“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式改革研究

黃　江　詹　強(qiáng)

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“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)模式改革研究

黃江詹強(qiáng)

（廣東海洋大學(xué) 物理與光電科學(xué)系，廣東 湛江 524088）

論文介紹了“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的課程特點(diǎn)以及教學(xué)現(xiàn)狀，深入分析了“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)對理工科大學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)的重要性。根據(jù)新世紀(jì)對人才培養(yǎng)的要求和社會(huì)的發(fā)展現(xiàn)狀，對教學(xué)方式和教學(xué)模式進(jìn)行了教學(xué)改革，提出了以基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為輔，以前沿創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)為主的教學(xué)理念。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；驗(yàn)證性；創(chuàng)新性

“大學(xué)物理”[1–4]是所有理工科專業(yè)大學(xué)生的必修基礎(chǔ)課，“大學(xué)物理”的重要性早已深入人心。然而，在大學(xué)物理背后，有一門課在默默的作支撐，那就是“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程。長期以來，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”被視為一門輔助課程，一直未得到充分的重視。直到近十多年，“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的重要性才被逐步的提上日程。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對科學(xué)技術(shù)有了新的認(rèn)識。科學(xué)發(fā)展到了二十一世紀(jì)，很多科學(xué)上、理論上的問題都得到了解決，而技術(shù)上的發(fā)展卻相對滯后。這個(gè)問題在我國表現(xiàn)得尤為突出，而這些問題的根源就是在于動(dòng)手能力跟不上科學(xué)發(fā)展的需求。從現(xiàn)在大學(xué)生就業(yè)的情況來看，很多專業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生的就業(yè)優(yōu)于一般普通大學(xué)生。這也能夠說明目前社會(huì)對技術(shù)工種的需要很旺盛。專業(yè)技術(shù)學(xué)校的學(xué)生雖然理論水平、文化程度遜色于大學(xué)生，但對于很多技術(shù)崗位而言，經(jīng)過專業(yè)技術(shù)訓(xùn)練的學(xué)生很快便能適應(yīng)生產(chǎn)需要，能夠勝任工作。而普通高校的大學(xué)畢業(yè)生卻很難做到這一點(diǎn)。如何培養(yǎng)普通高校理科大學(xué)生的動(dòng)手能力是一些迫待眉睫的問題，而充分發(fā)揮“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”自身的優(yōu)越性便是解決這一問題的最佳途徑。目前，教育部已經(jīng)注意到了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要性，此課程的建設(shè)力度也明顯加大?，F(xiàn)在，每年都有全國性的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽，區(qū)域性的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大賽也相當(dāng)頻繁。諸如飛思卡爾汽車設(shè)計(jì)大賽、嵌入式設(shè)計(jì)大賽、挑戰(zhàn)杯等等，都是專門為大學(xué)生提供的一些大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

然而，雖然“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的重要性不斷凸顯。由于很多高校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備相對陳舊，技術(shù)落后，設(shè)備得不到及時(shí)的更新。部分教師也未接收專業(yè)的訓(xùn)練，加上長期未受到重視等方面的原因，一些高校的“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程還沒有得到明顯的改善。文章分析了目前的課程現(xiàn)狀，指出了其中的不足之處，并提出了一些改革方案[5–9]。在實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐中，起到了良好的教學(xué)效果，值得各高等院校予以參考和借鑒。

1　“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)狀和存在的主要問題

目前，根據(jù)社會(huì)發(fā)展的需要，結(jié)合我校建設(shè)的需要，廣東海洋大學(xué)提出了培養(yǎng)能動(dòng)手、能吃苦、能創(chuàng)新的“三能”專業(yè)化人才的目標(biāo)。在動(dòng)手能力的培養(yǎng)上做了大量的工作，而理學(xué)院作為大學(xué)生動(dòng)手能力培養(yǎng)的指導(dǎo)者，更是挑著時(shí)代的重?fù)?dān)。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，全面的分析了目前的情況后，我們認(rèn)為以下方面還有待提高：

第一，教材的內(nèi)容相對單調(diào)，沒有及時(shí)更新，很多教材都出版于二、三十年前?，F(xiàn)在最新的一些成果無法包括進(jìn)來，這使得學(xué)生跟不上時(shí)代的發(fā)展。雖然說目前也有不少新的教材出現(xiàn)，但體現(xiàn)近代實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教材并不多見。無法接觸到前沿的實(shí)驗(yàn)，這極大的限制了學(xué)生們的視野，束縛了學(xué)生們的思想。如果學(xué)生們學(xué)習(xí)的知識不能與時(shí)俱進(jìn)，在畢業(yè)后大學(xué)生的優(yōu)勢便無法充分的體現(xiàn)出來。

第二，實(shí)驗(yàn)器材相對陳舊。物理實(shí)驗(yàn)器材是實(shí)施實(shí)驗(yàn)的必要硬件、學(xué)生動(dòng)手能級培養(yǎng)的工具。如果實(shí)驗(yàn)器材不優(yōu)良，實(shí)驗(yàn)效果也不理想。沒有先進(jìn)的教學(xué)設(shè)備，學(xué)生就無法接觸到與實(shí)際情況相接近的科學(xué)進(jìn)展，那么“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程就很難發(fā)揮它應(yīng)有的功能。例如：現(xiàn)在實(shí)際操作中，電壓表、電流表、電阻測量儀基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，并且集成度很高，已經(jīng)可以一體多用。然而，有部分實(shí)驗(yàn)室依舊使用電磁原理的老式儀器，測量上誤差較大，使用起來也不方便，更重要的是這些傳統(tǒng)儀器已經(jīng)逐步退出市場。由于當(dāng)今是正處于一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)代，很多生產(chǎn)單位的設(shè)備更新也很快，如果現(xiàn)在使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不及時(shí)的更新，就使得高校培養(yǎng)的學(xué)生難以快速的在勝任自己的崗位。

第三，講解“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程的教師專業(yè)性不強(qiáng)。目前大部分高等院校的實(shí)驗(yàn)課程都是物理系的任課教師附帶講授，而真正管理實(shí)驗(yàn)室的教師又沒有充分的利用起來。這樣就形成了一種不嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)氛圍，甚至有種認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課是最簡單的課程的共識，隨便找?guī)孜唤處焷韼б幌抡n就可以完成任務(wù)。優(yōu)秀教師團(tuán)隊(duì)的缺失造成了實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中無法走到學(xué)科最前沿的不利局面。

第四，學(xué)生沒有專門的實(shí)驗(yàn)室?，F(xiàn)在任何一所高校的辦學(xué)條件都普遍較好，辦公、教學(xué)等條件都很好。而屬于學(xué)生們專用的實(shí)驗(yàn)室卻鮮有設(shè)置。學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置對于學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)相當(dāng)?shù)闹匾?，而目前較多的高等院校還沒有得到充分的重視。

2　“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)改革的內(nèi)容和方法

近年來，在學(xué)校的大力支持和全系教師的積極努力下，我們在“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”教學(xué)上大膽改革，做了大量工作，從根本上解決了以上的矛盾。教學(xué)成果突出，學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)水平明顯提高，并多次在全國的物理實(shí)驗(yàn)大賽中獲得優(yōu)異成績。在我們的共同努力下，將我們的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心建成了省級物理實(shí)驗(yàn)示范中心。下面詳細(xì)的談?wù)勎覀児ぷ鞯闹饕獌?nèi)容和成功經(jīng)驗(yàn)：

2.1教材和課程內(nèi)容改革

教材改革是我們工作的第一步。因?yàn)榻滩氖菍W(xué)生學(xué)習(xí)的指南針，學(xué)生受教材的影響很大。我們也利用了學(xué)校對實(shí)驗(yàn)教材沒有硬性規(guī)定的優(yōu)勢，大力發(fā)展特色教材，在教材中融入了很多現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)。融入現(xiàn)代、近代物理實(shí)驗(yàn)的目的在于啟發(fā)學(xué)生的思路，擴(kuò)大學(xué)生的思考范圍。近十年來，我們先后自己出版了兩本實(shí)驗(yàn)教材，同時(shí)還有系里自行印刷的教材。在具體實(shí)施過程中，我們采取“三步走”的模式：第一，必須完成學(xué)校規(guī)定的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這個(gè)是教委的要求，也是最基本的要求。我們會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)完成此實(shí)驗(yàn)工作。第二，我們將大量的時(shí)間花在探索性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)上。這些時(shí)間是我們從基本的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中抽出來的。例如，我們的實(shí)驗(yàn)教材中列出了二十多個(gè)開放性實(shí)驗(yàn)，諸如：光壓的測量和驗(yàn)證、地球電性的有效判斷、如何有效的捕捉閃電等等。這些實(shí)驗(yàn)都是公認(rèn)的有難度的實(shí)驗(yàn)，全球范圍內(nèi)的物理工作者都在努力探索。之所以列出這些有極大挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)，首先能夠讓學(xué)生們知道哪些問題尚未得到解決，其次可以極大的鼓勵(lì)學(xué)生積極探索，突破各個(gè)問題。第三，我們會(huì)在這些學(xué)生中選取有意愿參與設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)的學(xué)生共同探索新問題。并不是所有的學(xué)生都愿意參與進(jìn)來，但肯定的是有部分學(xué)生對設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)非常感興趣。新教材實(shí)施后，學(xué)生反映良好，贊譽(yù)不絕。我們的實(shí)驗(yàn)成果也不斷擴(kuò)大。

2.2及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”是一門實(shí)驗(yàn)課，意在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和設(shè)計(jì)能力。而實(shí)驗(yàn)設(shè)備的性能對于做出好的實(shí)驗(yàn)來說是一個(gè)極其重要的條件，可以說僅此于設(shè)計(jì)靈感。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)備過去陳舊，很多敏感性實(shí)驗(yàn)根本無法進(jìn)行，甚至連實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都捕捉不到。當(dāng)然，先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備需要有強(qiáng)大的經(jīng)費(fèi)支持。這方面，我們參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的全體教師都投身其中，多方面籌集經(jīng)費(fèi)，有針對性的購置急需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。我們的主要渠道有：向國家申請經(jīng)費(fèi)、相關(guān)企業(yè)提供合作經(jīng)費(fèi)、學(xué)校提供經(jīng)費(fèi)支持、還有教師自籌經(jīng)費(fèi)等。在我們?nèi)w教師的積極努力下，由于我們實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)成果不斷增多，影響力也明顯提高，得到了外界的充分肯定。我們于是將大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室建成了省級實(shí)驗(yàn)示范中心，得到了上級的高度重視。國家投入的力度也不斷加大，近三年國家累計(jì)撥款二百六十多萬元，我們的實(shí)驗(yàn)設(shè)備也得到及時(shí)的補(bǔ)充和更新。另外，企業(yè)合作也是一個(gè)很好的渠道。我們先后與廣州、深圳的十多家企業(yè)合作，向這些的企業(yè)外派我們的學(xué)生，學(xué)生可以利用他們的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，效果非常之好。例如，我們與湛江市的一所研究所簽訂合同，研究所向我校學(xué)生開放他們的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，供我們的學(xué)生做實(shí)驗(yàn)。同時(shí)我們每年向他們轉(zhuǎn)入部分專利技術(shù)，承擔(dān)他們公司的技術(shù)顧問。

2.3支持青年教師境內(nèi)外培訓(xùn)

參加境內(nèi)外中、短期培訓(xùn)是提高教師水平，與同行交流、學(xué)習(xí)的一個(gè)良好平臺。當(dāng)今是一個(gè)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，信息擴(kuò)散得很快，技術(shù)更新也很快。眾多新的技術(shù)很快就得到了普及，并被使用者們接受。電腦、手機(jī)等電子產(chǎn)品便是一個(gè)典型的例子。工科類高等院校及時(shí)了解最前沿科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對于培養(yǎng)創(chuàng)新型人才至關(guān)重要，而在實(shí)驗(yàn)中展示新的進(jìn)展便是學(xué)生成長的第一站。因此，教師要及時(shí)的獲取新的信息，了解最新科學(xué)技術(shù)發(fā)展，參加培訓(xùn)和會(huì)議便是極好的途徑之一。就國內(nèi)而言，現(xiàn)在國內(nèi)每年都有很多的短期培訓(xùn)和會(huì)議，只要關(guān)注這些信息肯定有很多交流學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。而且一般情況下都會(huì)提前一至兩個(gè)月發(fā)通知和邀請函，這樣就有充足的時(shí)間為培訓(xùn)做準(zhǔn)備。更可喜的是，差不多每個(gè)省份每年都會(huì)承辦幾次此類培訓(xùn)和會(huì)議。對于那些較忙的教師來說，在不耽誤正常工作的情況下又能得到及時(shí)的充電，無疑是一件省心省力的好事。我們學(xué)院特別注重教師的繼續(xù)學(xué)習(xí)，特別是青年教師。除了頻繁的請外校知名學(xué)者來我校講學(xué)外，差不多每學(xué)期都會(huì)組織青年教師作短期培訓(xùn)，效果良好。

2.4設(shè)置學(xué)生獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室

學(xué)院為了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要，對院里的學(xué)生做了多方面調(diào)查，來了解影響學(xué)生創(chuàng)新思維培養(yǎng)因素。最終得到的結(jié)論是，動(dòng)手能力的培養(yǎng)是最有力的手段。針對這一情況，學(xué)院向?qū)W校申請了幾間教室，根據(jù)學(xué)生的需要，改裝成專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，專門為學(xué)生服務(wù)。配備了大量是實(shí)驗(yàn)器材，并給予了獨(dú)立的科研經(jīng)費(fèi)加以支持。學(xué)生可以自由的在這幾間實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)產(chǎn)品、參與討論等，而不受任何約束。由于沒有過多的約束，加上實(shí)驗(yàn)條件也極好，在很大程度上激發(fā)了學(xué)生自主動(dòng)手設(shè)計(jì)產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品的激情和潛能。學(xué)生也可以很快將課堂知識運(yùn)用到實(shí)踐中來，提高了學(xué)生的綜合能力。實(shí)驗(yàn)室成立三年多來，學(xué)生產(chǎn)出的成果比以前十年的累積成果還多，而且質(zhì)量有明顯提升，多次獲得國家級物理實(shí)驗(yàn)大賽的獎(jiǎng)項(xiàng)，學(xué)生自己獲得發(fā)明專利、設(shè)計(jì)專利的現(xiàn)象已經(jīng)屢見不鮮。

2.5創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的開設(shè)

創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)是大學(xué)生實(shí)驗(yàn)課程中的一個(gè)重要組成部分，也是近年來本院學(xué)生取得諸多重要成果的關(guān)鍵舉措之一。在走訪了很多作實(shí)驗(yàn)的學(xué)生之后，教師們得到一個(gè)重要的結(jié)論，由于目前開設(shè)的實(shí)驗(yàn)都是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，有很清晰的操作過程，甚至連實(shí)驗(yàn)報(bào)告的處理都可以很容易的找得到。這些驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)絕大部分都在理論課程中學(xué)過，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論也都在意料之中。因此，在未作實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生們已經(jīng)對數(shù)據(jù)的大致范圍有一定的預(yù)計(jì)，這樣就無法充分的提起學(xué)生們作實(shí)驗(yàn)的興趣。所謂創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)是目前研究的一些熱點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，還沒有明確的結(jié)論，也沒有具體的操作過程，一切都得學(xué)生們自己安排。面對這樣的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就得主動(dòng)思考，充分運(yùn)用自己學(xué)過的知識，團(tuán)隊(duì)密切合作，才可能有所突破。自從創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)開設(shè)之后，學(xué)生自主動(dòng)手能力，團(tuán)隊(duì)合作精神得到了有效的提高，效果良好。

總　結(jié)

“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”是一門重要的基礎(chǔ)課，對學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)，團(tuán)隊(duì)意識的形成，自主思考習(xí)慣的建立有著重要影響。實(shí)驗(yàn)課是對平時(shí)學(xué)習(xí)的理論知識的一次驗(yàn)證和討論，諸多新的發(fā)現(xiàn)、新的方法都是在不斷的實(shí)驗(yàn)，不斷的探索中獲取的，此課程的學(xué)習(xí)直接影響著學(xué)生各方面的成長。面對新世紀(jì)專業(yè)人才培養(yǎng)的需求及90后大學(xué)生的特點(diǎn)，該課程需要做出相應(yīng)的調(diào)整和改革。對于新形勢下的各種問題，我們結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在本院及全校相關(guān)專業(yè)中推行教學(xué)改革，做了大量的相關(guān)工作，得到了普遍的好評，也取得了較好的教學(xué)效果。這些教學(xué)改革的經(jīng)驗(yàn)是我們?nèi)w教職員工共同努力的結(jié)果，我們也希望能通過這些改革措施，使得更多的高校參與其中，將“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)”課程推向一個(gè)更高的水平，為祖國的教學(xué)事業(yè)做自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

[1]師文慶,李永強(qiáng).大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2014.

[2]西安交通大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京:科學(xué)出版社,2015.

[3]軒植華,姚焜,張淑貞,霍劍青.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京高等教育出版社,2011.

[4]呂斯驊,段家邸,張朝暉.新編基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)[M].北京高等教育出版社,2013.

[5]勞媚媚,徐軍,陳如麒.開放實(shí)驗(yàn)室條件下的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革新探[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2010,(8):235-239.

[6]謝莉莎,肖蘇,鄧小玖.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思考與實(shí)踐[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2009,(1):19-23.

[7]王化忠.中美大學(xué)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的比較研究[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,(13):54-58.

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[9]徐志君,魏高堯,隋成華.改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2011,(6):272-275.

（責(zé)任編校：宮彥軍）

2016－01－02

廣東海洋大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)示范中心資助項(xiàng)目

黃江（1984－），男，湖北孝感，講師，理學(xué)博士，研究方向?yàn)樾畔⒖茖W(xué)和數(shù)學(xué)物理方法教學(xué)。

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1673-2219（2016）05-0031-03