大學物理實驗教學之探討

韓金鐘，楊炳方，李韶峰，周思華

（1.周口師范學院 物理與機電工程學院，河南 周口466001；2.河南師范大學 物理與電子工程學院，河南 新鄉(xiāng)453007）

大學物理實驗是高等學校理工科專業(yè)教學中的重要組成部分，是實現(xiàn)素質教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)［1].但是，當前在大學物理實驗課程教學中對人才培養(yǎng)所起的作用還不夠充分，通常都把該課程作為對學生基本訓練的基礎課程.僅要求學生掌握實驗的初步知識、技能和方法，接受基本的訓練，而忽略了課程本身在學生能力培養(yǎng)和素質方面的提高所起的作用［2].面對大學物理實驗教學的現(xiàn)狀，在目前有限的資源配置下，就如何改進實驗教學方法，提高學生的學習興趣，提高大學物理實驗課程教學質量，筆者在教學過程中進行了有益的探索和實踐.

1 大學物理實驗的地位和作用

1.1 有助于學生有效掌握大學物理理論知識

大學物理實驗課與理論課既相互獨立，又密切聯(lián)系，二者相輔相成才能培養(yǎng)出高素質、創(chuàng)新型人才.通過大學物理實驗可以使學生獲得豐富的感性認識，加深學生對大學物理理論課中的相關概念、定理和定律的理解和記憶.借助物理實驗可以形象、具體、直觀地說明問題，以最有效的方式鞏固理論課中的相關知識.

1.2 有助于訓練學生的多種能力

大學物理實驗可以培養(yǎng)學生的觀察能力、實驗能力、動手操作能力等，有利于學生綜合素質的培養(yǎng)［3].每個大學物理實驗都涉及學生動手操作，觀察和分析物理現(xiàn)象，歸納現(xiàn)象特征以及用簡潔的語言表達自己的想法等，通過實驗很自然地培養(yǎng)了學生多種能力.

1.3 有助于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)

1998年6 月，李政道在上海舉行的紀念他大學老師葉企孫先生一百周年誕辰大會上說，葉老師一次意外的教導使他終生難忘.在他念大學時，葉老師在一次課間見到他在自學一本難度較大的規(guī)定課程之外的參考書，看出他有較高的理論天賦，就對他說：你平時可免聽我的講課，只需自學和參加期末考試就行，這樣學習效率會更高.但是實驗課絕不能免，必須認真做.并告訴他一定要重視實驗，若實驗不好，理論無論學得多么好，也不能給高分.因為理論與實驗的關系是科學思維方法的關鍵，含糊不得，科學態(tài)度、科學精神、科學思維方法與作風是素質中最重要的［4].大學物理實驗課是在培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)上有著不可替代的作用，通過大學物理實驗課程的開設學生可以接觸到很多儀器設備，其中會有很多的課程內(nèi)容被涉及，使學生的科學素質得到很好的培養(yǎng)［5].

1.4 有助于提高學生的學習興趣

生物學家達爾文在自傳中說：“就我在學校時期的性格來說，其中對我后來發(fā)生影響的，就是我有強烈而多樣的興趣，沉溺于自己感興趣的東西，深入了解任何復雜的問題和事物.”其實許多科學家、發(fā)明家取得偉大成就的原因之一，就是具有濃厚的認知興趣或強烈的求知欲.當學生對大學物理實驗課產(chǎn)生興趣時，他就會積極主動而且滿懷興趣的狀態(tài)下進行實驗探究.如果能夠在做物理實驗過程中獲得興趣，體驗成功，那么他就會在學習時信心大增.

2 目前大學物理實驗教學中存在的突出問題

2.1 學生基礎問題

近年來，隨著高等教育大眾化進程到來，很多高校不得不降低門檻招收學生，生源質量有所下降.經(jīng)過對新生的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在高中階段很多學校只注重學生的升學率，并不注重學生動手能力的培養(yǎng).一些學校缺少實驗設備，一些有實驗設備的學校并沒有開設實驗課，實驗部分大多由任課老師帶領著學生紙上談兵.結果，造成大部分學生的物理實驗基礎十分薄弱，甚至是一片空白.

2.2 教學方法問題

對于大學物理實驗課教學來說，教學方法是否得當是提高教學質量的關鍵所在.特別是那些數(shù)學底子比較薄弱，物理基礎較差的學生，在對實驗數(shù)據(jù)進行理論分析時比較困難.如果不重視教學方法的改革，隨著時間的推移，這些學生就會對實驗失去信心，不能夠按要求完成學習任務.

2.3 思想認識問題

隨著教學改革的深入，各大院校都把課程體系改革作為教育改革的一項重要內(nèi)容.根據(jù)高等教育對人才培養(yǎng)的要求，進行大幅度課程整合，完善實踐教學體系.然而，由于思想認識上的問題，不少院校改革時把基礎課的課時大幅度壓縮，特別是大學物理和大學物理實驗，甚至將這些課程由過去的考試課改為考查課.這使得原本就面臨學生基礎差、動手能力弱的大學物理實驗課更是雪上加霜.

3 探索與實踐

3.1 激發(fā)興趣，喚起學生的學習熱情和動機

興趣是最好的老師，有興趣的學生才會變成學習的主動者.根據(jù)學生實際和課程特點，在激發(fā)學生的實驗興趣方面，進行一些積極的探索，積累了一定的實踐經(jīng)驗.

（1）加強現(xiàn)代物理知識的宣傳.物理實驗室的老師分別根據(jù)自己的實際情況，分類收集物理學在當今科技前沿中的應用，每學期以講座的形式開展一次物理學專題講座，每位老師講解三十分鐘.讓學生了解物理學的新發(fā)展和新技術，讓學生感受到大多數(shù)新科技來源于實驗成果.這不僅激發(fā)學生的學習動力和興趣，而且增強了他們對物理探索的愿望.

（2）加大實驗室開放力度.通過開放演示實驗室，讓學生親自操作實驗儀器，使他們直觀地觀察到生活中常見的物理現(xiàn)象.如：飛機是如何起飛的、雷電產(chǎn)生時的現(xiàn)象、發(fā)電機是如何發(fā)電的等.通過開放普通實驗室，為培養(yǎng)學生的實踐能力、動手能力、創(chuàng)新能力提供場所.讓學生自主的進行所設想的小發(fā)明、小制作以及小論文等創(chuàng)新性實驗活動.這不僅使實驗室充滿了活力，而且更好地激發(fā)了學生的學習興趣.

（3）運用多媒體仿真技術.要求學生預習后，到仿真實驗室（裝有大學物理仿真實驗2010版軟件）在計算機上進行仿真操作.這種方式使實驗在教學內(nèi)容和空間上得到了延伸，營造了多樣化的教學環(huán)境，使學生可以更自由、更自主地學習，拓寬了視野.不僅能夠起到預習了解的作用，還充分調(diào)動了學生的實驗興趣.

3.2 因材施教，使每個學生的潛能均得到有效的發(fā)揮

目前大學物理實驗教學大綱中主要是驗證性實驗，這些實驗通常比較簡單，對于那些學有余力的學生而言，有吃不飽的感覺.為了讓這部分學生吃得飽，一般學生吃得好，實際教學中采用因材施教的方式.開放實驗室，積極開展教師指導學生創(chuàng)新實驗和學生自主實驗.

（1）教師指導學生創(chuàng)新實驗.為了培養(yǎng)學有余力學生的實踐能力，由老師根據(jù)自己的研究方向進行命題，學生在老師的指導下完成該題目的設計、實驗數(shù)據(jù)測量和實驗的分析總結.開放實驗室項目大多與老師的研究課題有關，這樣就會使學生參與到老師的科研活動中來，有利于其科研素質的培養(yǎng)，為以后的科學研究奠定基礎.采取不同于常規(guī)實驗的方式進行實驗，學生可以多人一組，進行內(nèi)部分工，負責不同的環(huán)節(jié)，可以有效鍛煉他們的團隊協(xié)作能力.在時間上，可以采取更靈活的課外時間到實驗室工作.在整個實踐過程中老師要做好指導工作，經(jīng)常參加學生的討論會，引導他們進行實驗的設計、論證、實驗測量和分析.指導老師在這個過程中一定要給自己定好位，過多的指導會使創(chuàng)新實驗流于形式，指導少了易使學生的積極性受挫.

（2）學生自主實驗.學生自主實驗一般不是教學目標中規(guī)定的實驗，而是學生根據(jù)自己的主觀興趣，自主設計實驗題目，并根據(jù)實驗具體內(nèi)容準備相關的實驗儀器和材料，獨立或合作完成的實驗.學生的自主實驗的題目來源主要有以下三個方面：①演示實驗.在課堂上老師演示的實驗沒有觀察清楚，或者對該實驗有一些自己的想法，到實驗室進行親自操作.②分組實驗.在分組實驗課上沒有完成或者想進行拓展的實驗.③自己設計實驗.結合日常生活實際，引發(fā)思考，獨立設計的小發(fā)明、小制作等.前兩個方面雖然是教材中實驗的繼續(xù)，但絕不是簡單的重復，而是帶著問題開始實驗，其目的性很強.自己設計的實驗更能培養(yǎng)優(yōu)異學生的創(chuàng)新能力和挖掘其潛能.在具體的操作過程中，一般是由學生自己提出實驗課題，設計實驗方案，提交自主實驗申請表，然后由老師進行審批，同時對實驗方案進行修改和完善，最后由學生按照約定的時間進行實驗.

3.3 分層教學，提高大學物理實驗課教學質量

以物理實驗的基本原理、基本方法、基本儀器和基本技能以及對實驗數(shù)據(jù)的綜合處理能力訓練為主線，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和科學素質為宗旨，將所開設的實驗分為三個層次：前導性實驗、基礎性實驗以及綜合設計性實驗.從而建立以學生為主體，教師為主導，分層次、模塊化，從簡單到綜合、從基礎到前沿、從注重傳授知識到注重能力培養(yǎng)、循序漸進、逐級提高的三級物理實驗課程新體系.

（1）前導性實驗.前導性實驗主要包括基本實驗儀器使用和測量實驗，其目標是著重培養(yǎng)學生的觀察能力、良好的實驗習慣和嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L.在前導性實驗中開設“長度的測量”“質量測量”“電流電壓測量”等基本實驗項目.該層次充分考慮學生的基礎差異，為全體學生構建實驗學習的平臺.尤其照顧實驗基礎薄弱的學生，幫助學生解決實驗中的問題，并對實驗報告的書寫進行指導，通過這一環(huán)節(jié)可以縮小學生的基礎差異.

（2）基礎性實驗.基礎性實驗以演示性、驗證性、基礎操作性實驗為主，其目標是著重對學生進行規(guī)范的操作訓練，熟悉常用的實驗數(shù)據(jù)處理方法.在基礎性實驗中開設“剛體轉動慣量的測量”“靜電場描繪”“示波器的調(diào)節(jié)與使用”等實驗.該層次擔負著培養(yǎng)學生堅實和寬厚實驗基礎的任務，是大學生掌握物理實驗的基本方法和技能的基礎課，數(shù)據(jù)記錄和處理力求規(guī)范，學生能初步分析誤差來源，正確表示實驗結果.

（3）綜合設計性實驗.綜合設計性實驗是指方法復雜、原理涉及多領域的實驗，該環(huán)節(jié)很好地體現(xiàn)了各學科實驗的交叉性.其目標是培養(yǎng)學生的綜合實驗能力、實驗設計能力和創(chuàng)新思維能力.該層次中設計了“拉伸法測金屬絲的楊氏彈性模量”“偏振現(xiàn)象的觀察和分析”“邁克爾遜干涉儀的使用”等實驗.組織學生對實驗方案進行深入探討，并完成科技創(chuàng)新小論文，為進一步參加科研活動奠定基礎.

3.4 歸納總結，探索新的大學物理實驗教學模式

根據(jù)近年來的教學實踐，總結歸納出適合學生實際、適合學生素質培養(yǎng)的一種新的大學物理實驗教學模式，即“激發(fā)興趣＋因材施教＋分層教學”的綜合教學模式.

激發(fā)興趣：主要考慮的是樹立學生學習的信心，提高學習的積極性.

因材施教：充分考慮學生的實際情況，以學生為主題，教學內(nèi)容與學生的知識水平和實際接受能力相適應.

分層教學：在符合學生認知規(guī)律的前提下，采取循序漸進的教學方法.

4 結論

“激發(fā)興趣＋因材施教＋分層教學”的實驗教學新模式，拓展了實驗題目，優(yōu)化了實驗內(nèi)容，搭建了研究性和創(chuàng)新性學習平臺.通過近幾年的教學實踐，發(fā)現(xiàn)利用該模式可以很好地提高學生的學習興趣和學習效率，使不同層次的學生在實驗技能上都能得到有效提升，提高了實驗教學的質量和學生的創(chuàng)新能力.

［1]薛運才，李濤，陳鎮(zhèn)平.工科物理實驗課程教學改革與實踐［J].新鄉(xiāng)學院學報：自然科學版，2009，26（04）：80-81.

［2]姜友.大學物理實驗開放式教學模式改革研究［J].重慶三峽學院學報，2009，25（3）：119-121.

［3]段家忯，曹惠賢，王煜，等.美國高校物理實驗教學和管理情況考察報告［J].大學物理，2004，23（3）：42-45.

［4]霍劍青.應用信息技術培養(yǎng)創(chuàng)新型人才實驗教學模式的思考與實踐［J].物理與工程，2013，23（6）：26-29.

［5]高祿，趙長春，郝會穎，等.大學物理演示實驗教學探究［J].物理通報，2012（3）：71-73.