地方工科院校大學(xué)物理實驗開放教學(xué)對策

邢永強，李國峰，武 娥，楊友松

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

地方工科院校大學(xué)物理實驗開放教學(xué)對策

邢永強，李國峰，武 娥，楊友松

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 數(shù)理與生物工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

內(nèi)蒙古科技大學(xué)是位于中西部地區(qū)的一所以冶金、采礦、煤炭、稀土為特色的院校。做好大學(xué)期間的基礎(chǔ)課教育是培養(yǎng) “上手快、留得住、后勁足”的畢業(yè)生的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。以內(nèi)蒙古科技大學(xué)大學(xué)物理實驗示范中心為研究對象，探討了大學(xué)物理實驗課程開放教學(xué)目前存在的困難，并從選排課、物理仿真實驗與考試系統(tǒng)、實驗報告的評閱、開設(shè)實驗選修課和創(chuàng)新性實驗四個方面對實現(xiàn)地方工科院校的大學(xué)物理實驗開放教學(xué)提出了對策。

開放式實驗教學(xué)；教學(xué)改革；科學(xué)素養(yǎng)；工科院校

內(nèi)蒙古科技大學(xué)是一所以冶金、采礦、煤炭、稀土為特色，以工科為主，工、理、文、管、經(jīng)、法、藝術(shù)協(xié)調(diào)發(fā)展的多科性大學(xué)。學(xué)校以培養(yǎng)“上手快、留得住、后勁足”的畢業(yè)生為培養(yǎng)目標(biāo)，2012年，學(xué)校被中華人民共和國國務(wù)院授予“全國就業(yè)先進(jìn)工作單位”光榮稱號。

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、基本運動形式、相互作用及其轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科，是科學(xué)實驗的先驅(qū)，體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實驗的基礎(chǔ)[1-4]。從科學(xué)的來源講，有兩個最基本的來源：歸納、演繹。歸納是從實踐到理論的過程，演繹是從理論到理論的過程，且理論最終需要實驗來檢驗。然而，由于實驗條件和高考形式的限制，現(xiàn)今的中學(xué)教育較為重視演繹而不夠重視實驗，大學(xué)物理實驗是彌補入學(xué)新生在這方面不足和訓(xùn)練其形成正確科學(xué)思維的一個絕佳時機。本文以內(nèi)蒙古科技大學(xué)大學(xué)物理實驗開放教學(xué)實現(xiàn)過程中存在的問題和對策為研究對象，探索適合地方以工為主高校的基礎(chǔ)課程開放教學(xué)策略。

1 大學(xué)物理實驗課程開放教學(xué)面臨的困難

我校大學(xué)物理實驗室2008年獲評自治區(qū)級物理實驗示范中心，2009年以來，學(xué)校先后投入300萬余元，實驗項目總數(shù)由最初的16個增加到目前的40個，同時投入近50萬元對已淘汰的實驗儀器進(jìn)行改造。實驗室每學(xué)期承擔(dān)著學(xué)校約4 000名本科生的教學(xué)任務(wù)。每名學(xué)生需修完16個實驗項目(春學(xué)期8個+秋學(xué)期8個)。針對這樣龐大的教學(xué)工作量，如何為學(xué)生合理地安排實驗項目？為避免與學(xué)生其他課程上課時間沖突，一直以來都采取傳統(tǒng)的手工排課方式。每學(xué)期第一周，教師為每名學(xué)生手工安排一學(xué)期每個實驗的上課時間和地點，并制作成績記錄卡片。近年來，隨著學(xué)生數(shù)量的增長和可開設(shè)實驗項目的增加，手工排課的弊病也不斷暴露：(1)很難針對學(xué)生專業(yè)背景的不同以及學(xué)生的個人興趣安排實驗項目；(2)部分學(xué)生周一至周五沒有合適的上課時間，只能將實驗時間延長到周六或周日；(3)教師排課任務(wù)繁重；(4)學(xué)期末手工計算實驗成績工作量大，且容易出錯。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實驗教學(xué)的開放式管理已是必然趨勢。2012年開始著手建設(shè)物理實驗網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)與管理平臺。經(jīng)過近二年的努力，大學(xué)物理實驗選課和成績管理系統(tǒng)的平臺已基本搭建成功。然而，在運行期間也暴露出了一系列亟待解決的問題：(1)由于學(xué)生實現(xiàn)了實驗項目的自主選擇，上課時間的自由選擇，每次上課的學(xué)生專業(yè)背景互不相同，知識層次參差不齊。由于同班級的學(xué)生不在同一時間和同一實驗室上課，不能相互提醒，經(jīng)常出現(xiàn)遲到、記錯實驗時間和實驗項目的現(xiàn)象。(2)出現(xiàn)扎堆兒選課現(xiàn)象，例如，臨近節(jié)假日和期末考試的時間選課的學(xué)生較少；少部分選課晚的學(xué)生由于可選擇的上課時間較少且與其他課程沖突，不能成功選課，上述種種現(xiàn)象造成實驗室資源的不合理利用。(3)實驗報告單的管理比較混亂，由于部分實驗學(xué)生不能在課堂上完成數(shù)據(jù)處理，課后學(xué)生不能及時將紙質(zhì)報告提交到任課教師處，造成學(xué)生實驗成績不及格等現(xiàn)象。(4)學(xué)生替做實驗的現(xiàn)象增加。

我們對上述問題進(jìn)行了理性的分析和思考。實驗教學(xué)的開放式管理是新型的教學(xué)管理模式，豐富了大學(xué)物理實驗課的教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)了多元化教學(xué)方式；充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，擴大學(xué)生的知識面，避免了傳統(tǒng)實驗教學(xué)的單一性；實現(xiàn)了大學(xué)物理實驗課程的開放性服務(wù)，為分專業(yè)、模塊化教學(xué)改革的實施奠定了基礎(chǔ)[5-10]。但任何客觀事物都應(yīng)具有兩面性，物理實驗教學(xué)的完全開放并不適應(yīng)我校的校情。因為：(1)我校學(xué)生多數(shù)畢業(yè)于縣級、盟市級高中，且大多來自農(nóng)村，區(qū)內(nèi)外生源比例接近1∶1，整體生源質(zhì)量處中等偏下水平。2013年的招錄分?jǐn)?shù)情況顯示，內(nèi)蒙古本科一批次第一志愿平均錄取分?jǐn)?shù)：488.6；內(nèi)蒙古本科二批次第一志愿平均錄取分?jǐn)?shù)：442.3。學(xué)生的整體層次較一、二線城市的985、211院校低很多，在進(jìn)入大學(xué)后的學(xué)習(xí)缺乏自主性。(2)由于實驗條件限制，大部分學(xué)生對高中物理實驗常用儀器的基本操作僅停留在“看”的階段，且沒有形成好的實驗習(xí)慣。(3)盡管現(xiàn)在可開設(shè)的實驗項目已逾40個，但由于實驗室擺放儀器面積的限制，每學(xué)期可擺放的儀器種類受到一定限制。因此，我校學(xué)生并不能適應(yīng)實驗教學(xué)的全開放式管理。鑒于上述考慮，我們提出適合我校校情的大學(xué)物理實驗開放教學(xué)對策。

2 大學(xué)物理實驗開放教學(xué)對策

2.1 合理地選排課

合理的選排課環(huán)節(jié)是學(xué)生能否順利完成實驗項目的前提，我們提出將手工排課和選課系統(tǒng)自主選課結(jié)合的辦法去克服目前出現(xiàn)的問題。學(xué)期初，教師首先將不同專業(yè)的學(xué)生分組，盡量保證同一班級的學(xué)生在同一時間段上課。接著，要求學(xué)生按照分組情況進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)選課系統(tǒng)自主選擇實驗項目。這樣的選課方法既統(tǒng)籌安排了實驗的教學(xué)過程，又體現(xiàn)了開放教學(xué)的自主性，其優(yōu)點有：(1)學(xué)生上課時，可相互提醒，避免了因記錯上課時間而延誤實驗；(2)可指派班長或?qū)W習(xí)委員核查學(xué)生身份信息，有效遏制了學(xué)生替做實驗現(xiàn)象；(3)實現(xiàn)了學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)特色和學(xué)習(xí)興趣自主選擇實驗項目的教學(xué)目標(biāo);(4)選課系統(tǒng)已包括了成績管理的功能，學(xué)期末可直接導(dǎo)出學(xué)生的實驗平均成績，克服了手工計算實驗成績的冗繁過程。

2.2 物理仿真實驗與考試系統(tǒng)

我校地處國家中西部，盡管隨著地區(qū)經(jīng)濟和學(xué)校的發(fā)展，實驗條件已有很大改善、實驗項目亦在陸續(xù)增加，但與清華、北京大學(xué)等一流院校相比較，可供學(xué)生操作的實驗項目畢竟有限。仿真實驗是擴展課堂教學(xué)內(nèi)容、拓展學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效教學(xué)手段。我校已于去年購買了中科大奧銳科技有限公司的大學(xué)物理仿真實驗系統(tǒng)和考試系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有界面友好、實驗指導(dǎo)信息豐富，靈活選擇實驗儀器，實驗針對性強等優(yōu)點。目前包含30個實驗項目：用單擺法測量重力加速度、交流諧振電路及介電常數(shù)的測量、熱敏電阻溫度特性研究實驗、用凱特擺測重力加速度、不良導(dǎo)體熱導(dǎo)率的測量、半導(dǎo)體溫度計的設(shè)計、雙臂電橋測低電阻實驗、動態(tài)磁滯回線的測量、溫度傳感器溫度特性測試與研究、示波器實驗、分光計實驗、設(shè)計萬用表實驗、聲速的測量、三線擺法測剛體的轉(zhuǎn)動慣量、測量銻化銦片的磁阻特性、偏振光的觀察與研究、干涉法測微小量(牛頓環(huán)和尖劈)、橢偏儀測折射率和薄膜厚度、邁克耳孫干涉儀、檢流計的特性研究、塞曼效應(yīng)實驗、密立根油滴實驗、直流電橋測量電阻(自組式和箱式)、拉曼光譜實驗、光電效應(yīng)和普朗克常量的測定、交流電橋、太陽能電池的特性測量、拉伸法測金屬絲的楊氏模量、霍爾效應(yīng)實驗、光強調(diào)制法測光速。

考核是實驗教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，也是教學(xué)過程和教學(xué)方法的重要組成部分。為此，我們購買了物理實驗考試評判系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了上述仿真實驗項目和試題庫，命題教師也可根據(jù)自己的教學(xué)情況自主命題。

具體教學(xué)過程中，我們鼓勵學(xué)有余力的學(xué)生在修完必做實驗項目后，有選擇地完成仿真實驗。學(xué)期末，將根據(jù)仿真實驗的完成情況和考試成績，給予加分鼓勵。針對重修的學(xué)生，可要求其完成仿真實驗并進(jìn)入考試系統(tǒng)進(jìn)行測試。仿真實驗和考試系統(tǒng)的引入極大地豐富了大學(xué)物理實驗的教學(xué)內(nèi)容教學(xué)的靈活性。

2.3 實驗報告的評閱

我校大學(xué)物理實驗室對所有的學(xué)生實驗報告仍采取手工評閱方式。這種評閱方式造成報告評閱后不能及時、甚至無法返回到學(xué)生手中，以便學(xué)生查證自己實驗過程中存在的問題；同時也耗費了教師大量的精力。我們正在嘗試學(xué)生的部分實驗報告采用網(wǎng)絡(luò)自動評閱的方式進(jìn)行，學(xué)生既可以及時查看自己的實驗成績，也可以發(fā)現(xiàn)自己實驗過程和結(jié)果中存在的問題。目前，已購買了中科大奧銳科技有限公司的實驗報告自動評閱系統(tǒng)，但實驗項目與我們開設(shè)的項目并不完全吻合，需進(jìn)一步合作完善。

2.4 開設(shè)實驗選修課和創(chuàng)新性實驗

為進(jìn)一步實現(xiàn)大學(xué)物理實驗教學(xué)的開放，可以在每學(xué)期開設(shè)大學(xué)物理實驗選修課和創(chuàng)新性實驗。實驗選修課的儀器臺套數(shù)可以少一些，但實驗項目數(shù)要盡量多，有助于開拓有興趣學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗學(xué)生的學(xué)術(shù)視野、加強動手能力、形成良好的科研素養(yǎng)。創(chuàng)新性實驗主要基于現(xiàn)有廢舊儀器，鼓勵學(xué)生去改造發(fā)掘新功能，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)物理實驗的主觀能動性、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

3 結(jié)束語

內(nèi)蒙古科技大學(xué)是內(nèi)蒙古高校管理體制改革試點單位，大學(xué)物理實驗示范中心作為學(xué)校重要的基礎(chǔ)教學(xué)部門應(yīng)該因材施教、因地制宜，設(shè)計出既有效又適合本校校情的大學(xué)物理實驗開放教學(xué)策略。本文以內(nèi)蒙古科技大學(xué)為例，提出徹底的開放性教學(xué)并不適合位于中西部地區(qū)的地方工科院校，并給出了相應(yīng)的解決方案。對“物理實驗的開放教學(xué)”的理解不能教條化，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)、不同生源、不同校情調(diào)整對實驗開放教學(xué)內(nèi)涵的理解。只有制定出適合本校校情的實驗開放教學(xué)實施方案，學(xué)生才能充分利用實驗室的現(xiàn)有資源，才能充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，才能充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，才能培養(yǎng)學(xué)生的基本科學(xué)實驗技能、提高學(xué)生的科學(xué)實驗素養(yǎng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和積極主動的探索精神。

[1]教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會.理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求[M].北京:高等教育出版社,2010.

[2]王宙斐.大學(xué)物理實驗[M].北京:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2009.

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[5]寧智華,祖小濤,董澤淮,等.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在實驗教學(xué)改革中的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理,2007,24(5):66-69.

[6]徐燕，劉明熠，張開驍.大學(xué)物理開放實驗建設(shè)的研究與實踐[J].大學(xué)物理實驗，2014,27(2)：109-111.

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[9]趙愛清,楊大鵬,溫隨群.開放型大學(xué)物理實驗教學(xué)的探討[J].物理通報,2011,2:45-46.

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Strategy for Open Teaching in Physical Experiment of Local Engineering College

XING Yongqiang, LI Guofeng, WU E, YANG Yousong

(School of Mathematics, Physics and Biological Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

Inner Mongolia University Science and Technology is located in central and western area of china, in which the characteristic specialty is metallurgy, mining, coal and rare earth. A good education of basic course during college is critical for producing excellent graduates. In this study, the difficulties of the open teaching in physical experiment were discussed. Furthermore, the strategy of achieving open teaching in physical experiment of local engineering college was proposed from the aspects of selected course, system of simulation experiment and examination, optional course and innovative experiment.

open teaching in experiment; teaching reform; scientific literacy; engineering college

2014-10-02

內(nèi)蒙古科技大學(xué)2013年理科基地教改基金資助項目：大學(xué)物理實驗教學(xué)部網(wǎng)絡(luò)選課系統(tǒng)的完善資助項目(JY2013109)。

邢永強(1984-)，男，博士，講師，主要從事大學(xué)物理實驗教學(xué)與科學(xué)研究。

G642.423;04-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.038