淺談物理實(shí)驗(yàn)的教與學(xué)

熊永紅

（華中科技大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，湖北 武漢 430074）

物理實(shí)驗(yàn)作為高校公共基礎(chǔ)課，是大學(xué)生進(jìn)校后系統(tǒng)地學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)方法、測(cè)量技術(shù)的入門課程，對(duì)學(xué)生科學(xué)思維方式、創(chuàng)新意識(shí)、科研能力、科學(xué)作風(fēng)和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)都具有極其重要的作用，是高?；A(chǔ)教學(xué)中不可缺少的重要環(huán)節(jié).因此物理實(shí)驗(yàn)中心對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的定位是：

（1）求真務(wù)實(shí)的科學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)求是的科學(xué)作風(fēng)，是大學(xué)生必須具備的基本素質(zhì).

（2）掌握物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、基本規(guī)范、方法、技術(shù)和技能，是大學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練入門課的基本要求.

（3）培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)研究的綜合能力，是物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的.

在教學(xué)研究中我們深刻地體會(huì)到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心問題是人，好的教學(xué)團(tuán)隊(duì)是物理實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)和提高教學(xué)質(zhì)量的根本保證.在團(tuán)隊(duì)建設(shè)上我們采取“三結(jié)合”的原則：教學(xué)與科研相結(jié)合、專職與兼職相結(jié)合、實(shí)驗(yàn)與理論相結(jié)合，使專職教師和工程技術(shù)人員能安心做好教學(xué)研究和實(shí)驗(yàn)室的管理工作，具有良好科研背景的中青年兼職教師的加入能將學(xué)科前沿的部分成果融入實(shí)驗(yàn)教學(xué).我們?cè)谖锢韺?shí)驗(yàn)教學(xué)過程中開展了多種形式的教學(xué)研究活動(dòng)（例如：集體備課、教學(xué)觀摩、教學(xué)研討會(huì)和顧問聽課等），實(shí)行指導(dǎo)教師制和主講教師制，主講教師負(fù)責(zé)青年教師的上崗培訓(xùn)，新教員上課必須通過試講，讓經(jīng)驗(yàn)豐富的老教師進(jìn)行傳、幫、帶，使教學(xué)團(tuán)隊(duì)的文化傳統(tǒng)得以傳承.在此基礎(chǔ)上，我們還構(gòu)建了師生一體化的課外學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員均是“興趣”相同聚在一起，比如在物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新基地教師是學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)的一分子，互相學(xué)習(xí)共同提高，構(gòu)建了一種寬松的、快樂自主學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)研究的氛圍，較好地體現(xiàn)了以學(xué)生為主體和以教師為主導(dǎo)的教學(xué)理念.

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論課堂教學(xué)不同，教師與學(xué)生面對(duì)面地交流，更有利于互動(dòng)教學(xué).而且來(lái)自不同地區(qū)的學(xué)生因?qū)嶒?yàn)條件的限制，其實(shí)驗(yàn)?zāi)芰涂茖W(xué)素養(yǎng)差別很大，如何在量大面廣的基礎(chǔ)課程中做到因材施教，讓大多數(shù)學(xué)生都有所收獲，讓優(yōu)秀學(xué)生能有拓展的空間，確實(shí)不是一件容易的事情.為此，筆者將圍繞“問題”組織教學(xué)的模式貫穿于物理實(shí)驗(yàn)課程之中，為配合教學(xué)改革我們新編了《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》教材.新教材在加強(qiáng)“三基”的同時(shí)，注意融入先進(jìn)教育理念和科技最新成果，以問題為導(dǎo)向和主線.“開篇設(shè)問”讓學(xué)生帶著問題學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、方法和技術(shù)；在“引言”中介紹實(shí)驗(yàn)背景、實(shí)驗(yàn)原理和相關(guān)資料（包括在教學(xué)課件或網(wǎng)站上給出著名科學(xué)家的原文）；“儀器設(shè)備”僅作了簡(jiǎn)要的介紹；在“實(shí)驗(yàn)程序”中包含實(shí)驗(yàn)的基本內(nèi)容，并強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)研究過程的規(guī)范性；在“結(jié)果分析”中包含數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表述；“拓展問題”是基本內(nèi)容的延伸，或者是實(shí)驗(yàn)原理（或物理效應(yīng)）的靈活應(yīng)用，或者是對(duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新問題的深入研究.增加“拓展問題”的初衷是為了：

（1）引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，讓不同學(xué)科的學(xué)生結(jié)合自己興趣與愛好，嘗試從探索性實(shí)驗(yàn)中體會(huì)到學(xué)以致用的樂趣；

（2）給學(xué)有余力的同學(xué)更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)，有利于因材施教；

（3）鼓勵(lì)學(xué)生勇于質(zhì)疑，探索創(chuàng)新，對(duì)一些課內(nèi)無(wú)法解決的難題，可以帶到課外進(jìn)行研究.

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究中，探索了以“問題”為導(dǎo)向，以興趣為驅(qū)動(dòng)、形成課內(nèi)課外有機(jī)結(jié)合的研究型教學(xué)模式，構(gòu)建了物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新基地、DIY 實(shí)驗(yàn)室、獨(dú)立的學(xué)生實(shí)踐研究團(tuán)隊(duì)，倡導(dǎo)和營(yíng)造自主學(xué)習(xí)、群體學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的模式和氛圍，使因材施教落到實(shí)處.例如在基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)“霍爾效應(yīng)與應(yīng)用研究”的教學(xué)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了3 個(gè)層面的問題：“預(yù)備性問題”在課前幫助學(xué)生在預(yù)習(xí)的過程中有針對(duì)性地思考，更好地了解實(shí)驗(yàn)背景、原理和實(shí)驗(yàn)方法；“學(xué)生容易出錯(cuò)的問題”在教學(xué)過程中與學(xué)生討論，引導(dǎo)他們認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)實(shí)驗(yàn)規(guī)律，避免操作錯(cuò)誤；“拓展問題”可解決較優(yōu)秀學(xué)生“吃不飽”的情況，動(dòng)手能力強(qiáng)的同學(xué)，在課堂上就可以選做拓展內(nèi)容.還有極少數(shù)的對(duì)該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目特別感興趣的同學(xué)，在實(shí)驗(yàn)過程中萌發(fā)一些“設(shè)想”或“靈感”但因課時(shí)限制無(wú)法在課內(nèi)完成的，就可以將“設(shè)想”或“靈感”帶到物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新基地的DIY 實(shí)驗(yàn)自主研究.使一些有“想法”的同學(xué)有放飛夢(mèng)想的舞臺(tái)，例如王晴嵐同學(xué)應(yīng)用霍爾效應(yīng)的原理，設(shè)計(jì)了數(shù)字式風(fēng)速儀，該研究獲得湖北省大學(xué)生優(yōu)秀科技論文獎(jiǎng)、劉亮同學(xué)的“動(dòng)?xùn)攀健狈止庥?jì)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究就是源于做“分光計(jì)”實(shí)驗(yàn)時(shí)萌發(fā)的“設(shè)想”，他在2011年高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教育學(xué)術(shù)研討會(huì)上報(bào)告了該實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果，被專家評(píng)為優(yōu)秀論文.還有一些同學(xué)將基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課中激發(fā)出來(lái)的“靈感”轉(zhuǎn)化成國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽項(xiàng)目或課外實(shí)驗(yàn)研究課題，他們攜帶自己研究的成果參加了各種國(guó)際和國(guó)內(nèi)會(huì)議，或大學(xué)生科技活動(dòng)與競(jìng)賽，使有不同興趣或追求的學(xué)生各有所獲.

環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)密切相關(guān)，是物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件支撐和保障.因此在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中我們比較注重實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)功能、安全、環(huán)保、規(guī)范、人性化設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)室的利用率等；在儀器購(gòu)置和自行研制教學(xué)儀器方面注重實(shí)驗(yàn)儀器的開放式、自組裝性、多功能和易拓展的特點(diǎn)，并吸引學(xué)生參加實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器的研制，學(xué)生通過參加教學(xué)儀器的研制，加深了對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、實(shí)驗(yàn)原理、測(cè)量技術(shù)等各個(gè)方面的了解，提高了綜合實(shí)驗(yàn)研究的能力.

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅要教會(huì)學(xué)生掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本原理和儀器的使用，提高他們的實(shí)驗(yàn)基本技能，更重要的是要引導(dǎo)學(xué)生去體會(huì)物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想、培養(yǎng)科學(xué)思維能力和創(chuàng)新意識(shí)，特別是在“重溫”著名的或經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，要引導(dǎo)學(xué)生查找和閱讀科學(xué)大師們的原文或相關(guān)資料，領(lǐng)悟這些科學(xué)巨匠的研究思路，感受他們的人格魅力，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)、勤于思考和勇于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的良好習(xí)慣.在“教”與“學(xué)”的過程中還要注意培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神，讓他們敢提問、善鉆研，使物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)真正地“互動(dòng)”起來(lái).要做好物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，還需要各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和關(guān)注，需要更多有識(shí)之士的加入，一切為學(xué)生著想，為人才培養(yǎng)服務(wù).

［1］霍劍青，王曉蒲，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)思想與教學(xué)實(shí)踐［J］.物理與工程，2004（5）：39－41.

［2］顧牡，毛駿健，吳於人，等.積極開拓、銳意進(jìn)取、努力構(gòu)建適應(yīng)21 世紀(jì)人才培養(yǎng)需要的大學(xué)物理課程教學(xué)體系［J］.物理與工程，2005（1）：13－16.

［3］吳念樂，劉鳳英.國(guó)家工科物理課程教學(xué)基地總結(jié)報(bào)告［J］.物理與工程，2005（3）：2－6.

［4］呂斯驊，段家祗.全面改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系與內(nèi)容，培養(yǎng)有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的創(chuàng)新人才［J］.大學(xué)物理，2003，22（1）：34－36.