大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革

劉 勇，李 海，聶偉濤，葉 黎

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，廣東 廣州 510640）

物理學(xué)本質(zhì)上是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)的基礎(chǔ).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是涵蓋幾乎所有與自然科學(xué)相關(guān)的專業(yè)的基礎(chǔ)課實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)從力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)和電磁學(xué)等自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論出發(fā)，內(nèi)容涉及氣體、液體、固體，力、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱量，溫度、氣壓、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和電壓等自然界中最基礎(chǔ)和最常見的現(xiàn)象和參量.通過大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象和規(guī)律，建立科學(xué)的世界觀，掌握放大法、代替法、對(duì)稱法和平衡法等科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)拓寬了學(xué)生的視野，揭示出各種自然現(xiàn)象的物理本質(zhì)以及各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)的相互聯(lián)系與相互轉(zhuǎn)化，為以后各學(xué)科知識(shí)的交叉融合，以及培養(yǎng)復(fù)合型和創(chuàng)新型人才打下良好的基礎(chǔ)，因此，進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革的研究，以提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量十分必要.

1 現(xiàn)狀分析

隨著國家對(duì)教育投入的增加，大多數(shù)高等院校在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)硬件上有了很大的改善，已基本實(shí)現(xiàn)了每人一套實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)創(chuàng)造了良好的教學(xué)條件.在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系改革方面，打破光、電、熱、力和近代物理的傳統(tǒng)模式[1]，把物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容改為基本實(shí)驗(yàn)、初級(jí)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力上有了一定的提高，然而，在教學(xué)模式上，多數(shù)的院校還比較傳統(tǒng)，基本沿襲學(xué)生在課前依據(jù)課本預(yù)習(xí)，老師課堂上在黑板上講解示范，步驟鮮明，學(xué)生按部就班，照葫蘆畫瓢完成實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑@樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ较鄬?duì)比較簡(jiǎn)單，存在一定的問題：

（1）由于專業(yè)不同，部分學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)欠缺，導(dǎo)致一方面學(xué)生在課前依據(jù)課本無法學(xué)習(xí)和修補(bǔ)相應(yīng)的知識(shí)缺陷，實(shí)驗(yàn)的興趣和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性大受影響；而另一方面教師不得不根據(jù)學(xué)生的情況，耗費(fèi)大量寶貴的實(shí)驗(yàn)課時(shí)進(jìn)行知識(shí)的補(bǔ)充講解，學(xué)生在學(xué)時(shí)偏緊的情況下邊學(xué)邊做，這樣整個(gè)實(shí)驗(yàn)下來，效果自然大打折扣.

學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)欠缺，很多是由于在中學(xué)階段做物理實(shí)驗(yàn)很少，甚至根本沒做過任何物理實(shí)驗(yàn)，即使做過也由于相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，與大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重脫節(jié)，在高考指揮棒的引導(dǎo)下，我國中學(xué)在物理教學(xué)中一味重視卷面分?jǐn)?shù)的高低，嚴(yán)重忽略了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)，這些將對(duì)他們進(jìn)入大學(xué)后獲取知識(shí)的能力以及實(shí)驗(yàn)興趣、實(shí)驗(yàn)素質(zhì)都有一定影響，同時(shí)給高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作帶來種種弊端和阻礙[1].

（2）學(xué)生的認(rèn)知出現(xiàn)問題.由于實(shí)驗(yàn)時(shí)數(shù)較緊，教師不可能在課堂上展開太多有關(guān)實(shí)驗(yàn)意義及其在相關(guān)學(xué)科的應(yīng)用等的介紹，學(xué)生容易產(chǎn)生大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與自己所學(xué)專業(yè)關(guān)系不大的想法，從而消極對(duì)待實(shí)驗(yàn)，敷衍了事.

（3）大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)存在紙上談兵的問題.實(shí)驗(yàn)前同學(xué)們進(jìn)不了實(shí)驗(yàn)室，看不到儀器，對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器沒有感性的認(rèn)識(shí)，很多時(shí)候看不太懂實(shí)驗(yàn)講義；實(shí)驗(yàn)后又無法面對(duì)儀器復(fù)習(xí)和回想，更不用說進(jìn)行深入的實(shí)驗(yàn)研究.

（4）實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)偏緊，教師無法進(jìn)行合理的引導(dǎo)和拓展，學(xué)生基本上一門心思趕測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)付實(shí)驗(yàn)報(bào)告，作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的教學(xué)課程，沒有進(jìn)行反復(fù)操作和探索的余地，是很難達(dá)到教學(xué)的基本要求.

（5）微機(jī)應(yīng)用、電化教育等多媒體教學(xué)手段，以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等仍未普及，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI）的教學(xué)作用未能得到充分的發(fā)揮.

以上這些問題在包括本校在內(nèi)的大多數(shù)高校普遍存在.針對(duì)這些問題，部分著名的高校已經(jīng)把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和虛擬實(shí)驗(yàn)引進(jìn)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，開始探索大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新模式[2~6].

2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革的目的和意義

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革，其目的主要是要扭轉(zhuǎn)學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，以及進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力.

學(xué)生學(xué)習(xí)的好壞，主要由智力因素和非智力因素所決定，非智力因素是指雖然不直接參與認(rèn)識(shí)過程，但對(duì)認(rèn)識(shí)過程起直接制約作用的心理因素，主要包括動(dòng)機(jī)、興趣、情感、意志、個(gè)性(氣質(zhì)、性格).在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，人的智力因素要想發(fā)揮最大效能，必須有優(yōu)良的非智力因素積極參與[7].在校的大學(xué)生都經(jīng)過全國的統(tǒng)考，智力水平一般相差不算太大，智力因素很大程度是由遺傳決定的，而非智力因素主要由后天培養(yǎng)形成，因此，非智力因素對(duì)大學(xué)生學(xué)習(xí)效果的影響更為重要.非智力因素主要表現(xiàn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)是學(xué)生創(chuàng)新性學(xué)習(xí)和終身學(xué)習(xí)的動(dòng)力源泉.

在傳統(tǒng)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式下，大學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)前，連將要操作的儀器設(shè)備等都缺乏基本的感性認(rèn)識(shí)，教師只是根據(jù)教材進(jìn)行單一書本現(xiàn)成知識(shí)的傳授，顯然，學(xué)生很容易會(huì)覺得這樣的學(xué)習(xí)并不需要太多的探究，從而產(chǎn)生不需要對(duì)自己的學(xué)習(xí)負(fù)責(zé)的想法.要改變這種狀況，就必須扭轉(zhuǎn)被動(dòng)學(xué)習(xí)的局面，建立一個(gè)有利于主動(dòng)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)環(huán)境,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、思考能力和分析與解決問題的能力.

真正的主動(dòng)學(xué)習(xí)來源于興趣，興趣是學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的動(dòng)力.發(fā)自內(nèi)心的興趣能吸引學(xué)生的注意力、思考力和想象力，從而促使學(xué)生去觀察和思考.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革，就是要通過網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)的方式，大力培養(yǎng)學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的興趣，促使學(xué)生從被動(dòng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí).

創(chuàng)新精神是一個(gè)國家和民族發(fā)展的不竭動(dòng)力，也是一個(gè)現(xiàn)代人應(yīng)該具備的素質(zhì)，高校的一個(gè)重要任務(wù)就是培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才.“問題”——是大學(xué)生科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的載體，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式的改革，就是要讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)，從各種物理參量測(cè)量的奇思妙想中得到啟發(fā)，積極參與大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽，培養(yǎng)其提出問題、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，從而達(dá)到創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的.

3 基于網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革

隨著教學(xué)研究的發(fā)展和教學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)以下的發(fā)展趨勢(shì)[1]：

3.1 教學(xué)目標(biāo)的素質(zhì)化

通過觀察、思考和操作，使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)自然現(xiàn)象和規(guī)律，建立科學(xué)的世界觀和掌握各種科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法.通過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范，對(duì)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的科學(xué)探索訓(xùn)練，提高其創(chuàng)新能力；

3.2 教學(xué)內(nèi)容的綜合化和前沿化

目前，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)多從屬于理論教學(xué)，為理論教學(xué)服務(wù)，教學(xué)內(nèi)容受到局限.為了激發(fā)學(xué)生興趣和學(xué)習(xí)熱情，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科知識(shí)融合、促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力提高，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)更有趣，更具有綜合性和探索性，物理實(shí)驗(yàn)的背景，物理實(shí)驗(yàn)儀器的構(gòu)造及原理，物理現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)的思考，以及物理實(shí)驗(yàn)在各學(xué)科的前沿化應(yīng)用等都能激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的熱情.

3.3 教學(xué)手段的現(xiàn)代化

教學(xué)目標(biāo)的素質(zhì)化、教學(xué)內(nèi)容的綜合化和前沿化，自然會(huì)促使教學(xué)手段的現(xiàn)代化.隨著計(jì)算機(jī)的普及，公眾互聯(lián)網(wǎng)，尤其是教育網(wǎng)的建立，為學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供了良好的條件.采用集語音、圖片和影像于一體的電子課件在因特網(wǎng)上進(jìn)行輔助教學(xué)，可打破了時(shí)間和空間的局限，讓學(xué)生在一個(gè)較為寬松的情況下形成遠(yuǎn)程交互式教學(xué).網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)可以激發(fā)學(xué)生的求知欲和興趣，以及增強(qiáng)主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索的動(dòng)力.

基于網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程實(shí)踐教學(xué)模式改革，順應(yīng)了教學(xué)目標(biāo)素質(zhì)化，教學(xué)內(nèi)容綜合化和前沿化，以及教學(xué)手段現(xiàn)代化的要求，具體采取以下措施對(duì)現(xiàn)有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式進(jìn)行改革：

（1）通過應(yīng)用集語音、圖片、影像于一體的電子課件在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行輔助教學(xué)，打破了學(xué)生進(jìn)行大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的時(shí)間和空間的局限，物理實(shí)驗(yàn)的背景、原理與拓展，以及儀器的構(gòu)造、操作要點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)等的介紹，可在實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備階段給學(xué)生一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，增加其對(duì)實(shí)驗(yàn)原理與操作的理解及自主學(xué)習(xí)的時(shí)間比例，提高實(shí)驗(yàn)效率，為學(xué)生進(jìn)一步提出創(chuàng)新的構(gòu)想打下基礎(chǔ)；

（2）通過網(wǎng)絡(luò)課件，對(duì)一些相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，例如：物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展沿革、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的設(shè)計(jì)過程及其相關(guān)科學(xué)發(fā)現(xiàn)、各種實(shí)驗(yàn)分析方法及其應(yīng)用進(jìn)行介紹，超越課本的知識(shí)內(nèi)容，夯實(shí)學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)；

（3）興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是改革的一個(gè)重點(diǎn).通過對(duì)最新的科學(xué)研究方法、研究技術(shù)進(jìn)行介紹，以及與其他學(xué)科相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)的演示，促使學(xué)生進(jìn)行學(xué)科知識(shí)的交匯融合，增加其對(duì)物理原理的理解以及提高做物理實(shí)驗(yàn)的興趣，增強(qiáng)其自主進(jìn)行科學(xué)探索的動(dòng)力；

（4）網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)系統(tǒng)與開放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生在熟悉相關(guān)儀器及實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，提出與本學(xué)科相關(guān)的創(chuàng)新性物理實(shí)驗(yàn)；

（5）結(jié)合每年的廣東省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽，開辟論壇進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理的討論和參賽作品的展示.廣泛發(fā)動(dòng)學(xué)生參賽，激發(fā)學(xué)生積極參與物理實(shí)驗(yàn)科技創(chuàng)新活動(dòng)的熱情.

4 教學(xué)改革的效果與總結(jié)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)輔助教學(xué)在部分班級(jí)推行，收到較好的效果.學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)效率均普遍提高，實(shí)驗(yàn)完成時(shí)間有所縮短，實(shí)驗(yàn)失誤和儀器設(shè)備損壞的現(xiàn)象大大減少，主動(dòng)學(xué)習(xí)和探索的能力有所增強(qiáng)，報(bào)名參加省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽的人數(shù)不斷增加，在2013年的廣東省大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽中，華南農(nóng)業(yè)大學(xué)參賽學(xué)生共獲得一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，二等獎(jiǎng)4項(xiàng)和三等獎(jiǎng)2項(xiàng)，成績(jī)?cè)谌「鞲叩仍盒Ｖ忻星懊?大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式的改革，對(duì)進(jìn)一步提高學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)興趣、探索能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)有十分重要的意義.

〔1〕侯秀芳.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)系統(tǒng)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué),2007.

〔2〕吳芳.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶大學(xué),2004.

〔3〕劉平安,丁菲,田文得，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的建構(gòu)與應(yīng)用[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2005(04):79-81.

〔4〕韓彩芹.工科大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)開放性教學(xué)的探索與實(shí)踐[D].南京師范大學(xué),2006.

〔5〕殷潔,楊茂田,葛智勇.實(shí)現(xiàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的探究[J].中國遠(yuǎn)程教育，2002(04):47-49.

〔6〕蓋磊.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)網(wǎng)站的建設(shè)研究[D].中國海洋大學(xué),2009.

〔7〕劉紅委,牛殿慶.21世紀(jì)大學(xué)生心理健康與成才教育[M].北京:中國商業(yè)出版社,2004.