能通過自己的探索學(xué)習(xí)獲得知識，提高分析問題和解決問題的能力，我們就我校現(xiàn)有的實驗條件，根據(jù)教學(xué)大綱要求將實驗教學(xué)目標(biāo)和要求分為基本實驗要求和研究性實驗要求兩個層次。

2.1. 基本實驗要求

學(xué)生進(jìn)行了專題講座學(xué)習(xí)后，對實驗有了一定的了解和認(rèn)識。在教師的指導(dǎo)下，按實驗講義的基本要求在規(guī)定的課時內(nèi)完成實驗內(nèi)容。實驗中，要求學(xué)生學(xué)會相關(guān)儀器的基本調(diào)試，要求學(xué)生學(xué)會數(shù)據(jù)記錄與處理，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象的能力。在此基礎(chǔ)上，為了加強(qiáng)學(xué)生對實驗的認(rèn)識，促進(jìn)基本知識的融會貫通，了解新知識、新方法和新手段，激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣和積極性，我們要求學(xué)生寫出實驗感受或?qū)嶒瀮x器的認(rèn)識及實驗方法的評價等小論文。通過這些環(huán)節(jié)，使學(xué)生對近代物理實驗的基本原理、基本實驗過程加深理解，提高學(xué)生實驗操作方法和數(shù)據(jù)處理能力。

2.2. 研究性實驗

近代物理研究性實驗是在近代物理實驗基本要求基礎(chǔ)上進(jìn)行的，以培養(yǎng)學(xué)生探索問題，獨立解決問題及預(yù)見未知的能力為指導(dǎo)思想，讓學(xué)生在實驗基本要求的基礎(chǔ)上，自己去思索問題，發(fā)現(xiàn)問題，從而進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。這個過程對學(xué)生來說是解決各種問題以便將來進(jìn)行科學(xué)探索時所必需的。研究性實驗部分在大三下學(xué)期（第六學(xué)期）以選修課的形式開設(shè)。在此期間實行實驗室開放，實驗內(nèi)容可由學(xué)生自由選擇，學(xué)生是實驗的主導(dǎo)者，教師作為學(xué)生實驗的協(xié)助者。在研究性實驗過程中，學(xué)生通過提出問題，查閱文獻(xiàn)，積極思考，反復(fù)實驗，發(fā)現(xiàn)知識，組織知識并運用知識等環(huán)節(jié)，掌握進(jìn)行探究的學(xué)習(xí)方法，鍛煉查閱資料，獲取及處理信息的能力，提高綜合應(yīng)用知識的能力。這個環(huán)節(jié)可以歸納為圖2。

圖2 研究性實驗過程的教學(xué)模式

這個階段以研究性教與學(xué)的模式，使學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力得到提高。

3.利用網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)化信息教學(xué)

在教學(xué)過程中發(fā)揮計算機(jī)技術(shù)，加強(qiáng)和改進(jìn)實驗教學(xué)，優(yōu)化教學(xué)手段和方法，對培養(yǎng)學(xué)生綜合能力尤為重要。根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論中的學(xué)習(xí)方法[5]，既學(xué)習(xí)環(huán)境應(yīng)是情景、協(xié)作、會話和意義建構(gòu)四大要素。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)可以不受時間、空間的限制，可以通過網(wǎng)絡(luò)自由地、有選擇性地學(xué)習(xí)。教師將教學(xué)要求、教學(xué)內(nèi)容以及儀器設(shè)備等材料通過照片、動畫等形式存放在Web服務(wù)器上，學(xué)生通過瀏覽這些頁面來達(dá)到學(xué)習(xí)目的，并且可以通過電子郵件、BBS等方式進(jìn)行交流，也可以通過網(wǎng)絡(luò)的交談方式進(jìn)行實時交流。另外學(xué)生不僅可以在網(wǎng)上同教師交流，還可以通過網(wǎng)絡(luò)同其他學(xué)生或?qū)＜疫M(jìn)行探討，教學(xué)活動可以全天候進(jìn)行。每個學(xué)生都可以根據(jù)自己的實際情況確定學(xué)習(xí)的時間、內(nèi)容、進(jìn)度，可以隨時在網(wǎng)上下載學(xué)習(xí)內(nèi)容或向教師請教?？梢姡W(wǎng)絡(luò)教學(xué)是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論及相應(yīng)的學(xué)習(xí)方法的一種教學(xué)模式。在這種教學(xué)模式中，教學(xué)的四個要素的地位發(fā)生了較大的變化，學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，是知識的主動建構(gòu)者，而教師只是教學(xué)過程的組織者、指導(dǎo)者、幫助者和促進(jìn)者，教材是學(xué)生主動建構(gòu)意義的對象，而媒體則是一種認(rèn)知的工具。這種模式與現(xiàn)代社會對人才的培養(yǎng)目標(biāo)相適應(yīng)，真正體現(xiàn)了信息化時代的特點。

4.重新編寫實驗講義

我校近代物理實驗室的實驗設(shè)備大多是在 2006年前后添置的，實驗設(shè)備與原有的教材所采用的設(shè)備基本上不一樣。為此，我們根據(jù)高等院校物理實驗教學(xué)要求，結(jié)合近代物理實驗課程及現(xiàn)有的實驗設(shè)備，參考了原有的教材，在實施教學(xué)改革的基礎(chǔ)上編寫了近代物理實驗講義。講義強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)基本技能的培養(yǎng)和實驗方法的訓(xùn)練，突出了物理實驗課程的三個主要教學(xué)環(huán)節(jié)：實驗預(yù)習(xí)，實驗原理及操作，實驗總結(jié)（實驗報告）。我們在此基礎(chǔ)上，增加了學(xué)習(xí)導(dǎo)航和小課題兩部分內(nèi)容[6]，以適應(yīng)新時期我校近代物理實驗教學(xué)對學(xué)生的學(xué)習(xí)、實踐、創(chuàng)新相互促進(jìn)的教育觀念。

5.改革的成效與不足

實施新教學(xué)模式后，我們對 2006級學(xué)生進(jìn)行了問卷調(diào)查，見表 2。從學(xué)生的反應(yīng)可以看出，近代物理實驗教學(xué)的改革已經(jīng)取得了初步成效，在實現(xiàn)“培養(yǎng)適應(yīng)社會發(fā)展需要，基礎(chǔ)扎實，具有實踐能力和創(chuàng)新精神的應(yīng)用型人才”的目標(biāo)上起到了積極的作用。

表2 對銅仁學(xué)院2006級物理學(xué)專業(yè)學(xué)生關(guān)于《近代物理實驗》進(jìn)行問卷調(diào)查的統(tǒng)計表

近代物理實驗教學(xué)改革中我們堅持了遵循學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律，重新構(gòu)建了物理學(xué)專業(yè)培養(yǎng)人才的以基本知識、實驗?zāi)芰涂茖W(xué)人文素養(yǎng)為結(jié)構(gòu)的近代物理實驗教學(xué)模式。通過增設(shè)近代物理實驗原理與技術(shù)專題講座，利用網(wǎng)絡(luò)和開放實驗室等形式，突出了近代物理實驗教學(xué)中信息時代和學(xué)習(xí)社會的特征。并以基本實驗學(xué)習(xí)為主，研究性實驗學(xué)習(xí)為輔的原則，不僅培養(yǎng)了學(xué)生掌握知識的能力，調(diào)動了學(xué)生實驗的積極性，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的科研能力。結(jié)合專題講座的學(xué)習(xí)，保證了實驗的深度和廣度，開闊了知識視野，提高了學(xué)生的綜合能力。

以上是我們近三年來在近代物理實驗教學(xué)改革中所做的一些工作。和其他院校比起來，我們才剛剛起步。近代物理實驗方面，學(xué)生各種能力尤其是綜合素質(zhì)的培養(yǎng)是多方面的，我們要做的工作還很多。

[1]樂永康.德國大學(xué)物理實驗教學(xué)情況介紹[J].物理實驗，2001，21（3）：42.

[2]宿沛然.近代物理實驗網(wǎng)絡(luò)課件的制作[J].物理，2004，33（12）：929.

[3]譚樹杰等.物理學(xué)上的重大實驗[M].北京：科學(xué)出版社，1987. 201.

[4]尹俊華.教育技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2004. 12.

[5]尹俊華，教育技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：高等教育出版社，2004. 98.

[6]錢峰.大學(xué)物理實驗[M].北京：高等教育出版社，2007. 241.

The Ponderation and Practice of the Refrmation in Modern Physical Experiment

ZHU Ya, FENG Yun-guang, LI Zong-bao, ZHANG Jie, WANG Ying
( Physics Department, Tongren University, Tongren, Guizhou 554300, China )

For the improvement of the modern physics experiment, the authors have done something in the requirements and teaching methods from the perspective of educational psychology. It has been re-established about the demand of personnel training,capacity of manipilation and quality of science of modern physics experiment mode by some methods, which are adding cathedras about the principle of modern physics and technology, use of networks and opening laboratory the public.

experiment of modern physics; mode of education; constructivism; network teaching; research-oriented teaching

（責(zé)任編輯 毛志）

O41

A

1673-9639 (2010) 01-0092-04

2010-01-02

銅仁學(xué)院教改基金項目。

祝 婭（1954-），女，江西 人，銅仁學(xué)院物理與電子科學(xué)系教授，主要研究方向：近代物理教學(xué)研究，準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)非線性輸運問題研究。