大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革與學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的培養(yǎng)

李海東，郝好山，劉扭參，鄭麗麗

(河南工程學(xué)院 數(shù)理科學(xué)系，河南 鄭州 451191)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程是理工科院校各專業(yè)學(xué)生入學(xué)后必修的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，該課程覆蓋面廣，包含豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法和手段[1-2]，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端.該課程的開設(shè)目的不僅是使學(xué)生受到嚴(yán)格、系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的思維能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力.同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程還能培養(yǎng)學(xué)生與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力[3-4].此外，物理實(shí)驗(yàn)還可以探索和研究新科技領(lǐng)域，推動(dòng)其他學(xué)科和領(lǐng)域的快速發(fā)展.總之,物理實(shí)驗(yàn)課程具有重要的理論和實(shí)踐意義，它開啟了大學(xué)生以后從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)工作的大門.

1 物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)現(xiàn)狀和存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的內(nèi)容陳舊

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，由于歷史與現(xiàn)實(shí)的原因，目前所開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)中，驗(yàn)證性、基礎(chǔ)性的內(nèi)容偏多，設(shè)計(jì)性和探究性的實(shí)驗(yàn)偏少，特別是缺少能反映現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)最新進(jìn)展的實(shí)驗(yàn)，不能調(diào)動(dòng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性.在教學(xué)體系上，以力、熱、電、光的形式分別安排實(shí)驗(yàn)，不僅難以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程自身的教學(xué)目的，更難以對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)、全面的科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練.此外，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置沒有考慮到不同專業(yè)和學(xué)科的發(fā)展方向，使學(xué)生感覺這門課與日后的發(fā)展聯(lián)系不大，這些都導(dǎo)致了他們對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)采取消極應(yīng)付的態(tài)度.

1.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式較為傳統(tǒng)

在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，受應(yīng)試教育的影響，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)往往重理論、輕實(shí)踐，使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課成了一門驗(yàn)證性的理論課.傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)只強(qiáng)調(diào)學(xué)生“做”實(shí)驗(yàn),而不是強(qiáng)調(diào)學(xué)生“學(xué)會(huì)”做實(shí)驗(yàn)[5].教師在講解實(shí)驗(yàn)時(shí)，只是一味地講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟并介紹實(shí)驗(yàn)儀器的操作方法、注意事項(xiàng)等，對(duì)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生將遇到的現(xiàn)象和問題以及解決的方法都以課堂講授的方式告訴學(xué)生，然后要求學(xué)生按照教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和所用儀器的操作方法去完成實(shí)驗(yàn).這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式以教師為中心，忽視了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性與能動(dòng)性，容易使學(xué)生形成對(duì)教師課堂講解和教材中實(shí)驗(yàn)步驟的依賴，學(xué)生的積極性和主動(dòng)性得不到鍛煉，因而也就談不上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入細(xì)致的分析和研究了.

1.3 考核方式一成不變

長期以來，實(shí)驗(yàn)課基本上是根據(jù)學(xué)生所做實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確與否以及所提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫是否規(guī)范來進(jìn)行考核的，考核的內(nèi)容單調(diào)、落后，強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生的筆試成績及重復(fù)操作實(shí)驗(yàn)的能力.很多時(shí)候，學(xué)生只是按照教材進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，得出的是標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給出的往往也是統(tǒng)一模式的、標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告.在實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生也只關(guān)注及格與否，根本不愿意去想從中學(xué)會(huì)了什么、收獲了哪些.這樣的考核方式,既忽視了對(duì)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾?，也體現(xiàn)不出該學(xué)科的特點(diǎn)和優(yōu)勢，必然會(huì)打擊學(xué)生探索知識(shí)的積極性.

2 改革與實(shí)踐

為了適應(yīng)科技發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的要求，按照河南工程學(xué)院“建設(shè)工程人才培養(yǎng)基地”的發(fā)展思路并結(jié)合建設(shè)物理實(shí)驗(yàn)示范中心的契機(jī)，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)，在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中分別對(duì)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和測評(píng)方法這3個(gè)方面進(jìn)行了探索性的改革與嘗試.

2.1 改革傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

2.1.1 改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)大綱

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)統(tǒng)一的、系統(tǒng)的和具有獨(dú)立目的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置應(yīng)符合高質(zhì)量、多層次人才的培養(yǎng)需求.為此，課題組首先對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的安排進(jìn)行了改革，打破了傳統(tǒng)的力、熱、電、光、近代物理等實(shí)驗(yàn)課程各自獨(dú)立的界限，進(jìn)行了綜合和交叉，形成了從基礎(chǔ)到前沿、從知識(shí)學(xué)習(xí)到綜合能力的培養(yǎng)與提高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目成為一個(gè)由淺入深的、具有梯度和內(nèi)在聯(lián)系的有機(jī)整體.在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇上，充分考慮了我院工程教育培養(yǎng)目標(biāo)的不同，制定了不同的教學(xué)大綱和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提供了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái).

2.1.2 采用“分層次”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

對(duì)于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)宜采用嘗試教學(xué)法.這部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容比較簡單、易于掌握，可要求學(xué)生學(xué)會(huì)正確地記錄、規(guī)范地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并能完整地表述出實(shí)驗(yàn)結(jié)果.實(shí)驗(yàn)前,教師先不講解實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和原理，而是要求學(xué)生在做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上直接開始實(shí)驗(yàn)，并可在相互討論的基礎(chǔ)上得出結(jié)論，最后由教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的情況進(jìn)行評(píng)析和總結(jié).由于實(shí)驗(yàn)是由學(xué)生獨(dú)立完成的，所以這種教學(xué)方法可以促使學(xué)生主動(dòng)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的自學(xué)能力.

對(duì)于綜合性實(shí)驗(yàn)和一部分較難的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),宜采用啟發(fā)和討論式教學(xué)方法.要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前必須提交預(yù)習(xí)報(bào)告，內(nèi)容包括本次實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容和步驟等.然后，教師簡要介紹實(shí)驗(yàn)原理和使用儀器時(shí)的注意事項(xiàng)，啟發(fā)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)的目的和過程.教師在提出問題和分析問題時(shí)要盡量調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生積極思考、主動(dòng)探索知識(shí)，在實(shí)驗(yàn)過程中教師只需幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的共性問題即可.

對(duì)于設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)宜采用探究式教學(xué)方法.以自主學(xué)習(xí)和合作討論為前提，學(xué)生根據(jù)教師所提供的實(shí)驗(yàn)條件，明確探究的目標(biāo)或問題，自己查閱資料、制訂實(shí)驗(yàn)方案、匯報(bào)測試過程、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，之后，教師再提出問題、啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生展開討論，最后完成實(shí)驗(yàn).這種課堂上的互動(dòng)不僅能培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)參與和獨(dú)立思考的能力，而且能增進(jìn)學(xué)生的進(jìn)取意識(shí).

2.1.3 實(shí)行三節(jié)連上的課時(shí)安排

在教學(xué)時(shí)間上，課題組實(shí)行了每次實(shí)驗(yàn)連用3個(gè)課時(shí)的授課方式.學(xué)生實(shí)驗(yàn)前，要求學(xué)生寫好預(yù)習(xí)報(bào)告，教師可以對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)部分進(jìn)行精簡講授，然后把其余的時(shí)間留給學(xué)生自己去探索.在實(shí)驗(yàn)的過程中，教師可以針對(duì)學(xué)生遇到的問題提供引導(dǎo)和幫助.這樣的課時(shí)安排把更多的時(shí)間留給了學(xué)生，使學(xué)生有充足的時(shí)間獨(dú)立思考或相互交流去完成實(shí)驗(yàn)，充分提高了學(xué)生的動(dòng)手能力.

通過對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的改革，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)由以教師為主導(dǎo)的理論講解課轉(zhuǎn)變成了以學(xué)生為主導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)技能探索課.事實(shí)證明，這種改革不僅提高了學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，而且增?qiáng)了學(xué)生自學(xué)和探索知識(shí)的能力，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì).

2.2 打破傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

物理教學(xué)過程十分強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，如何將教學(xué)內(nèi)容和科學(xué)思維方式有機(jī)地融為一體，是教師必須在教學(xué)過程中不斷思考的問題.學(xué)生如果掌握了科學(xué)的思維能力，在以后的科研活動(dòng)中將會(huì)少犯錯(cuò)誤、少走彎路[6].為了培養(yǎng)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及獨(dú)立思考問題的能力，教師在教學(xué)中應(yīng)積極采用提問式和討論式相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生自學(xué).對(duì)物理實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種“現(xiàn)象和問題”，教師應(yīng)該有目的地引導(dǎo)學(xué)生去挖掘隱藏其后的“事實(shí)真相”.課堂教學(xué)時(shí)，教師可以根據(jù)本班學(xué)生的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)問題，適當(dāng)?shù)亟o學(xué)生制造懸念，運(yùn)用物理本身的魅力激勵(lì)誘導(dǎo)學(xué)生，使他們感受到物理學(xué)科的趣味性，激發(fā)學(xué)生的求知欲.例如，在單縫衍射光強(qiáng)分布的測定試驗(yàn)中，當(dāng)學(xué)生在觀察屏上看到明暗相間的衍射條紋時(shí)，教師可以讓學(xué)生思考為什么屏上出現(xiàn)的衍射條紋的方向與狹縫的展開方向一致(對(duì)此教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過分析單縫衍射的條件來回答這個(gè)問題)，也可以讓學(xué)生繼續(xù)思考如果將狹縫變成圓孔和方孔,衍射圖樣會(huì)變成什么形狀.在教學(xué)過程中，教師要從教學(xué)效果出發(fā)，將物理學(xué)科最新的科研成果巧妙地包裝，通過精心設(shè)計(jì)融入到每節(jié)課的教學(xué)中.例如，在霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，教師可以讓學(xué)生們思考為什么實(shí)驗(yàn)選用的霍爾器件是半導(dǎo)體材料，是否可以用霍爾元件測量大地的磁場；在完成空氣中聲速的測定后，教師可以讓學(xué)生思考能否利用這一實(shí)驗(yàn)裝置來測定液體中聲音的速度；等等.加強(qiáng)對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，不僅豐富了課堂教學(xué)的內(nèi)容、擴(kuò)展了學(xué)生知識(shí)面，也加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)物理知識(shí)的理解，無形中提高了學(xué)生的思考能力，進(jìn)而激發(fā)了學(xué)生的求知欲望和科研探索的熱情.

2.3 改革測評(píng)方法

成績的評(píng)定只是為教學(xué)目的而服務(wù)的教學(xué)手段，所在課題組對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測評(píng)方法進(jìn)行了改革，確立了“注重平時(shí)、淡化期末、強(qiáng)調(diào)能力”的實(shí)驗(yàn)考查方式.

對(duì)于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求學(xué)生用簡短的語言將其中的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟部分描述清楚，而對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理部分則要求給出詳細(xì)的說明.另外，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告后，要求學(xué)生把實(shí)驗(yàn)過程中所遇到的問題、嘗試的解決方法以及從中獲得的知識(shí)整理出來，作為學(xué)生的實(shí)驗(yàn)心得提交給實(shí)驗(yàn)室.指導(dǎo)教師可根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出評(píng)價(jià)等級(jí)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)心得給出適當(dāng)?shù)脑u(píng)語并及時(shí)反饋給學(xué)生.這樣做不僅能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己的實(shí)驗(yàn)對(duì)在哪里、錯(cuò)在哪里，而且能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ?，要想完成好一個(gè)實(shí)驗(yàn)需要經(jīng)過不斷努力和探索.測評(píng)成績包括平時(shí)的考核成績和期末考試成績.平時(shí)的考核成績根據(jù)學(xué)生平時(shí)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、態(tài)度作風(fēng)、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的數(shù)據(jù)分析和處理等方面，按照一定的分?jǐn)?shù)分配比例給出平時(shí)實(shí)驗(yàn)的綜合成績，這一部分占總成績的70%.學(xué)期末，采取隨機(jī)抽樣的出題考核方式，主要考查學(xué)生動(dòng)手操作的技能和獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的能力，這一部分占總成績的30%.這樣，最后的成績測評(píng)就兼顧了理論與實(shí)踐、平時(shí)實(shí)驗(yàn)與期末考核等方面的因素，避免了學(xué)生死記硬背應(yīng)付考試的現(xiàn)象.實(shí)踐證明，這種考核方式能起到很好的監(jiān)督與引導(dǎo)作用，能夠促使學(xué)生認(rèn)真對(duì)待每一次實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)的全面提高.

3 結(jié)論

結(jié)合河南工程學(xué)院大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)條件和教學(xué)現(xiàn)狀，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了上述探索性的改革與嘗試，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和思維能力都得到了進(jìn)一步的提高，受到了學(xué)校和學(xué)生的好評(píng).隨著高等教育的迅速發(fā)展和對(duì)創(chuàng)新人才要求的不斷提高，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和提高起著越來越重要的作用.在今后的工作中，要繼續(xù)完善和探索以學(xué)生為中心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，更新教學(xué)手段和技術(shù)，使現(xiàn)代科技成果滲透到實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程中來，同時(shí)也要完善實(shí)驗(yàn)室的管理和規(guī)章制度，加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的培訓(xùn)，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的全面提高.

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