大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)設(shè)置與實施

董長纓　徐滔滔　謝柏林

【摘 要】本文根據(jù)我校現(xiàn)有大學(xué)物理實驗教學(xué)存在的問題和不足，提出了大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)改革的思路。從實驗?zāi)K化教學(xué)的設(shè)置和模塊化教學(xué)的實施辦法及模塊化教學(xué)的評價體系等方面做了教學(xué)改革實踐探索，取得了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理實驗；模塊化；教學(xué)改革

物理學(xué)是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科。物理學(xué)從本質(zhì)上看是一門實驗科學(xué)。物理實驗在物理學(xué)的發(fā)展和物理學(xué)教育中占有重要地位?？梢哉f，離開了物理實驗，就無法了解物理學(xué)。物理實驗課是高等理工科院校對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰Α⑻岣呖茖W(xué)素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)有大學(xué)物理實驗教學(xué)模式[1]

目前我校大學(xué)物理實驗在大一下學(xué)期和大二上學(xué)期開設(shè)。實驗內(nèi)容包括基本測量、力學(xué)、熱學(xué)、聲學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)和近代。由于學(xué)生人數(shù)多，而實驗儀器設(shè)備臺套數(shù)有限，這些實驗項目被分散在4-5個實驗室里。因此同一時間段上課的學(xué)生就分別在這4-5個實驗室，可能有的學(xué)生先做力學(xué)實驗，有的就有可能先做電學(xué)或磁學(xué)實驗等。這樣導(dǎo)致很多學(xué)生最開始做的并不是最基本的實驗。接受訓(xùn)練和培養(yǎng)的不是最為基本的實驗理論、基本的實驗方法、基本的實驗技術(shù)和簡單實驗儀表操作技能。這樣學(xué)生進(jìn)入實驗室后，主要依賴?yán)蠋煹闹v解，對實驗原理理解得不夠透徹，對實驗?zāi)康牟粔蛎鞔_。因此對各層次的實驗不加區(qū)分的混合教學(xué)，以及學(xué)生課前的預(yù)習(xí)不理想，都使物理實驗教學(xué)難度加大，學(xué)生實驗的效果不理想。

2 大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)設(shè)置

為了使實驗項目的開展順序更符合學(xué)生的實驗認(rèn)知規(guī)律和能力培養(yǎng)的遞進(jìn)性，我校決定在大學(xué)物理實驗中開展模塊化教學(xué)改革。

模塊化教育模式主要有“MES”和“CBE”兩種流派。

MES（Modules of Employable Skills，模塊式技能培訓(xùn)），是20世紀(jì)70年代初由國際勞工組織研究開發(fā)出來的以現(xiàn)場教學(xué)為主，以技能培訓(xùn)為核心的一種教學(xué)模式。它是以崗位任務(wù)為依據(jù)確定模塊，以從事某種職業(yè)的實際崗位工作的完成程序為主線，可稱之為“任務(wù)模塊”。

CBE（Competency Based Education，能力本位教育），主要以加拿大、美國等為代表。它是以執(zhí)行能力為依據(jù)確定模塊，以從事某種職業(yè)應(yīng)當(dāng)具備的認(rèn)知能力和活動能力為主線，可稱之為“能力模塊”。

兩種流派的共性是都強調(diào)實用性和能力化。CBE是從職業(yè)普遍規(guī)律和需求出發(fā)，側(cè)重于職業(yè)基礎(chǔ)通用能力；MES是從職業(yè)具體崗位工作規(guī)范出發(fā)，側(cè)重于職業(yè)崗位工作能力。

我校大學(xué)物理實驗?zāi)K的設(shè)置采用CBE模式，側(cè)重能力培養(yǎng)。它由四個模塊組成。

2.1 基礎(chǔ)性實驗?zāi)K

基礎(chǔ)性實驗?zāi)K包括長度的測量、三線擺測量剛體的轉(zhuǎn)動慣量、金屬絲楊氏模量的測量、電表的改裝與校正、直流單臂電橋測量中值電阻、雙蹤示波器的使用、分光計的調(diào)整和使用、邁克爾孫干涉儀的調(diào)整和使用[2]。

基礎(chǔ)性實驗主要是讓學(xué)生掌握實驗基本理論（包括誤差分析及估算、有效數(shù)字概念、數(shù)據(jù)處理方法等）、基本實驗方法與技術(shù)、基本儀表使用和基本物理量的測量等。

2.2 綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K

綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K包括聲速的測量、霍爾效應(yīng)法測量磁場、電位差計測量干電池的電動勢和內(nèi)阻、光柵衍射參數(shù)的測量、數(shù)字式溫度計的設(shè)計與制作。

綜合應(yīng)用性實驗主要訓(xùn)練學(xué)生對物理現(xiàn)象的觀察、分析和研究能力，理解和熟練掌握兩種以上實驗技術(shù)的綜合應(yīng)用能力及多單元物理學(xué)知識的融會貫通能力。

2.3 設(shè)計創(chuàng)新性實驗?zāi)K

必做項目：設(shè)計與組裝簡易萬用電表

選做項目一：修理MF500型萬用表

選做項目二（24個中任選1個）：物體密度的測量、黑箱探謎、雙蹤示波器測量相位角、示波器測量超聲波衰減曲線和壓電換能器轉(zhuǎn)換效率、單臂電橋辭了電壓表內(nèi)阻、替代法測量線性電阻、補償電壓法測量電阻、UJ31型低電勢電流電位差計校準(zhǔn)伏安表、UJ31型低電勢電流電位差計測量低電阻及材料的電阻率、最小偏向角測量光波波長、二極管特性的研究、三極管的應(yīng)用研究、三極管放大倍數(shù)測試儀的設(shè)計制作、轉(zhuǎn)動慣量的測量及研究、反射光偏振性的研究、旋光性溶液濃度的測量、動態(tài)法測量固體材料的楊氏模量、干涉法測量金屬的熱膨脹系數(shù)、RLC串聯(lián)電路暫態(tài)過程的研究、交流電橋的研究及應(yīng)用、利用p-n結(jié)特性測量玻爾茲曼常量、電介質(zhì)相對介電常量的測定、溫差電現(xiàn)象的研究、太陽能電場基本特性的測定。

選做項目三（8個中任選1個）：光學(xué)多道分析器、光的色度研究、單光子計數(shù)實驗、激光拉曼、磁共振、微波電子自旋共振、光拍法測光速、半導(dǎo)體激光器。

選做項目一是針對學(xué)生在實驗中可能會碰到的各種問題諸如儀器故障、線路故障而設(shè)計出來的一個項目。主要訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)所學(xué)的理論知識對儀器故障進(jìn)行判斷，并對所確定故障進(jìn)行維修，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。

選做項目二有24個課題，涉及面廣，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣愛好任選一個。該項目有助于培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)所掌握的物理實驗理論知識和實驗基本方法開展創(chuàng)新性科學(xué)實驗研究的能力。

選做項目三難度較大，與前面實驗項目采取單人單組的實驗方式不同，選做項目三采取了一組多人合作型學(xué)習(xí)研究的方式。這些實驗項目有助于學(xué)生了解本專業(yè)的特點，并對學(xué)生今后專業(yè)課的學(xué)習(xí)起到了引導(dǎo)作用。

2.4 演示實驗?zāi)K

選做項目四（24個可任選1個）：剛體轉(zhuǎn)動綜合演示儀、錐體上滾；逆風(fēng)行舟；聽話小球；流速與壓強；大型輝光球；法拉第楞次定律（開閉口環(huán)）演示、法拉第—楞次定律；無電刷直流電機、腳踏發(fā)電機；范式起電機；能量轉(zhuǎn)換輪；磁懸浮地球儀；磁場對電流的演示儀；磁阻尼擺；環(huán)形駐波、水波演示、魚洗；白光反射全息、簾式皂膜；激光綜合光學(xué)實驗儀；偏振光現(xiàn)象組合、光的衍射演示儀；激光傳聲；葉片熱機；地動儀；超聲霧化器；滾擺、記憶合金彈簧；聲控噴泉；無源之水；導(dǎo)光水柱、夢幻時鐘、錯覺畫。

演示實驗的特點是直觀、形象和生動。該實驗?zāi)K的項目設(shè)置與日常生活及學(xué)習(xí)過的理論知識緊密聯(lián)系在一起，該實驗?zāi)K的設(shè)置寓教于樂，極大的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

3 大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)實施

本次大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)在電信科學(xué)類專業(yè)成立了課改試點班。按由簡單到復(fù)雜的順序依次進(jìn)行各模塊的實驗。

3.1 開放實驗室

為保證實驗順利進(jìn)行，學(xué)生可在實驗室開放時間進(jìn)入實驗室進(jìn)行預(yù)習(xí)。由于能夠看到實驗儀器，比以前只看教材預(yù)習(xí)來得更直觀，預(yù)習(xí)效果好。

3.2 綜合運用多種教學(xué)法[3]

大學(xué)物理實驗采用現(xiàn)場教學(xué)的模式，因此其教學(xué)方法也不是單一的，可采用組合教學(xué)法，比如講授、討論、實驗、學(xué)科研究法等綜合運用?；A(chǔ)性、綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K主要采用學(xué)生預(yù)習(xí)、教師講解（或?qū)W生講解）、教師設(shè)置故障、學(xué)生按步驟獨立完成的方法；設(shè)計創(chuàng)新性實驗則由學(xué)生根據(jù)實驗原理和實驗要求進(jìn)行方案設(shè)計，以單人或小組討論合作的形式來完成，教師只負(fù)責(zé)答疑引導(dǎo)；演示實驗?zāi)K要求學(xué)生能夠根據(jù)實驗要求動手組裝并進(jìn)行儀器調(diào)整和現(xiàn)象觀察，最后寫出開發(fā)報告。

3.3 能力培養(yǎng)

大學(xué)物理實驗采用模塊化教學(xué)后，教學(xué)目標(biāo)明確，針對性和可操作性強。通過基礎(chǔ)性實驗?zāi)K的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握了基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用及數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)了學(xué)生獨立實驗的能力；綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K涉及多個知識點，提高了學(xué)生實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運用能力；設(shè)計創(chuàng)新性實驗?zāi)K需要學(xué)生根據(jù)實驗要求提出設(shè)計方案和創(chuàng)新點，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思維方法，使學(xué)生的創(chuàng)新能力得到鍛煉；演示實驗?zāi)K則是將理論與實際相結(jié)合，提高了學(xué)生解決實際問題的能力。

4 大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)評價體系

我校大學(xué)物理實驗普通班采用平時考核（占50%）和期末考核（占50%）相結(jié)合的方式。而物理實驗?zāi)K化教學(xué)試點班期末考試單獨進(jìn)行，采取公開答辯的形式進(jìn)行。答辯的內(nèi)容由學(xué)生自已選擇實驗項目中的任意一個，準(zhǔn)備PPT，講解實驗的過程、關(guān)鍵技術(shù)、結(jié)果分析和可能的改進(jìn)措施等。教師在學(xué)生答辯過程中，可針對實驗?zāi)康摹嶒炘?、儀器設(shè)備的選擇、儀器設(shè)備的使用、操作過程的規(guī)范性、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)處理方法、誤差原因及生活應(yīng)用等方面提出問題，最后綜合學(xué)生PPT的講解及回答問題的表現(xiàn)，給出成績評定結(jié)果。

綜上所述，大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)改革設(shè)置按照由簡單到復(fù)雜、由基礎(chǔ)到高級的層次遞進(jìn)排列，符合學(xué)生由淺入深、循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)的規(guī)律，極大地調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生在實驗過程中能夠積極進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，認(rèn)真參與實驗，動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)明顯提高。當(dāng)然我們也看到大學(xué)物理實驗?zāi)K化教學(xué)改革是在試點班中進(jìn)行的，如果能進(jìn)一步優(yōu)化教學(xué)資源，擴大試點面，必將使更多的學(xué)生受益，更好適應(yīng)社會對人才的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉楊.大學(xué)物理實驗教學(xué)探討[J]. 山西大同大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，2（3）： 82-84.

[2]徐滔滔.大學(xué)物理實驗教程[M].北京： 科學(xué)出版社，2008.

[3]冷余生， 解飛厚. 高等教育學(xué)[M]. 湖北： 湖北人民出版社，2006.

[責(zé)任編輯：曹明明]