應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)的實踐與思考

笪誠

摘 ? ?要： 隨著經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程推進(jìn)，社會對應(yīng)用型人才的需求越來越多，高等教育正走向以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的多元化教育。新形勢下，大學(xué)物理實驗教學(xué)工作面臨許多新問題，本文對這些問題進(jìn)行思考與探索，試圖在教學(xué)實踐中解決這些問題，推動大學(xué)物理實驗教學(xué)進(jìn)步。

關(guān)鍵詞： 大學(xué)物理實驗 ? ?應(yīng)用型本科院校 ? ?教學(xué)手段

隨著我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，地方經(jīng)濟對高等教育本科人才類型的需求趨向多元化，特別是對應(yīng)用型人才的需求越來越大，高等教育正在從精英教育走向以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主的多元化教育。這種形勢下，作為基礎(chǔ)實驗課的大學(xué)物理實驗應(yīng)如何適應(yīng)形勢發(fā)展呢？筆者作為有多學(xué)科背景（本碩博專業(yè)不一樣）的教學(xué)人員，在大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐中有諸多體會，并對目前大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題和對策進(jìn)行一系列思考。

一、對大學(xué)物理實驗和理論課教學(xué)進(jìn)行整合同步，改變理論與實驗割裂的現(xiàn)狀

目前大學(xué)物理和大學(xué)物理實驗是兩門獨立課程，往往是同時開設(shè)的，造成很多實驗在做的時候，實驗原理在理論上還沒有學(xué)習(xí)，極大影響實驗效果。應(yīng)根據(jù)大學(xué)物理課程的教學(xué)進(jìn)度，調(diào)整大學(xué)物理實驗項目順序，讓大物實驗在該實驗涉及的理論講授后一周內(nèi)進(jìn)行，使學(xué)生通過實驗及時驗證所學(xué)理論知識，同時用學(xué)習(xí)的理論解釋實驗現(xiàn)象，達(dá)到理論聯(lián)系實踐的效果。

建議本著教育以人為本的原則，將大學(xué)物理課程理論教學(xué)與實驗教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)安排，可能的話將大學(xué)物理實驗和理論課整合成一門課，實驗作為整個課程一個不可割裂的部分看待（就像其他課程一樣），有利于任課教師整體考慮理論與實驗的關(guān)系。

二、對大學(xué)物理實驗內(nèi)容、實驗管理方式、實驗教學(xué)方法和手段進(jìn)行改革

1.實驗內(nèi)容改革

目前大學(xué)物理實驗項目較多，而學(xué)時一再壓縮，要想都做不現(xiàn)實。那么哪些實驗該做，哪些實驗選做甚至不做，才能達(dá)到最佳效果呢？教學(xué)實踐中應(yīng)根據(jù)不同專業(yè)后續(xù)課程的需要，對大學(xué)物理實驗進(jìn)行取舍。如對機械工程專業(yè)來說，力學(xué)類實驗最有用，應(yīng)該都做，而像弗蘭克-赫茲實驗就沒必要做。對電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)來說，力學(xué)類很多實驗如單擺測重力加速度就沒必要做，而弗蘭克-赫茲實驗應(yīng)該做。還有些實驗，如長度測量和誤差處理，應(yīng)該所有專業(yè)都應(yīng)該做，因為基本測量方法和誤差處理所有專業(yè)都會涉及，也是所有實驗的基礎(chǔ)?？梢愿鶕?jù)不同專業(yè)分成必做實驗和選做實驗，必做實驗是與本專業(yè)后續(xù)課程密切相關(guān)的，所以必須做，而選做實驗是學(xué)生根據(jù)個人情況有選擇性地做。具體是機械類專業(yè)力學(xué)類實驗全做，部分光學(xué)實驗如牛頓環(huán)測厚必做，電學(xué)和熱學(xué)部分實驗選做;而電子信息類專業(yè)電學(xué)和光學(xué)實驗全做，力學(xué)和熱學(xué)部分實驗選做等，總之大學(xué)物理實驗項目應(yīng)充分征求各專業(yè)的專業(yè)課老師的意見，利用好有限的大學(xué)物理實驗學(xué)時，以做到學(xué)以致用。

另外大學(xué)物理實驗課程教學(xué)內(nèi)容應(yīng)注重與最新科研、工程和社會應(yīng)用實踐的聯(lián)系，融入科技創(chuàng)新和實驗教學(xué)改革成果。

2.實驗管理方式改革

目前我國應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實驗課有規(guī)范化教學(xué)和開放式教學(xué)兩種模式。規(guī)范化教學(xué)是由實驗指導(dǎo)教師指導(dǎo)學(xué)生在規(guī)定的上課時間內(nèi)完成既定實驗項目;而開放式教學(xué)是將實驗全部擺出，學(xué)生根據(jù)自身情況預(yù)約時間選擇實驗項目到實驗室完成，實驗教師只在實驗室值班和答疑。目前大多數(shù)應(yīng)用型本科院校由于人力物力的原因采用規(guī)范化教學(xué);少數(shù)條件好的學(xué)校采用開放式教學(xué)。教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)這兩種模式的單一采用已不能適應(yīng)需要，應(yīng)采用二者結(jié)合的方式。學(xué)生初學(xué)這門課的時候采用規(guī)范化教學(xué)，通過幾次規(guī)范化實驗課，讓學(xué)生掌握一些基本實驗技能、實驗方法與處理數(shù)據(jù)技巧，使其初步具有獨立操作能力。然后將部分實驗開放，由學(xué)生自由選擇項目做。如電學(xué)實驗，先采用規(guī)范化教學(xué)法，讓學(xué)生熟悉電流表和電壓表等儀器的用法，掌握基本技能，再采用開放式教學(xué)，將惠斯通電橋的應(yīng)用、電表改裝及校準(zhǔn)等實驗需要的儀器擺出，由學(xué)生選做。學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，自己挑選儀器。這樣學(xué)生既受到規(guī)范化工程訓(xùn)練，又提高學(xué)生物理學(xué)思維和獨立工作能力，為今后專業(yè)實驗奠定扎實基礎(chǔ)。

建議有條件的應(yīng)用型本科院校的大學(xué)物理實驗室建立自己的教學(xué)網(wǎng)站，學(xué)生在網(wǎng)上根據(jù)每學(xué)期實驗設(shè)置情況選擇實驗項目和實驗時間，同時允許學(xué)生退選和補選實驗，給學(xué)生一定的回旋余地。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)及時了解實驗成績，通過網(wǎng)絡(luò)社區(qū)與老師討論，這種“交互式”師生關(guān)系能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主觀能動性，激發(fā)學(xué)生對實驗的興趣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和能力。

3.實驗教學(xué)方法和手段改進(jìn)

大學(xué)物理實驗要重視演示實驗的功能，增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對一些實際生活中難以見到的物理現(xiàn)象，演示實驗?zāi)茉鰪娎碚撝v授的說服力。而與生活生產(chǎn)密切相關(guān)的高科技含量較高的演示實驗對引導(dǎo)學(xué)生了解科學(xué)前沿具有重要意義。對一些不易實物演示的，則可通過計算機模擬，如微觀的、宏觀的、極慢的、極快的物理過程采用計算機進(jìn)行逼真模擬，放大或縮小物理場景，將物理過程形象地展示在學(xué)生面前，使學(xué)生透徹理解物理本質(zhì)。建議教師自制一些演示實驗的工具，學(xué)校投入一定經(jīng)費購置一些演示儀器，供大學(xué)物理實驗教學(xué)使用。

大學(xué)物理實驗同樣重視仿真實驗，如用有關(guān)軟件模擬電場線，磁力線的分布，讓學(xué)生通過仿真實驗獲得對物理知識的感性認(rèn)識。部分大學(xué)物理實驗還可考慮與專業(yè)實驗對接，如三線擺測物體的轉(zhuǎn)動慣量可以考慮和理論力學(xué)或者機械原理的有關(guān)專業(yè)實驗對接，以達(dá)到提高學(xué)生知識水平和能力的目的。

實驗數(shù)據(jù)處理和作圖是大學(xué)物理實驗中的重要環(huán)節(jié)。部分實驗數(shù)據(jù)繁雜，計算量大，手工繪圖粗糙，處理結(jié)果偏差較大，使學(xué)生花大量時間用于數(shù)據(jù)計算而忽視實驗本身的物理內(nèi)涵，本末倒置，因此建議在大學(xué)物理實驗教學(xué)中引入相關(guān)軟件，如Excel、Matlab或Origin用于數(shù)據(jù)處理和繪圖。

4.在實驗中引進(jìn)物理學(xué)史教育

注意在大學(xué)物理實驗課中引入物理學(xué)史教育，可以受到良好的教學(xué)效果。做實驗時，介紹一下該實驗在物理學(xué)中的歷史地位和影響、最初思路方法、做該實驗的第一個科學(xué)家，道出相關(guān)理論的源流、發(fā)展、驗證和形成過程，激發(fā)學(xué)生好奇心和興趣，使下面的講解變得容易，實驗效果無疑非常好。同時通過物理學(xué)史的介紹將相關(guān)理論知識聯(lián)系在一起形成知識面，從而加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握，對科學(xué)家事跡的介紹有利于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)精神。所以，大學(xué)物理實驗課中引入物理學(xué)史教育具有重要意義。

三、在大學(xué)物理實驗教學(xué)中貫穿安全教育和愛護(hù)設(shè)備教育

1.培養(yǎng)學(xué)生安全意識

安全意識是當(dāng)代大學(xué)生的基本素養(yǎng)之一，但在大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐中，發(fā)現(xiàn)很多學(xué)生安全意識淡薄，這一點在電學(xué)實驗中尤為突出。特別做交流電實驗的時候，有同學(xué)圖省事改動線路時不切斷電源，帶電操作，這是非常危險的事情，極易產(chǎn)生人身傷害。建議大物實驗時，把實驗安全問題放在首要地位，樹立學(xué)生的安全意識，告誡學(xué)生按照實驗規(guī)程操作。還有些同學(xué)紀(jì)律散漫，在實驗過程中打打鬧鬧，很容易跌倒，地上有開關(guān)，弄不好碰破了頭會導(dǎo)致人身傷害，所以在大學(xué)物理實驗教學(xué)的同時要貫穿安全教育。

2.培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)實驗設(shè)備、愛護(hù)公物的意識

在大學(xué)物理實驗教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)很多同學(xué)對實驗設(shè)備不愛惜，如電學(xué)實驗中，個別人不按要求，將電壓一個勁兒往上調(diào)，導(dǎo)致白熾燈燒掉了，還有個別同學(xué)野蠻操作，特別對示波器的探頭線，經(jīng)常硬拉強拽，造成不必要損壞。對導(dǎo)線的插拔有時不按照要求捏住根部進(jìn)行，而是強拉線身，導(dǎo)致很多導(dǎo)線看似是好的，實際上已經(jīng)不導(dǎo)通了。

針對這個問題，應(yīng)該對學(xué)生展開愛護(hù)實驗設(shè)備教育，在給學(xué)生演示示波器探頭線和導(dǎo)線插拔的正確方法時，嚴(yán)肅實驗室紀(jì)律和操作規(guī)程，讓他們明白只能將電壓調(diào)到實驗指導(dǎo)書允許的上限就不能再上調(diào)了，另外引導(dǎo)學(xué)生想一想，為什么現(xiàn)在實驗室的好多設(shè)備不能用，有那么多故障，是什么原因造成的？師兄師姐們過去是不是也像我們現(xiàn)在這樣不愛惜設(shè)備，導(dǎo)致現(xiàn)在很多實驗開展起來困難重重？如果我們繼續(xù)不愛惜實驗設(shè)備，那我們的師弟師妹們以后做這些實驗的時候不是情況更糟嗎？很多同學(xué)都表示一定要愛惜設(shè)備，不能給師弟師妹們留下爛攤子。

經(jīng)過幾次實驗時的安全教育和愛護(hù)設(shè)備教育過后，學(xué)生的安全意識有了明顯提高，操作設(shè)備溫柔多了，在做光學(xué)實驗的時候，都知道不能用手捏透鏡，收到良好效果。

四、在大學(xué)物理實驗教學(xué)中貫穿素質(zhì)教育和育人功能

1.組織紀(jì)律性、協(xié)作精神和團隊意識培養(yǎng)

大學(xué)物理實驗教學(xué)的根本目的是培養(yǎng)人，組織性、紀(jì)律性、協(xié)作精神和團隊意識是新時代大學(xué)生必備的素質(zhì)，大學(xué)物理實驗教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)不少學(xué)生組織性紀(jì)律性很差，協(xié)作能力很差，實驗前不預(yù)習(xí)，實驗過程中毫無頭緒，大聲喧嘩，實驗課遲到缺勤現(xiàn)象嚴(yán)重。教學(xué)實踐中，我通過班干部和部分同學(xué)了解到班上哪些同學(xué)學(xué)習(xí)比較認(rèn)真，態(tài)度比較端正，指定他們擔(dān)任各個小組的組長，讓他們在實驗前督促同組人提前預(yù)習(xí)，來實驗室時互相提醒不遲到，實驗后及時寫實驗報告。另外指定動手能力比較強的同學(xué)輪流演示實驗，具體措施是自己主動報名加其他同學(xué)民主推薦，排定每次實驗演示的同學(xué)，這些同學(xué)在實驗前認(rèn)真預(yù)習(xí)，吃透實驗精神，有什么問題在實驗前事先和我溝通，并且提前將實驗預(yù)做一下，總結(jié)出現(xiàn)的問題并準(zhǔn)備解決預(yù)案。正式上實驗課的時候，讓這個同學(xué)演示給其他同學(xué)看，我在旁邊講解，提醒大家注意事項，以及可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和解決辦法，在確認(rèn)同學(xué)們都弄明白的情況下，讓他們2～3人一組分組實驗，實驗中出現(xiàn)的問題讓他們及時舉手向我提問，我及時幫他們觀察出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)他們用書本上的理論知識進(jìn)行分析，找出癥結(jié)，并最終順利完成實驗。

2.規(guī)范性實驗報告和應(yīng)用文寫作能力培養(yǎng)

實驗報告是對一項實驗工作做出規(guī)范的、全面的、實事求是的總結(jié)，并以書面形式表達(dá)出來。撰寫完整規(guī)范的物理實驗報告是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，也是當(dāng)代理工科大學(xué)生的基本技能技巧。但在大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐過程中發(fā)現(xiàn)很多大二學(xué)生居然不知道完整的實驗報告怎么寫，這些學(xué)生的實驗報告往往是將測得的實驗數(shù)據(jù)一羅列，就沒下文了：沒有分析，沒有結(jié)論，沒有思考。

針對這個問題我以“怎樣寫實驗報告”為題在實驗前給每個小組都詳細(xì)講解一遍：應(yīng)該如何寫，包括哪幾個部分，要注意哪些東西，然后結(jié)合部分實驗報告進(jìn)行點評。并且提醒同學(xué)們實驗報告是一種應(yīng)用文寫作，以后工作中，還可能有類似報告要寫，雖然有所差別，但大同小異，套路是一樣的，今天寫實驗報告，將來在工程技術(shù)工作實踐中就可能要寫研究報告、工程技術(shù)報告，所以同學(xué)們要高度重視它，切實提高應(yīng)用文寫作能力，為今后工作打下基礎(chǔ)。

經(jīng)過幾次大學(xué)物理實驗，學(xué)生的實驗水平明顯提高，一般問題都能自己解決，完整的數(shù)據(jù)表格也能輕松搞定，而且學(xué)生問的問題也上了檔次，實驗報告寫得越來越認(rèn)真，圖表都很清楚、明顯規(guī)范。很多同學(xué)都表示通過大學(xué)物理實驗課，確實學(xué)到了不少東西，加深了對書本知識的理解，弄清楚了很多概念，而且改掉了過去散漫的作風(fēng)，養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，提高了協(xié)作精神，團隊意識明顯提高，受益匪淺，達(dá)到了素質(zhì)教育的目的。

五、改進(jìn)大學(xué)物理實驗考核體系

改進(jìn)實驗考核方法，旨在提高教與學(xué)的積極性。目前大學(xué)物理實驗考核由平時成績與課期末考試成績兩塊組成。平時成績包括出勤率和實驗報告撰寫，期末考試成績《大學(xué)物理實驗（上）》是考核學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)方法的掌握，而《大學(xué)物理實驗（下）》是考核實驗原理，導(dǎo)致學(xué)生實驗過程中不認(rèn)真對待，數(shù)據(jù)抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重。不少同學(xué)在大學(xué)物理實驗結(jié)束后做專業(yè)課實驗，連萬用表都不會用。為了保證實驗課教學(xué)質(zhì)量，建議對《大學(xué)物理實驗（下）》進(jìn)行實驗操作考核。抽簽決定考試項目并單人操作，當(dāng)場評分。由于有期末單人操作考試的壓力，因此學(xué)生的實驗態(tài)度發(fā)生了根本性變化，由以往只注重實驗結(jié)果向注重實驗操作步驟及實驗報告轉(zhuǎn)變，態(tài)度積極認(rèn)真，效果良好。

在對學(xué)生的考核上，強化平時成績，平時成績占80%，同時注重考查學(xué)生自學(xué)能力（預(yù)習(xí)報告，20%）、表達(dá)能力（數(shù)據(jù)處理和分析，20%）和操作能力（20%）?？己朔绞匠P試、抽簽操作外，還應(yīng)建立多元化實驗考核方法，如學(xué)生自制實驗器材的，或者改進(jìn)實驗方案的都可以折算成平時成績的一部分，大大激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。另外為了提高學(xué)生實際操作能力，缺做實驗的學(xué)生允許補做或重做。

隨著時代進(jìn)步和教育改革深化，大學(xué)物理實驗教學(xué)實踐中還會面臨更新形勢，還會遇到更多問題，但我相信，只要秉承一顆責(zé)任心，堅持教書的同時育好人的原則，遇到問題想辦法解決，甚至創(chuàng)造條件解決，就能不斷提高大學(xué)物理實驗的教學(xué)水平，推動大學(xué)物理實驗教學(xué)進(jìn)步。

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