充分利用綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)

邢紅宏， 梁承紅， 張紀(jì)磊

（海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部理化實(shí)驗(yàn)中心，山東煙臺(tái) 264001）

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要手段，而大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)作為一門必修基礎(chǔ)實(shí)踐課，是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)以后接受系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能的開端［1］。隨著時(shí)代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的新理念、新內(nèi)容、新手段不斷涌現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)課不再依賴?yán)碚撜n，逐漸成為獨(dú)立于理論課而自行發(fā)展的新體系。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也不再以傳統(tǒng)的力、熱、電、光、原子和近代物理來劃分，而是按照教學(xué)內(nèi)容和訓(xùn)練方式將課程結(jié)構(gòu)分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性和自主性實(shí)驗(yàn)及創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)四個(gè)教學(xué)層次，各個(gè)層次各有側(cè)重［2-4］。在綜合實(shí)驗(yàn)階段，由于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅包含一些經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)，也涉及物理前沿問題和當(dāng)前的高新技術(shù)，項(xiàng)目多學(xué)生自主選擇范圍大，授課方式也以學(xué)生自主實(shí)操為主，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)將起到重要的作用，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中占的比重越來越大，日益受到重視。

1 綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)置的意義

在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段本著囊括基本物理量的測(cè)量、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用、基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和基本測(cè)量方法等內(nèi)容，選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涵蓋力、電、光等方面，不求高、新、尖，但要充分展現(xiàn)基礎(chǔ)性、實(shí)踐性。像示波器的使用、干涉法測(cè)幾何量等，教師的講解可以面面俱到，要對(duì)學(xué)生進(jìn)行超常規(guī)的基本物理實(shí)驗(yàn)技能的嚴(yán)格訓(xùn)練，確保學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)室的規(guī)定及實(shí)驗(yàn)課的流程、掌握實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法，能夠獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，使學(xué)生具備一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α；A(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段的主要任務(wù)就是打牢基礎(chǔ)，但是學(xué)生的培養(yǎng)只停留在這個(gè)階段，僅僅滿足于在教師抱著走的前提下完成一些常規(guī)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力的鍛煉和綜合素質(zhì)的提高顯然是不夠的。按照人才培養(yǎng)方案及大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，在完成基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)后將進(jìn)入綜合性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。

綜合性實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上運(yùn)用某一課程或多門課程的綜合知識(shí)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)［5-6］。通俗地講綜合性實(shí)驗(yàn)要求在兩個(gè)方面具有綜合性：①在知識(shí)點(diǎn)上要有綜合性，內(nèi)容涉及一門課程的兩個(gè)主要章節(jié)以上的多個(gè)知識(shí)點(diǎn)或兩門以上相關(guān)課程的綜合知識(shí);② 在實(shí)驗(yàn)手段上要有綜合性，所使用的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)手段應(yīng)包括物理學(xué)兩個(gè)或兩個(gè)以上的分支，學(xué)生需要應(yīng)用不同的知識(shí)和不同的實(shí)驗(yàn)技能才能完成［7］。因此綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能后才開設(shè)，主要是培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、數(shù)據(jù)處理能力、查閱資料能力、運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問題的能力［8］。綜合性實(shí)驗(yàn)所體現(xiàn)出的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的復(fù)合性、實(shí)驗(yàn)方法的多元性、實(shí)驗(yàn)手段的多樣性、人才培養(yǎng)的綜合性［9］，更有助于展現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)方面的重要作用。

縱觀近代物理基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，可以清楚地看到：物理實(shí)驗(yàn)是新理論、新技術(shù)、新儀器發(fā)明的先導(dǎo)與源泉，它不僅推動(dòng)物理學(xué)科本身的發(fā)展，而且是其他相關(guān)學(xué)科革命的動(dòng)力。如果把對(duì)近代物理學(xué)發(fā)展和對(duì)現(xiàn)代科技有重要影響的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目引入實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將會(huì)大大豐富物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)涵與提升物理實(shí)驗(yàn)課程的整體水平，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)將起到很好的作用。由于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段的主要目的是給學(xué)生夯實(shí)基礎(chǔ)，因此實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇難免會(huì)把側(cè)重點(diǎn)落在基礎(chǔ)上，演示性、驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目偏多［10］。綜合性實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)多，更適合安排這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。從這個(gè)意義上說，綜合性的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)中，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)［11］。綜合性實(shí)驗(yàn)的授課方式以教師引導(dǎo)學(xué)生自主實(shí)操為主，把學(xué)生推到了教學(xué)的主體地位，有利于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并且由于我們?cè)趯?shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇上的匠心獨(dú)具，會(huì)使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)所學(xué)的理論知識(shí)在實(shí)踐中得到運(yùn)用，各學(xué)科的知識(shí)也是相互聯(lián)系而不是孤立的，勢(shì)必增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓教學(xué)過程形成良性循環(huán)，學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到穩(wěn)步提高。

2 綜合性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

2.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇

綜合性實(shí)驗(yàn)開設(shè)的目的是鞏固學(xué)生在此之前的學(xué)習(xí)成果，進(jìn)一步學(xué)習(xí)近代物理各個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)、技術(shù)和方法，使學(xué)生掌握較為復(fù)雜、精密、現(xiàn)代化儀器的操作，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。所以設(shè)置的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅要精、還要緊跟時(shí)代的進(jìn)步，有助于更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與強(qiáng)烈的求知欲，開闊學(xué)生的眼界和思路。因此為使學(xué)生了解新技術(shù)和新方法，我們開設(shè)了傳感器綜合實(shí)驗(yàn)、磁阻效應(yīng)、核磁共振等;為使學(xué)生掌握較為復(fù)雜和精密儀器的使用，我們相應(yīng)的選擇了激光干涉調(diào)制通信、雙棱鏡干涉實(shí)驗(yàn);高溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、黑體輻射、CCD光柵光譜儀等實(shí)驗(yàn)則充分地利用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。總之，選擇綜合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要從多個(gè)角度出發(fā)，基本原則就是充實(shí)和活躍學(xué)生的物理思想，培養(yǎng)學(xué)生在比較復(fù)雜的條件下，觀察現(xiàn)象、測(cè)試數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、綜合判斷、解決問題的綜合分析能力，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)綜合素質(zhì)得到加強(qiáng)。

2.2 教學(xué)模式和方法選擇

和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相比，綜合性實(shí)驗(yàn)應(yīng)充分尊重學(xué)生特長(zhǎng)，鼓勵(lì)學(xué)生個(gè)性發(fā)展，從傳授知識(shí)轉(zhuǎn)變到側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰??？芍笇?dǎo)學(xué)生選擇切合專業(yè)特點(diǎn)和本身感興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，為專業(yè)學(xué)習(xí)作鋪墊。大學(xué)物理綜合性實(shí)驗(yàn)共有20個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和專業(yè)特點(diǎn)從中選擇4個(gè)項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目3學(xué)時(shí)。按照課程標(biāo)準(zhǔn)，大學(xué)物理綜合實(shí)驗(yàn)要求在教師指導(dǎo)下，由學(xué)生獨(dú)立完成每一個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)小課題。教師不再像基礎(chǔ)和基本實(shí)驗(yàn)采取全面講解的模式，授課方式以學(xué)生自主實(shí)操為主，真正體現(xiàn)以學(xué)生為中心、由教師加以引導(dǎo)的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式［12］。為了達(dá)到良好的教學(xué)效果，教師須抓住課前預(yù)習(xí)、課中實(shí)操、課后總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)。

教師在實(shí)驗(yàn)前可通過校園網(wǎng)詳細(xì)介紹各個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及的相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科或交叉學(xué)科的內(nèi)容和知識(shí)、所用實(shí)驗(yàn)儀器的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，推薦相關(guān)參考資料，還通過網(wǎng)上選課系統(tǒng)設(shè)置了針對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的預(yù)習(xí)題，涵蓋實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生只有通過了預(yù)習(xí)題的測(cè)試才能選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且要求學(xué)生就儀器的選擇、實(shí)驗(yàn)方法采用、實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)注意的問題等方面寫出預(yù)習(xí)報(bào)告，以這樣的方式督促學(xué)生課前查閱資料進(jìn)行準(zhǔn)備，在于調(diào)動(dòng)學(xué)生自身的主動(dòng)性，使其自覺學(xué)習(xí)和運(yùn)用不同領(lǐng)域的知識(shí)。凡事預(yù)則立，充分的預(yù)習(xí)是課內(nèi)高效率地獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。

課內(nèi)實(shí)操是完成實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)前教師首先請(qǐng)學(xué)生詳細(xì)閱讀自己所做項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)說明書，修改預(yù)習(xí)報(bào)告，特別強(qiáng)調(diào)需要關(guān)注針對(duì)該項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)操作過程中的注意事項(xiàng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)流程確實(shí)是心中有數(shù)了才可以開始實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，教師應(yīng)注重啟發(fā)引導(dǎo)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程的具體進(jìn)展情況以及出現(xiàn)的問題，有針對(duì)性地組織學(xué)生討論，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中多動(dòng)腦筋、獨(dú)立思考，形成學(xué)生主動(dòng)參與、教師解答指導(dǎo)的互動(dòng)式教學(xué)氛圍。學(xué)生能力的提高是從不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題中鍛煉出來的，因此一定要讓學(xué)生切切實(shí)實(shí)地進(jìn)行實(shí)際操作，不能光看不練。綜合性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)學(xué)生能力的依賴程度更高，需要學(xué)生一絲不茍地操作，對(duì)于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象學(xué)生要認(rèn)真觀察，尤其是對(duì)于出現(xiàn)的與理論結(jié)果不符的情況更要追根溯源，不放過一個(gè)小的細(xì)節(jié)，不要籠統(tǒng)地以為是實(shí)驗(yàn)誤差就打發(fā)了，或是隨意更改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)付，每種現(xiàn)象的出現(xiàn)都是有其原因的，引導(dǎo)學(xué)生從多角度仔細(xì)分析原因，才能鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用多種知識(shí)分析解決問題的能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)［13］。

實(shí)驗(yàn)后的歸納、反思、總結(jié)是實(shí)驗(yàn)的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室操作時(shí)由于受學(xué)時(shí)所限，基本上都是把重心放在如何在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，對(duì)解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題也缺乏深入思考，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后不進(jìn)行及時(shí)的總結(jié)，無法給學(xué)生留下深刻的印象，時(shí)間長(zhǎng)了難免會(huì)有遺忘和混淆的情況。綜合性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生的要求不是僅僅完成完整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告即可，更注重于學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)問題處理時(shí)的所思所想，要求學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，比如是如何發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，運(yùn)用了哪些相關(guān)知識(shí)解決問題，是否還有更好的解決方法，同樣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是否還有不同的實(shí)驗(yàn)方法，相應(yīng)的知識(shí)和方法還可以用在哪些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)際生活中。在做完每一個(gè)實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行這樣的提煉和感悟，才能真正鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力和創(chuàng)新精神，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)得到更好的培養(yǎng)。

3 結(jié)語

綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的選擇比較關(guān)鍵，應(yīng)立足于綜合實(shí)驗(yàn)的界定標(biāo)準(zhǔn)，選擇實(shí)驗(yàn)規(guī)模適中。規(guī)模太小，達(dá)不到鍛煉;規(guī)模太大，則會(huì)受限于學(xué)時(shí)數(shù)而使實(shí)驗(yàn)流于形式。另外還應(yīng)注意在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法等方面對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適時(shí)改革更新，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)效性、實(shí)用性和先進(jìn)性［14-15］。在對(duì)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)不應(yīng)局限于是否有理想的結(jié)果，可以把關(guān)注點(diǎn)放在學(xué)生在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中分析問題、解決問題、理論聯(lián)系實(shí)際等方面的表現(xiàn)。

總之，只有在項(xiàng)目選擇、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)方式等方面體現(xiàn)出綜合性實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，才能使綜合實(shí)驗(yàn)確實(shí)發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的功能，提升大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在人才培養(yǎng)方面的作用。

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