大學(xué)物理實驗層次化教學(xué)體系與實驗室開放的研究與實踐

馬黎君

北京建筑工程學(xué)院 北京 100044

大學(xué)物理實驗層次化教學(xué)體系與實驗室開放的研究與實踐

馬黎君

北京建筑工程學(xué)院 北京 100044

論述了大學(xué)物理實驗課程建設(shè)在學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的作用，建立了以初級設(shè)計性物理實驗為重心的層次化教學(xué)體系，分析了實驗室開放的方式方法，討論了基礎(chǔ)物理實驗和設(shè)計性物理實驗教學(xué)開放的效果。

物理實驗；層次化教學(xué)；實驗室開放

Abstract: How to increase the creative ability in physics experimental teaching was discussed this article. A new Physics experimental teaching system was established. The method of laboratory opening was studied.

Key words: physical experiment; teaching for different level; laboratory opening

大學(xué)物理實驗是學(xué)生進入大學(xué)后實際技能訓(xùn)練的開端,是對學(xué)生進行科學(xué)實驗、科學(xué)思想、基本技能進行訓(xùn)練的一門必修基礎(chǔ)課程,在規(guī)范素質(zhì)教育、狠抓質(zhì)量工程、培養(yǎng)工程應(yīng)用型人才的今天,物理實驗教學(xué)起著不可替代的作用。

在傳統(tǒng)教學(xué)模式上,工科院校物理實驗教學(xué)都是以驗證性實驗為主,所用的教學(xué)方式多是教師準備好實驗項目,給出實驗步驟,學(xué)生按照教師講解順序依次完成。常規(guī)實驗對培養(yǎng)學(xué)生三基訓(xùn)練(基本技能、基本方法、常規(guī)儀器)、一般的數(shù)據(jù)處理方法培訓(xùn)起著重要的作用。但是隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展,物理學(xué)前沿內(nèi)容不斷發(fā)展,測量儀器、測量方法、測量手段層出不窮,對人才培養(yǎng)提出了更高的要求?？贪宓慕虒W(xué)模式制約了學(xué)生的積極主動性,不利于新世紀人才的培養(yǎng)。開放的實驗?zāi)Ｊ?豐富的綜合設(shè)計型實驗項目更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。我校在大學(xué)物理實驗教學(xué)中進行了一系列改革探索,取得了一定的成效,筆者分析了我校在教學(xué)改革中所采取的措施,并對實驗室開放所取得的成績進行了分析。

1 調(diào)整傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式,建立以初級設(shè)計性物理實驗為重心的層次化教學(xué)體系

調(diào)整原有物理實驗課程結(jié)構(gòu)體系,打破以往力、熱、電、光、近代模塊化的教學(xué)模式,將原有實驗項目分類,代之以基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計性實驗3階段教學(xué),逐層推進,初步建立了以綜合性、初級設(shè)計性實驗為重心的教學(xué)體系。按照基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計性實驗編寫不同層次的實驗教學(xué)大綱。把設(shè)計性實驗納入期末綜合成績,加強設(shè)計性實驗在考核中的比重,保證每個學(xué)生都能得到初步設(shè)計性實驗的訓(xùn)練。

設(shè)計性物理實驗的教學(xué)目的,是利用學(xué)生已經(jīng)掌握的基本知識和技能,在沒有教師講解的情況下,完成實驗室給出的題目。設(shè)計性實驗教學(xué)對學(xué)生提出了比較高的要求,要求學(xué)生自行查閱相關(guān)資料,依據(jù)實驗題目要求,自行設(shè)計和選擇實驗方案、測量數(shù)據(jù)、計算結(jié)果,建立物理模型,分析實驗結(jié)果,給出實驗報告。如何進行設(shè)計性實驗的教學(xué)設(shè)計,研究者結(jié)合教學(xué)實踐,對這個問題進行了探討。

設(shè)計性實驗教學(xué)較基礎(chǔ)實驗教學(xué)有更廣闊的活動空間和思維空間,具有更大的靈活性。設(shè)計性實驗的操作取得比較好的效果,可以激發(fā)和滿足不同層次學(xué)生的探索與創(chuàng)新欲望,受到學(xué)生較高評價。大學(xué)物理實驗室于2004～2005學(xué)年起進行設(shè)計性實驗開設(shè)與實驗室開放。在完成基本及綜合實驗訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,給出6個設(shè)計性綜合性實驗題目。第一階段：抽取設(shè)計型實驗題目,查閱資料。由各班抽取實驗題目,每班2組2個題目。同學(xué)獲得題目后,第8～14周自行查閱資料。第二階段：實驗室開放,試做實驗。實驗室于第15和16周開放,自行設(shè)計方案,試做實驗,對每班同學(xué)開放試做2周時間。第三階段：于15和16兩周操作完成設(shè)計性實驗操作、設(shè)計性實驗成績評定實驗,交設(shè)計性實驗報告,其成績記入期終綜合成績。

2 積極進行教材建設(shè),修訂出版《大學(xué)物理實驗(第二版)》教材

2004年,結(jié)合實驗室多年實踐教學(xué)研究和教學(xué)改革經(jīng)驗,在原有自編教材的基礎(chǔ)上,按照當(dāng)時教育部《高等工業(yè)學(xué)校物理實驗課程教學(xué)基本要求》,將不確定度概念引入數(shù)據(jù)處理知識,整理成書,由中國建材工業(yè)出版社正式出版。此教材建設(shè)項目在2006年評為北京建筑工程學(xué)院教學(xué)成果一等獎。

實驗科學(xué)是開放的科學(xué),實驗手段與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。近5年來,由于科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展,實驗手段和實驗內(nèi)容也得以豐富,一些新興實驗項目內(nèi)容未能錄入,原有教材出現(xiàn)了一定的局限性,為了緊跟實驗科學(xué)的發(fā)展,教材的修訂成為必然。

教育部高等學(xué)校物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會2008年出臺了《非物理類理工學(xué)科大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求(2008年版)》。在教材修訂過程中我們引入了代表實驗科學(xué)發(fā)展方向的實驗項目,對部分原有項目進行了拓展。在空間和內(nèi)容上給學(xué)生較多的選擇自由,滿足各層次學(xué)生求知的需要,適應(yīng)學(xué)生的個性發(fā)展,得到比較好的教學(xué)效果。

3 優(yōu)化教學(xué)系統(tǒng),改革教學(xué)方法

加強多媒體教學(xué),改革以往黑板加演示的單調(diào)教學(xué)模式,開發(fā)多媒體課件,積極開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué),創(chuàng)造立體、多元化的教學(xué)模式。

按階段編寫了分層次物理實驗教學(xué)課件。按照基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計性實驗編寫電子教案,為全面推行多媒體教學(xué)創(chuàng)造了條件,改善課程講授模式,創(chuàng)建了多媒體實驗室。

積極開展網(wǎng)絡(luò)課堂,整合教學(xué)資源。個別教師還開設(shè)了物理實驗教學(xué)博客,教學(xué)網(wǎng)絡(luò)課堂的應(yīng)用增加了同學(xué)與教師的交流渠道,提高了教學(xué)質(zhì)量。在教學(xué)方法與手段上,通過確立“以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)”的雙主體實驗教學(xué)模式,在教與學(xué)兩方面形成了良好的互動,促進了教學(xué)水平的提高。

研究促進學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)評價策略,編寫了促進學(xué)生物理實驗學(xué)習(xí)的《物理實驗課程教學(xué)質(zhì)量評價指標》,教師指導(dǎo)參考,在2007、2008、2009級本科生教學(xué)中使用,取得較好效果。

4 進行實驗室開放,鼓勵學(xué)生進入實驗室,探索創(chuàng)新能力培養(yǎng)模式

實驗室基礎(chǔ)實驗上課期間全面開放,在不影響正常課程秩序的情況下,學(xué)生預(yù)習(xí)或進一步實驗需與實驗課教師預(yù)約,由實驗課教師做出安排,學(xué)生按約定時間進行實驗。在完成基本及綜合實驗訓(xùn)練的基礎(chǔ)上,給出設(shè)計性綜合性實驗題目,實驗室全天開放,自行設(shè)計方案,試做實驗,對每班同學(xué)開放2周時間。實驗2周后操作完成,交設(shè)計性實驗報告于任課教師,其成績記入期終綜合成績。

自2004～2005學(xué)年開始一直實施至今,基礎(chǔ)實驗開放效果不佳,由于我校個別學(xué)生自控能力差,實驗室開放成了個別學(xué)生隨意不參加正常課程實驗的保護繩,認為教師總會給他機會補做,這與最初開放的初衷相去甚遠。設(shè)計性物理實驗所采用的啟發(fā)式和開放型的教學(xué)方式,學(xué)生從查閱文獻、資料、擬定實驗方案直到完成實驗報告,盡量獨立完成。學(xué)生可以任意選擇設(shè)計性實驗題目,還可以根據(jù)自己的興趣,提出一些題目,在條件允許的情況下,自行完成。教師只作啟發(fā)式引導(dǎo),不包辦代替。設(shè)計性實驗大大激發(fā)了學(xué)生對學(xué)習(xí)的興趣,從而促進學(xué)生的深入研究和探索精神。

固定實驗室長期開放,支持教師同學(xué)參加各類競賽,取得較好成績。開設(shè)專門實驗室,進行長期開放。鼓勵教師開設(shè)競賽選修課,組織教師帶隊指導(dǎo)學(xué)生參加了3屆北京市大學(xué)物理實驗競賽,使學(xué)有余力的同學(xué)有更多的鍛煉機會,取得了良好的效果。2008年,積極組織并參加了北京市首次大學(xué)物理實驗競賽,3名指導(dǎo)教師組織4支隊伍12名學(xué)生參賽,其中2支隊伍6名學(xué)生分獲二等獎和三等獎。2009年4名教師指導(dǎo)4支隊伍參賽,4支隊伍12名同學(xué)分獲二等獎和三等獎。2010年6名教師指導(dǎo)6支隊伍參賽,6支隊伍18名同學(xué)分獲二等獎和三等獎,并獲北京市最佳組織獎。

5 結(jié)束語

在進行物理教學(xué)時,利用分層次、分階段、以設(shè)計性實驗為核心的教學(xué)平臺,采取物理開放實驗這一形式,深入進行科學(xué)精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),努力讓學(xué)生充分認知自身的長處和亮點,取得了很好的效果。如何培養(yǎng)學(xué)生對科學(xué)精神要素和內(nèi)涵的感悟,敢于懷疑,在激烈的競爭中學(xué)會學(xué)習(xí)、創(chuàng)造,更好地完成時代賦予的歷史使命,讓中華民族立于時代的前沿,將是物理實踐教學(xué)工作者長期面臨的課題。

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Reform of Physics experimental teaching system and practice of laboratory opening

Ma Lijun
Beijing university of civil engineering and architecture, Beijing, 100044, China

2011-04-15 稿件編號：1104076

馬黎君，碩士，副教授。

北京建筑工程學(xué)院實踐教學(xué)研究基金重點項目。