開(kāi)放型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探討*

趙愛(ài)清 楊大鵬 溫隨群

(華北水利水電學(xué)院數(shù)字與信息科學(xué)學(xué)院 河南 鄭州 450011)

1 概述

近年來(lái)，開(kāi)放型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)已成為高等教育改革的一種新型教學(xué)模式和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要措施，其意義和作用非常明顯.很多重點(diǎn)高校已經(jīng)實(shí)行了開(kāi)放型物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，并取得了良好的教學(xué)效果.

華北水利水電學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)著全校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)任務(wù)，每年上實(shí)驗(yàn)課的學(xué)生多達(dá)3 000余人.以往物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)模式較為單一，教學(xué)內(nèi)容比較陳舊.另外，由于課時(shí)限制，當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上遇到問(wèn)題時(shí)，教師沒(méi)有充足的時(shí)間去啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生如何解決問(wèn)題，只能簡(jiǎn)單地替學(xué)生排除問(wèn)題.結(jié)果學(xué)生只知道如何做，卻不知道為何做，很大程度上抑制了學(xué)生的創(chuàng)新思維.原應(yīng)非常有趣的一門(mén)實(shí)踐性課程反而讓學(xué)生感到枯燥無(wú)味；學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)忙于應(yīng)付，測(cè)完數(shù)據(jù)立即走人，寶貴的實(shí)驗(yàn)資源未能很好地發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生能力和素質(zhì)的作用.

2 開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式和特點(diǎn)

2.1 教學(xué)內(nèi)容開(kāi)放

華北水利水電學(xué)院是理工科院校，很多專(zhuān)業(yè)都要求學(xué)生有較強(qiáng)的動(dòng)手能力和扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能.這些能力和技能，都要通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)來(lái)逐步培

*華北水利水電學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)研究與實(shí)踐”，項(xiàng)目編號(hào)：077124

養(yǎng).對(duì)于剛?cè)雽W(xué)的大一學(xué)生，在應(yīng)試教育的影響下，高中時(shí)動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)很少.比如一個(gè)簡(jiǎn)單的電路實(shí)驗(yàn)，面對(duì)電路圖思路很清晰，可具體動(dòng)手做時(shí)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題非常多.電阻箱三個(gè)量程具體用哪個(gè)？滑線(xiàn)變阻器三個(gè)接線(xiàn)柱怎么連？這些在做題中很少遇到的小問(wèn)題可能在實(shí)驗(yàn)中就決定了實(shí)驗(yàn)的成功與否.而這些基本功的培養(yǎng)就要通過(guò)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)來(lái)完成.可見(jiàn)，物理實(shí)驗(yàn)課對(duì)于理工專(zhuān)業(yè)的學(xué)生是非常重要的.

但讓所有專(zhuān)業(yè)都開(kāi)設(shè)同樣的實(shí)驗(yàn)課，顯然是不合適的.例如示波器實(shí)驗(yàn)，有的專(zhuān)業(yè)只要求掌握示波器基本的使用方法，有的專(zhuān)業(yè)則要求不僅能熟練使用示波器，還必須掌握示波器的檢測(cè)功能.因此，根據(jù)具體情況我們?cè)O(shè)計(jì)了不同內(nèi)容、不同要求的示波器實(shí)驗(yàn)，如用示波器測(cè)量被測(cè)信號(hào)的電壓和頻率、測(cè)量二極管的特性、用示波器判斷電容、電感、電阻等器件.

再如涉及傳感器的一系列實(shí)驗(yàn)，有的專(zhuān)業(yè)在大三開(kāi)設(shè)傳感器專(zhuān)門(mén)課程，那么這個(gè)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生就可以多選做一些和傳感器相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，便于以后能更好地學(xué)習(xí)專(zhuān)業(yè)課；而對(duì)于其他專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，可以少選做一些.

另外，物理實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容的設(shè)置還應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生的興趣、能力的不同而有所區(qū)別.有的學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)懷有濃厚的興趣,為滿(mǎn)足其求知欲，可以讓他選擇更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)做.

由于以上原因，我們把物理實(shí)驗(yàn)課程分為必做實(shí)驗(yàn)和選做實(shí)驗(yàn)兩類(lèi).把一些涉及到基本技能和方法的實(shí)驗(yàn)安排為必做實(shí)驗(yàn)，要求每個(gè)同學(xué)必須完成；把涉及到特殊專(zhuān)業(yè)需求等內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)安排為選做實(shí)驗(yàn).每個(gè)學(xué)生必須完成一定數(shù)量的選做實(shí)驗(yàn)，可以多選；多選的實(shí)驗(yàn)計(jì)學(xué)分讓學(xué)生根據(jù)自己專(zhuān)業(yè)需求和個(gè)人興趣自由選擇，從而在面廣量大的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的開(kāi)放.

如“示波器的使用”、“單縫衍射”、“牛頓環(huán)”、“惠斯通電橋”、“楊氏模量”等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)可以列為必做，而像“熱敏電阻”、“超聲波在空氣介質(zhì)中的傳播速度測(cè)量”等實(shí)驗(yàn)可以列為選做.根據(jù)教學(xué)效果可以逐步增加一些設(shè)計(jì)性或近代物理實(shí)驗(yàn)作為選做實(shí)驗(yàn)，為一些探索能力強(qiáng)的學(xué)生提供學(xué)習(xí)的平臺(tái).

2.2 教學(xué)時(shí)間開(kāi)放

在時(shí)間上，我們也采用開(kāi)放的模式.學(xué)生不再按班級(jí)上課，而是根據(jù)自己的時(shí)間安排選擇合適的時(shí)間上課.在統(tǒng)一規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，要求學(xué)生必須完成幾個(gè)實(shí)驗(yàn)(基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn))，但在什么時(shí)間做什么實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己選擇，而且學(xué)生若覺(jué)得自己完成的某個(gè)實(shí)驗(yàn)不成功，還可以另選時(shí)間重做，直到成功為止.對(duì)難度較大的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，可以分多次的時(shí)間完成.

3 相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

要滿(mǎn)足開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要進(jìn)行一些硬件建設(shè).

3.1 開(kāi)通網(wǎng)上選課系統(tǒng)和網(wǎng)上教學(xué)指導(dǎo)交流平臺(tái)

開(kāi)發(fā)“開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)”，學(xué)生可通過(guò)校園網(wǎng)登錄系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約.可自由選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間和指導(dǎo)教師，查詢(xún)已選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、時(shí)間、地點(diǎn)以及已做過(guò)的實(shí)驗(yàn)成績(jī).該管理系統(tǒng)具有生成上課學(xué)生名單、統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)、設(shè)定實(shí)驗(yàn)輪次和限選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等功能；系統(tǒng)還可自動(dòng)完成對(duì)已預(yù)約實(shí)驗(yàn)而曠課的學(xué)生進(jìn)行警告及禁選.

由于不按班級(jí)上課，很難找到固定的時(shí)間輔導(dǎo)，所以需要開(kāi)通網(wǎng)上教學(xué)指導(dǎo)交流平臺(tái)，這樣教師通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就可以及時(shí)回答學(xué)生提出的問(wèn)題.通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，學(xué)生自己提出的問(wèn)題可以得到解答，甚至還可以了解到其他學(xué)生提出的問(wèn)題和解決方法.

3.2 引進(jìn)實(shí)驗(yàn)教師和增加實(shí)驗(yàn)室

由于開(kāi)放型物理實(shí)驗(yàn)在教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)時(shí)間上的開(kāi)放，要求有更多的實(shí)驗(yàn)課教師和實(shí)驗(yàn)室來(lái)滿(mǎn)足教學(xué)需求.同時(shí)，開(kāi)放式教學(xué)對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教師提出了更高的要求，如要求教師具有精深的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，豐富的前沿科學(xué)信息和熟練的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等.

3.3 安裝多媒體設(shè)備

由于多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以為學(xué)生提供生動(dòng)活潑、直觀(guān)有趣的教學(xué)平臺(tái)，相比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，多媒體實(shí)驗(yàn)教學(xué)更能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更加有益于學(xué)生理解和掌握教學(xué)內(nèi)容，并且可以擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，使學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)了解更多的實(shí)驗(yàn)背景以及相關(guān)的前沿知識(shí).有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易講解，如邁克耳孫白光相干實(shí)驗(yàn)，在d=0附近，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有很大的變化，僅靠教師口頭表述學(xué)生不容易理解.如果能有d趨近于零時(shí)的白光相干過(guò)程模擬演示，甚至是一些現(xiàn)象圖片，學(xué)生就能更好地理解相干過(guò)程，并且能更快更好地完成實(shí)驗(yàn).

3.4 引進(jìn)近代物理實(shí)驗(yàn)儀器

為了擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，應(yīng)引進(jìn)一些近代物理實(shí)驗(yàn)儀器，如原子物理、原子核物理、激光與近代光學(xué)、真空、X射線(xiàn)和電子衍射、磁共振、微波、低溫和半導(dǎo)體等領(lǐng)域的相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器.這類(lèi)實(shí)驗(yàn)儀器一般都比較昂貴，可以采取演示的模式，以擴(kuò)大學(xué)生的視野.

4 小結(jié)

開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)代表的是教學(xué)思想、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段的全方位開(kāi)放.它可極大地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思想、創(chuàng)新精神、科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng),讓學(xué)生在學(xué)習(xí)內(nèi)容和時(shí)間上有了更多選擇，提高了學(xué)習(xí)興趣，并充分利用了實(shí)驗(yàn)儀器，提高了實(shí)驗(yàn)儀器的使用率.

參考文獻(xiàn)

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3 黃柳賓,王殿生,劉彥民.物理實(shí)驗(yàn)開(kāi)放式教學(xué)改革與實(shí)驗(yàn)室建設(shè).實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2003,20(4): 99～101

4 任才貴,劍鋒.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分級(jí)開(kāi)放教學(xué)改革與實(shí)踐.大學(xué)物理,2007,26(12) : 36～40