大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探討

劉俊娟

(石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院 河北 石家莊 050083)

魏增江

(石家莊理工職業(yè)學(xué)院 河北 石家莊 050083)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)與能力、理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)活動(dòng)，也是學(xué)生全面掌握理論知識(shí)、鍛煉科學(xué)思維、培養(yǎng)應(yīng)用能力和孕育創(chuàng)新意識(shí)的重要環(huán)節(jié)．如何保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力成為一項(xiàng)全新課題.本文結(jié)合我們兩學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的基本情況談幾點(diǎn)粗淺的認(rèn)識(shí)．

1 當(dāng)前高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

1.1 教學(xué)思路和方法

傳統(tǒng)的普通物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)一般過程為教師在講述實(shí)驗(yàn)的目的、原理、步驟及其數(shù)據(jù)處理時(shí)，過于全面，并在黑板上有詳細(xì)的板書．學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)只是跟著教師的思路走，不動(dòng)腦筋、不思考，照著教師講的方法很快完成實(shí)驗(yàn).能力強(qiáng)的學(xué)生發(fā)揮不出優(yōu)點(diǎn)，而能力弱的同學(xué)又掩蓋了不足，忽略了學(xué)生認(rèn)知過程中的主觀能動(dòng)性，束縛了學(xué)生的思想，限制了對學(xué)生創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)．如用示波器觀測波形時(shí)，調(diào)節(jié)“Level”旋鈕，得到一個(gè)穩(wěn)定的波形，便于觀察和測量.但問學(xué)生為什么調(diào)節(jié)“Level”旋鈕，波形就穩(wěn)定了，不少同學(xué)說不知道，或根本就沒有想過這個(gè)問題．

1.2 教學(xué)內(nèi)容與手段

內(nèi)容偏重經(jīng)典實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性、設(shè)計(jì)性、探索性實(shí)驗(yàn)偏少.測試手段和儀器比較陳舊，與現(xiàn)代科學(xué)的工程技術(shù)發(fā)展水平形成較大的反差．目前的課程設(shè)置大多是為了驗(yàn)證理論內(nèi)容上的一些原理、現(xiàn)象，是課堂教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)和驗(yàn)證，從而使部分學(xué)生對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生應(yīng)付的現(xiàn)象.實(shí)驗(yàn)課過后，一部分學(xué)生仍處在“三個(gè)不透”的狀態(tài)：對實(shí)驗(yàn)儀器了解不透，對實(shí)驗(yàn)原理理解不透，對實(shí)驗(yàn)技能掌握不透．這就在不同程度上壓抑了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展和學(xué)習(xí)積極性，束縛了學(xué)生創(chuàng)造能力的發(fā)揮．

教學(xué)手段相對滯后，大多仍采用單層次教學(xué)方式，忽略或不重視與計(jì)算機(jī)多媒體和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的現(xiàn)代化教學(xué)手段．實(shí)驗(yàn)考核內(nèi)容單調(diào)、落后、繁瑣，強(qiáng)調(diào)的主要是筆試成績和平時(shí)成績，以及重復(fù)的操作成績；體現(xiàn)不出該學(xué)科的特點(diǎn)和優(yōu)勢，“高分低能”的現(xiàn)象較為嚴(yán)重．

2 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革任重而道遠(yuǎn)，是每一位物理教師應(yīng)該深思的課題．我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的實(shí)施過程中，有成功的經(jīng)驗(yàn)，也有失敗的教訓(xùn)；有成績，也有缺點(diǎn)．

2.1 優(yōu)化整合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

普通物理實(shí)驗(yàn)體系相對完整，但題目過多.在不削減物理內(nèi)容的前提下，重新修訂物理實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)精減必做實(shí)驗(yàn)題目，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)題目，提高開出實(shí)驗(yàn)的物理內(nèi)涵和趣味性含量．

2.2 因材施教培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生

以選修課形式開設(shè)的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn).開放實(shí)驗(yàn)室，既體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)開設(shè)的全方位，又滿足個(gè)性化的要求．

2.3 將科研成果轉(zhuǎn)化為新實(shí)驗(yàn)

針對實(shí)驗(yàn)選題的局限性，及時(shí)地將教師和學(xué)生的科研成果轉(zhuǎn)化為新的物理實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)開發(fā)了既可以用于科學(xué)研究、又適合于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“金屬薄膜電阻率的測量”、“磁性薄膜的磁電阻測量”等實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)題目分布范圍廣，而且各有特色.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不斷更新，既有深度，又有廣度，形成教學(xué)科研一體化的良性循環(huán)．

2.4 修舊利廢挖掘資源潛能

在教學(xué)設(shè)備投入有限的情況下，利用現(xiàn)有設(shè)備資源，充分開發(fā)其應(yīng)用價(jià)值和探究潛能，對學(xué)生在課余時(shí)間開放.學(xué)生通過對舊儀器的拆卸、開發(fā)、優(yōu)化配置和修舊利廢，提高實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力．

3 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考

3.1 將“物理思想”與物理實(shí)驗(yàn)相融合培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?/h3>

要培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰脱芯课锢硪?guī)律的能力，將一個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)置于整個(gè)學(xué)科的發(fā)展鏈條之中.例如楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)是光學(xué)實(shí)驗(yàn)中討論分波陣面雙光束干涉具有代表性的實(shí)驗(yàn)．在今天看來無論從實(shí)驗(yàn)原理，還是實(shí)驗(yàn)技術(shù)上都是比較簡單的．如果做這個(gè)實(shí)驗(yàn)只是教給學(xué)生一種測量光波波長的方法，而忽略了其中豐富的“物理思想”，實(shí)驗(yàn)的意義就不那么重要了；因?yàn)橛眠@種方法測量光波波長的精度并不高，實(shí)用意義不大．然而，在光學(xué)發(fā)展史中，楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)具有里程碑意義．在人們認(rèn)識(shí)光的本質(zhì)的過程中關(guān)于光的波動(dòng)說和微粒說之爭延續(xù)了將近3個(gè)世紀(jì).牛頓堅(jiān)持光的微粒說，使波動(dòng)說的確立經(jīng)歷了一次又一次的磨難．與此同時(shí)，惠更斯提出了著名的惠更斯原理，并推導(dǎo)出光的反射定律和折射定律．這只是用波動(dòng)的觀點(diǎn)解釋了某些光學(xué)現(xiàn)象，沒有進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明．直到19世紀(jì)初，托馬斯·楊用雙縫干涉實(shí)驗(yàn)演示了雙光束干涉現(xiàn)象，提出了“干涉原理”，為光的波動(dòng)說的最后勝利奠定了基礎(chǔ)．此后又經(jīng)過菲涅耳、泊松等人對衍射的理論和實(shí)驗(yàn)研究，終于使波動(dòng)說得到普遍的承認(rèn)．

回顧歷史，我們看到物理學(xué)的發(fā)展過程中，一種理論和一個(gè)有重要意義的實(shí)驗(yàn)誕生都有其歷史淵源和時(shí)代背景.如果在教學(xué)實(shí)踐中能引導(dǎo)學(xué)生了解所做實(shí)驗(yàn)的時(shí)代背景，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)理論的驗(yàn)證都有其艱辛的過程，將其中的物理思想與物理實(shí)驗(yàn)相融合，培養(yǎng)學(xué)生研究物理規(guī)律的能力和探索精神．

3.2 將“物理模型”與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力

要想產(chǎn)生光的干涉，就必須弄清產(chǎn)生光的相干條件，然后才能獲得相干光束的方法．而這些都必須建立在光傳播過程中的波陣面運(yùn)動(dòng)有一清晰圖像的基礎(chǔ)之上．可以肯定楊氏對惠更斯原理理解得非常透徹，并且發(fā)展了惠更斯的波陣面模型，賦予相干涉的性質(zhì)，即從同一波陣面上激發(fā)的次級(jí)波都有相同的頻率、位相和振動(dòng)方向.楊氏使這一模型變得更生動(dòng)形象，更富有物理意義．這也是我們必須理解雙縫實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之處．現(xiàn)在看來，這一切似乎很自然、很簡單，然而，當(dāng)時(shí)的波動(dòng)說在困境中竭力抗?fàn)帲缮胬碚撎幵诿妊繝顟B(tài)，還沒有任何人用實(shí)驗(yàn)方法獲得干涉現(xiàn)象.在這樣的情況下，做成功這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)是需要很大的探索勇氣和精湛的實(shí)驗(yàn)技巧的．最關(guān)鍵的是楊氏對光的傳播和干涉有一個(gè)清晰而生動(dòng)的物理模型和概念，才有可能設(shè)計(jì)一個(gè)有創(chuàng)新意義的實(shí)驗(yàn)．在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中忽略了模型和概念，等于抽掉了實(shí)驗(yàn)的精髓，就連真正理解一個(gè)實(shí)驗(yàn)也是不可能的.因此，將物理模型融在其中，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識(shí)是非常必要的．

3.3 將物理實(shí)驗(yàn)與高新科技相結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力

高新科技是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)前沿的知識(shí)、人才和投資密集的新技術(shù)群，其特征主要表現(xiàn)在牽引性、戰(zhàn)略性、高效性、滲透性等；對發(fā)展生產(chǎn)力、促進(jìn)社會(huì)文明、增強(qiáng)國防實(shí)力起著先導(dǎo)作用．例如，在激光相關(guān)的實(shí)驗(yàn)中，可以介紹激光的具體應(yīng)用，如激光雷達(dá)、激光武器、激光手術(shù)、激光受控?zé)岷朔磻?yīng)等方面；激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動(dòng)力，使學(xué)生主動(dòng)的掌握實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)裝置，有目的、主動(dòng)地進(jìn)行操作，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)獲取知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力．

3.4 將仿真實(shí)驗(yàn)與物理實(shí)驗(yàn)相結(jié)合培養(yǎng)學(xué)生探索解決問題的能力

把傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)有機(jī)的結(jié)合，可使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中受益，對學(xué)習(xí)物理實(shí)驗(yàn)的興趣大增.這種教學(xué)模式以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問題，探索解決問題的能力，使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性、協(xié)作精神等各方面綜合素質(zhì)得到提高．但是開發(fā)虛擬實(shí)驗(yàn)是一個(gè)復(fù)雜的過程，它不僅需要開發(fā)者熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器等相關(guān)的物理知識(shí)，而且還要求開發(fā)者能夠熟練使用相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟硬件.同時(shí)還需不斷地測試，從使用者(學(xué)生)那里收集反饋信息并不斷完善．它涉及到的某些方面的問題需要所有實(shí)驗(yàn)教師的共同努力，學(xué)生的大力配合和相關(guān)部門的支持，才能使這一教學(xué)改革深入的開展下去，使虛擬實(shí)驗(yàn)在提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量方面發(fā)揮作用．

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，為傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入了現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的成份，增添了充滿活力的元素，提高了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的層次和水平，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力和科學(xué)實(shí)踐素養(yǎng)．物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的全面實(shí)施，標(biāo)志著一個(gè)全新的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)已經(jīng)形成，等待我們的是進(jìn)一步拓寬思維，打破定勢，通過大膽設(shè)想和科學(xué)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革大跨躍．

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