當代大學物理實驗教學方法改革探析

于 濤

（江漢大學，湖北 武漢430056）

當代大學物理實驗教學方法改革探析

于 濤

（江漢大學，湖北 武漢430056）

在大學物理實驗教學過程中應(yīng)以大學物理實驗課程的培養(yǎng)計劃和實施素質(zhì)教育為目標，采取靈活多變的實驗教學方法，注重學生的主體作用，引導學生積極思考，重視教學互動，重點培養(yǎng)學生的研究創(chuàng)新能力和實際操作動手能力。同時結(jié)合當今科技的最新發(fā)展，注重實驗的科技性、創(chuàng)新性、實用性，以科研方式組織教學，充分激發(fā)學生對科學研究的興趣，提高學生的綜合素質(zhì)。

大學物理實驗；素質(zhì)教育；學研結(jié)合；教學方法

大學物理實驗是整個大學物理課程教學體系的重要組成部分，其教學水平是高等學校對當代大學生實施素質(zhì)教育能力水平的重要體現(xiàn)。著名物理學家量子力學奠基人普朗克曾說過:“物理定律不能單靠思維來獲得，還應(yīng)致力于觀察和實驗”，由此可見實驗教學在大學物理教學中的地位是至關(guān)重要的。在大學物理實驗課程中應(yīng)注重培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際特別是與當代科技發(fā)展相結(jié)合的綜合能力，因此大學物理實驗在適應(yīng)科技發(fā)展與社會進步對人才需求方面有著不可替代的作用，它是大學生進入大學接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓練的開始，是培養(yǎng)學生動手能力和創(chuàng)新意識的基礎(chǔ)，同時也是對整個大學物理課程體系基本教學要求的有力補充，這對在中國高等教育實施培養(yǎng)全面發(fā)展人才這一戰(zhàn)略目標是不可或缺的。

在科技高度發(fā)達的今天，各學科之間進行廣泛深入的交叉和融合已是必然趨勢。當前的大學物理實驗已和數(shù)學、化學、材料學以及計算機科學等基礎(chǔ)和應(yīng)用學科之間存在密切的相互交叉和聯(lián)系。在實驗教學方法的研究方面，我們結(jié)合實驗教學實際，分析現(xiàn)階段存在的問題，就如何真正在大學物理教學實踐中實現(xiàn)以學生為主體去實施實驗教學，調(diào)動學生的學習積極性以及如何掌握大學物理實驗這門課程總結(jié)了如下教學經(jīng)驗。

1 充分發(fā)揮學生主體作用，引導學生積極思考，重點培養(yǎng)學生的動手能力

學生是教學活動的主體，這一點同樣適合大學物理實驗教學活動。在傳統(tǒng)的大學物理實驗教學過程中，學生先提前寫實驗預(yù)習報告，網(wǎng)上預(yù)約實驗，在上課時老師先講解實驗?zāi)康募霸恚缓笾v解儀器操作過程以及實驗注意事項等等。學生隨后按照老師的講解過程逐步重復(fù)實驗，測量數(shù)據(jù)，驗證實驗現(xiàn)象及處理實驗結(jié)果。這種教條式的教學模式忽視了學生的主體性，在很大程度上抑制了學生的積極性和主動性，使得學生過分依賴老師，不能獨立思考問題。為了避免實驗教學過程中學生主動性的不足，教師首先應(yīng)引導學生了解實驗原理、設(shè)計理念、實驗儀器的結(jié)構(gòu)特征和運行機理等基本知識，引導學生主動思考，發(fā)揮他們在實驗教學中的主體作用，其關(guān)鍵是調(diào)動學生做實驗的積極性。同時實驗教學過程中所用到的內(nèi)容與課堂教學中的物理知識是密切相關(guān)的，因此要及時引導學生對已學過知識進行提取并靈活運用，在此基礎(chǔ)上接受新知識、新方法。在實驗教學中，一個實驗往往要用到幾個不同領(lǐng)域的知識點，并且更加強調(diào)實驗的方法和知識的交叉應(yīng)用。多數(shù)情況下與實驗相關(guān)的知識點之間并沒有直接的對應(yīng)關(guān)系，因此教師還應(yīng)該引導和提高學生綜合運用交叉知識的能力。如何將所學知識進行靈活運用是物理實驗教學中的難點，這需要實驗老師認真?zhèn)湔n，將所用知識點進行有機結(jié)合起來。

實驗教學的初步目標是獲得實驗數(shù)據(jù)，這是師生都十分重視的重要環(huán)節(jié)。然而相對于實驗數(shù)據(jù)，實驗的實際操作分析過程才是最重要的，因為這有助于培養(yǎng)學生的動手能力。實驗課的最終目的是擴展學生知識面，培養(yǎng)動手能力，因此在此過程中師生之間的雙向互動是非常必要的。學生跟老師的討論可以加深對實驗原理的理解以及增強對儀器操作的熟練性?；咏虒W為師生之間、學生與學生之間架起了相互交流的橋梁，為共同掌握實驗知識以及獲得可靠實驗數(shù)據(jù)提供有力保證，因此充分發(fā)揮學生的主體作用就成為物理實驗課堂互動教學的關(guān)鍵。充分發(fā)揮學生的主體作用，以學生為中心并不意味著教師責任的減輕和教師作用的降低，恰恰相反，這對教師提出了更高的要求。大學物理實驗教學過程中的教學互動可以激發(fā)學生的學習興趣，引導學生在教學過程中積極思考。

另外，實驗教學過程中老師還應(yīng)起到主導作用，教師是整個大學物理實驗的“總導演”和“工程師”。實驗過程的把握、實驗結(jié)果的合理性等都需要教師嚴格把關(guān)。有些教師怕學生提問一方面可能打斷自己的講課思路，另一方面有一些問題可能立即回答不出來，使自己處于尷尬的境地，影響自己在學生中的形象。這會造成學生被動的接收知識，學生學習的興趣也會受到影響。而隨著社會的發(fā)展，科技發(fā)展日新月異，為了能緊跟時代步伐以及獲取新的知識，我們教師要不斷加強學習，更新知識儲備。當具有了很高的業(yè)務(wù)素質(zhì)，才不至于被學生問倒，才不怕被學生問。只有這樣才能在教學中圓滿的完成學生在課堂中提到的各種問題，滿足互動式教學的要求，圓滿完成大學物理的教學任務(wù)。

總之，實驗的目的主要考查學生對特定問題的理解與動手能力。做好大學物理實驗，能夠使學生加深對相關(guān)物理理論知識的理解，增加對物理學的興趣。因此深入探討實驗教學方法并有效實施，對培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力有非常重要的作用。實驗教學方法的研究，尤其是如何真正以學生為主體的教學方法研究是進一步深入推行教學改革的重要內(nèi)容和措施，也是實現(xiàn)教學目標的重要保證。在現(xiàn)實的實驗教學過程中，應(yīng)以實驗原理為指導，從學生已學過的知識點出發(fā)，采用研討的方法引導學生讀懂物理實驗的原理，理解物理實驗設(shè)計理念和實驗方法，使學生掌握物理實驗的實驗技能，有效地激發(fā)他們的學習興趣。最終在大學物理實驗教學實踐中讓學生主動參與、積極思考、勇于創(chuàng)新。

2 結(jié)合實驗內(nèi)容，把與之相關(guān)的經(jīng)典物理學內(nèi)容滲透到大學物理實驗教學中

將物理學經(jīng)典內(nèi)容巧妙運用在枯燥的大學物理實驗教學過程中，不僅可以提高學生的興趣，而且可以起到事半功倍的效果。著名美國教育學家拉比指出“只有把科學和人文科學融為一體，我們才能期望達到與我們時代和我們這一代人相稱的智慧的頂點”。教育家第斯多惠也說過“教學成功的藝術(shù)就在于使學生對你所教的東西感到有趣”。這表明要在物理實驗教學中滲透物理學史的教育，講解一些生動有趣的物理學故事、發(fā)展史等，在物理實驗教學中潛移默化的進行滲透式教育。

在實驗預(yù)習階段，多搜集與實驗有關(guān)的物理學史資料，通過張貼或提前分發(fā)資料等方式讓學生初步了解與實驗相關(guān)的內(nèi)容，引導學生通過閱讀資料來認識實驗。提供給學生的資料內(nèi)容應(yīng)盡量全面且有代表性，這些內(nèi)容應(yīng)包括實驗的設(shè)計思想、實驗過程、實驗應(yīng)用、相關(guān)的趣味故事等。學生來到實驗室后，再適當將物理學史的內(nèi)容滲透到實驗課程的教學過程中。例如在做音頻信號的光纖傳輸實驗時，應(yīng)注重關(guān)鍵詞“光纖傳輸”的解釋。歷史上關(guān)于“光纖傳輸”的故事非常多且有趣。應(yīng)當將“光纖傳輸”發(fā)展過程中幾個重要的特點提供給學生:光纖通訊是光導纖維傳送信號的一種通訊手段。光纖通訊的特點是通訊容量大，比電通訊容量大千萬倍，在兩根光纖上可以傳遞萬路電話，或上千路電視；保密性能好，抗干擾性很強。1875年，世界上第一臺電話問世，5年后貝爾發(fā)明了一種利用光波作載體的光電話，但是由于找不到理想的光源和傳輸媒介，因此光纖通訊長期得不到發(fā)展。直到1966年，英籍華人高錕博士首次利用無線電波傳導信號的原理，提出了利用光纖長距離傳輸光波的設(shè)想，并且還認為可以生產(chǎn)出一種有實用意義的低損耗光纖。這一產(chǎn)品問世后，在世界各國出現(xiàn)了一個研究光纖通訊的高潮。1975年，美國亞特蘭大實驗室的光纖通訊實驗成功。1983年，美國貝爾實驗室在美國東、西海岸鋪設(shè)了長度分別為600公里和270公里的兩條光纖通訊的主干線。此后，世界其他國家也先后建立了許多中短距離的光纖通訊系統(tǒng)。1972年，我國開始進行光纖通訊研究，而今已廣泛用于郵電、電視等領(lǐng)域。

進入實用階段以后，光纖通信的應(yīng)用發(fā)展更為迅速。80年代后逐漸改用單模長波長光纖（1 310 nm），到90年代初，通信容量擴大了50倍，達到2.5Gb/s。進入90年代以后，傳輸波長又從1 310 nm轉(zhuǎn)向更長的1550 nm波長，并且開始使用光纖放大器、波分復(fù)用等新技術(shù)，使通信容量和中遠距離通信繼續(xù)成倍增長，因此光纖廣泛地應(yīng)用于手機、電話以及中長途網(wǎng)絡(luò)通信中。

上述內(nèi)容的介紹使得學生對“光纖通訊”產(chǎn)生濃厚興趣，進而可以增強學生做實驗的積極性和創(chuàng)造性。靈活的將與物理現(xiàn)象相關(guān)的經(jīng)典故事貫穿到實驗教學過程中，會使學生產(chǎn)生濃厚的興趣，讓學生并懷著一種好奇的心情來做實驗，并從中感受到物理規(guī)律的作用，往往會達到事半功倍的效果。

3 結(jié)合當今科技的發(fā)展，以科研方式組織教學，注重實驗的創(chuàng)新性、實用性、科技性以及可操作性

在大學物理實驗教學過程中，將當今科技發(fā)展的最新成果和實驗教學有機結(jié)合起來，這對學生靈活運用基礎(chǔ)知識、科研創(chuàng)新能力的提升起到極大的幫助。物理實驗教師可以發(fā)揮自身的優(yōu)勢，將自己在科研過程中的研究方式和思維方法靈活運用到實驗教學過程中，同時結(jié)合專職實驗教學人員對實驗環(huán)境的熟悉程度，包括實驗規(guī)范、儀器設(shè)備的操作等優(yōu)勢，互相配合學習，實現(xiàn)共同進步。

2012年10月27-28日，在江漢大學舉辦的第二屆湖北省大學生物理實驗創(chuàng)新設(shè)計大賽充分說明了大學物理實驗不能脫離當代的科技發(fā)展。本屆競賽的目的在于充分發(fā)揮湖北省高校物理實驗教學示范中心的示范作用，提高物理實驗的教學質(zhì)量，同時激發(fā)大學生對大學物理實驗的興趣，培養(yǎng)大學生嚴謹?shù)膶W習態(tài)度、科學的研究方法、綜合運用物理知識解決實際問題的能力和進行實驗研究能力，提高學生的創(chuàng)新意識，為優(yōu)秀拔尖人才脫穎而出創(chuàng)造條件。這使得大學物理實驗在創(chuàng)新性方面有了廣闊的展現(xiàn)機會。比如在大賽中有很多是關(guān)于研究汽車超速報警、汽車相對安全距離警示以及太陽能發(fā)電電池等創(chuàng)新實驗，這些實驗都是從當今現(xiàn)實科技發(fā)展的需要出發(fā)，并且在結(jié)合所學的物理思想和原理的基礎(chǔ)上進行發(fā)展和延伸，參賽作品更注重產(chǎn)品設(shè)計的科學性、方法和技術(shù)上的創(chuàng)新性。通過這次物理創(chuàng)新設(shè)計大賽使得同學們體會到學習知識的重要性，認識其應(yīng)用價值及對社會發(fā)展的貢獻。

在物理實驗和當今科技發(fā)展相結(jié)合的過程中應(yīng)當注意實驗的創(chuàng)新性、實用性、研究性以及可操作性，充分激發(fā)學生對科學研究的濃厚興趣。在實驗的設(shè)計過程中應(yīng)注意實驗內(nèi)容的選擇、實驗方案的設(shè)計等重要步驟。同一個實驗，同樣的教學設(shè)備會因為教學方法的不同而產(chǎn)生不同教學內(nèi)容和教學效果。開設(shè)與科技發(fā)展相適應(yīng)的創(chuàng)新性實驗可以進一步開闊學生的眼界和思路，拓寬學生的知識面，提高學生對基本理論、實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運用能力，激發(fā)學生強烈的學習熱情與興趣，讓學生站在課堂就可以了解科技前沿與應(yīng)用。例如在開設(shè)研究創(chuàng)新性實驗時，教師可以組織與近代物理實驗相關(guān)領(lǐng)域的課題，以科研方式組織教學。首先學生通過查閱文獻資料理解相關(guān)領(lǐng)域的基本知識、基本方法及應(yīng)用范圍，然后在教師指導下確定研究課題的研究內(nèi)容、設(shè)計實驗方案、完成實驗，最后寫出研究性小論文，這種研究創(chuàng)新性實驗可以以學生個體或科研小團隊的形式進行。研究創(chuàng)新性實驗內(nèi)容和題目可由學生自命題或部分自命題，由教師審核命題，并指導學生完成實驗。

同時，在設(shè)計大學物理實驗時，還應(yīng)注重實驗的實用性以及可操作性。從實驗內(nèi)容來說，它可以是基礎(chǔ)性實驗或綜合性實驗。由教師給定的實驗題目、實驗要求及可供學生選擇的實驗條件，由學生自己提出設(shè)計思想、擬定實驗方案，選擇測量儀器，確定實驗條件、實驗參數(shù)，并基本獨立完成實驗的全過程。實驗的實用性和操作性為提高學生的創(chuàng)造性思維和動手能力提供了有力保證。

4 結(jié) 論

在大學物理實驗教學中，要根據(jù)教學內(nèi)容的難易程度、學生認知水平、心理狀況、教學環(huán)境等因素進行因材施教。在運用各種靈活多變的實驗教學方法同時，也要注重對不同專業(yè)、不同班級學生實驗的安排與設(shè)計。利用研討式教學方法，充分發(fā)揮學生的主體作用，滲透科研，激發(fā)學生研究興趣，同時重視教學互動，讓學生也參與到大學物理實驗的設(shè)計與操作中。通過大學物理實驗的教學提高學生的綜合能力，挖掘他們的研究創(chuàng)新潛力。只有這樣才能達到最好的教學效果。

［1］ 霍劍青，王曉蒲，楊旭，等.大學物理實驗教學方法和教學資源建設(shè)的研究［J］.實驗室研究與探索，2008（27）:11-13.

［2］ 益文杰，宋國琴，李玉紅.充分發(fā)揮學生的主體作用——大學英語課堂互動教學的關(guān)鍵［J］.承德醫(yī)學院學報，2009（4）:92-93.

［3］ 王道俊.教育學［M］.北京:人民教育出版社，2009.

［4］ 侯廷平.《大學物理》教學方法改革［J］.武漢科技大學學報，2012（35）:113-115.

Investigating teaching methods of college physics experiment

YU Tao
（School of Physics&Informational Engineering，Jianghan University，Hubei Wuhan 430056）

Basing on the course training plan and goal of quality education，teachers should take some flexible teaching methods in college physics experiment teaching process.Meanwhile student's innovation capacity and practical ability should be accounted especially.Teachers can guide students to think and pay attention to the interactive teaching method.Combined with today's development in science and technology，organizing the experimental teaching with scientific methods is necessary.When preparing the experiment，teachers should focus on novelty，practicability and scientific properties of experiment.These methods can fully arouse students 'interest in scientific research，and improve the overall quality of students.

College physics experiment；Quality education；Science research combination；Teaching methods

G642.0

A

10.14139/j.cnki.cn22-1228.2015.01.039

1007-2934（2015）01-0119-04

2014-12-17

江漢大學高層次人才科研啟動經(jīng)費項目（2013016）