大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)多元化教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)踐

甘路+別業(yè)廣+閔銳

[摘 要]大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科大學(xué)生的第一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力有著非常重要的作用。傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在著諸多問題，必須要對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)多元化教學(xué)進(jìn)行改革：更新大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成基本的科學(xué)規(guī)范；有效利用仿真實(shí)驗(yàn)和虛擬儀器，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)；改革教學(xué)方法，變填鴨式為啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)；將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研創(chuàng)新有效結(jié)合起來，以使物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)綜合型、創(chuàng)造型人才中進(jìn)一步發(fā)揮其應(yīng)有作用，全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

[關(guān)鍵詞]物理實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)措施；提高教學(xué)質(zhì)量

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2017）08-0088-03

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科大學(xué)生的第一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和能力有著非常重要的作用。其教學(xué)目的第一是讓學(xué)生受到基本的、系統(tǒng)的理工科實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，掌握進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧；第二是培養(yǎng)學(xué)生在具體實(shí)踐過程中的觀察能力和對(duì)各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的思維能力，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、分析問題和解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，特別是與現(xiàn)代科技文明發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力和創(chuàng)新精神。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各類人才的培養(yǎng)提出了更高的要求，各大院校也隨之提出了自己的人才培養(yǎng)計(jì)劃。作為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，也需要跟上時(shí)代的步伐，與學(xué)校和社會(huì)的要求與時(shí)俱進(jìn)，著力培養(yǎng)更具創(chuàng)新精神和符合時(shí)代要求的優(yōu)秀學(xué)生。怎樣在新時(shí)代背景下，提高物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)過程中的主動(dòng)性、創(chuàng)造性，鍛煉他們的動(dòng)手實(shí)踐能力、分析思維能力、自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重點(diǎn)問題和探索方向。

時(shí)代的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)和教學(xué)理念不斷推陳出新，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到了很好的啟發(fā)作用。我們要將這些新的科學(xué)技術(shù)和教學(xué)理念，深刻地融入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，結(jié)合自身?xiàng)l件和實(shí)際情況，形成一種新的多元化教學(xué)模式，貫徹“基礎(chǔ)強(qiáng)化、培養(yǎng)能力、鼓勵(lì)創(chuàng)新”的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想，明確培養(yǎng)“知識(shí)、能力、素質(zhì)”全面發(fā)展的應(yīng)用型人才的目標(biāo)。

一、目前物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀及分析

傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在許多問題，與飛速發(fā)展的新技術(shù)、新理論發(fā)生脫節(jié)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（一）實(shí)驗(yàn)環(huán)境和項(xiàng)目陳舊，項(xiàng)目本身也挖掘不夠。

由于學(xué)校環(huán)境的制約，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的各種項(xiàng)目都存在設(shè)備陳舊、新增設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)不夠的問題，甚至有些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都還處于中學(xué)范疇，沒有在項(xiàng)目上體現(xiàn)深化和提高。具體到每個(gè)實(shí)驗(yàn)，項(xiàng)目本身不夠深化拓展，不少實(shí)驗(yàn)往往是只要求測(cè)出數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果而已，沒有進(jìn)行有效的延伸和擴(kuò)展，浪費(fèi)了開闊學(xué)生視野和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要機(jī)會(huì)。

（二）教學(xué)方法理念方法落后和特色缺失

一般的實(shí)驗(yàn)教學(xué)最經(jīng)常使用的是封閉式教學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)教師在課堂上講解實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行演示；學(xué)生根據(jù)教師的演示，亦步亦趨地完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，測(cè)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這樣的做法可以傳授定量的知識(shí)，學(xué)生也容易接受，但學(xué)生缺少了自身對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)意義進(jìn)行獨(dú)立思考的機(jī)會(huì)，相應(yīng)的拓展和延伸也無法進(jìn)行。這樣的做法是對(duì)學(xué)生思維的一種桎梏，極大地限制了學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

另外，實(shí)驗(yàn)課時(shí)不夠，讓學(xué)生自主動(dòng)手和思考的時(shí)間有限。在單位實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間內(nèi)，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和步驟進(jìn)行講解，告訴學(xué)生相應(yīng)的教學(xué)規(guī)范和注意事項(xiàng)后，真正留給學(xué)生動(dòng)手操作儀器獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間非常緊張，更不用說留時(shí)間讓學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)的意義和拓展視野了。結(jié)果必然導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣降低，其獨(dú)立思考和分析解決問題的能力無法得到加強(qiáng)和提高，更談不上培養(yǎng)創(chuàng)新能力了。

（三）學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，缺乏學(xué)習(xí)積極性

學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)課程的重要性認(rèn)識(shí)不夠，缺乏學(xué)習(xí)積極性。這種心理的出現(xiàn)，一方面和我們的教學(xué)方法及目前的教學(xué)體系有關(guān)，另一方面也和目前高度競(jìng)爭(zhēng)的社會(huì)環(huán)境密切相關(guān)。在如今這個(gè)就業(yè)壓力大、就業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻的大環(huán)境下，學(xué)生剛剛?cè)胄?，就面臨著巨大的壓力，這樣的壓力同樣也負(fù)擔(dān)在每一所大學(xué)和大學(xué)里的每個(gè)院系的肩上。這種壓力造成的心理，體現(xiàn)在物理實(shí)驗(yàn)課程上，就是不受學(xué)生重視，部分學(xué)生應(yīng)付了事，在實(shí)驗(yàn)室草草完成實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是馬馬虎虎、漫不經(jīng)心。因此如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)積極性是目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要課題。

總之，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不太符合目前社會(huì)的發(fā)展和學(xué)生、學(xué)校的需求。高校急需新的技術(shù)手段和科學(xué)理論來更新完善大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，讓它成為培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、研究能力和創(chuàng)新能力的新型教學(xué)平臺(tái)。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)多元化教學(xué)模式的幾點(diǎn)建議

針對(duì)上述問題，為了貫徹“基礎(chǔ)強(qiáng)化、培養(yǎng)能力、鼓勵(lì)創(chuàng)新”的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)思想，我們提出改革大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，引入多元化教學(xué)模式，為提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)質(zhì)量展開討論，并提出以下幾點(diǎn)建議。

（一）更新大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成基本的科學(xué)規(guī)范

利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在每一屆學(xué)生進(jìn)入物理實(shí)驗(yàn)室之前進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練。這里包括大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一些基本知識(shí)和規(guī)范：誤差、不確定度、有效數(shù)字的基本概念和計(jì)算方法，數(shù)據(jù)處理的基本方法，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，最基本測(cè)量工具的使用方法和注意事項(xiàng)等。這部分內(nèi)容過去都是分散在每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，由各個(gè)實(shí)驗(yàn)教師自主介紹的。具體實(shí)踐中，這種介紹方式使學(xué)生的記憶并不深刻，非常容易混淆。因此我們可以采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將這部分內(nèi)容先行傳到網(wǎng)上，系統(tǒng)性教授，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)完后布置習(xí)題，學(xué)生以實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式完成作業(yè)，加深印象，并把這個(gè)成績(jī)計(jì)入最后總分。在日后的實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生遇到相關(guān)問題時(shí)如果忘記了，還可以通過重溫內(nèi)容來強(qiáng)化印象，起到事半功倍的效果。endprint

（二）有效利用仿真實(shí)驗(yàn)和虛擬儀器，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)

預(yù)習(xí)階段是物理實(shí)驗(yàn)的開始階段。由于物理實(shí)驗(yàn)的時(shí)間有限，沒有好的預(yù)習(xí)，會(huì)讓最終的教學(xué)效果大打折扣。目前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，主要是讓學(xué)生在課前自行看書或完成布置的部分預(yù)習(xí)習(xí)題。但由于學(xué)生沒有接觸實(shí)驗(yàn)儀器，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程沒有感性認(rèn)識(shí)，看書的過程中往往一知半解，預(yù)習(xí)效果不好。仿真儀器和虛擬儀器的使用，可以有效地解決這個(gè)問題。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和普及為教師和學(xué)生提供了很好的學(xué)習(xí)平臺(tái)。虛擬儀器甚至成了當(dāng)前教學(xué)科研的熱點(diǎn)，相關(guān)的理論和技術(shù)已經(jīng)非常成熟。利用好仿真儀器和虛擬儀器，學(xué)生可以在網(wǎng)站上閱讀實(shí)驗(yàn)原理，形象化地了解實(shí)驗(yàn)儀器的型號(hào)、結(jié)構(gòu)和功能，以及相關(guān)的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，做好預(yù)習(xí)報(bào)告。比如大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的光學(xué)實(shí)驗(yàn)抽象性較強(qiáng)，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過程理解不夠，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)興趣。但利用仿真技術(shù)和虛擬儀器，可以方便地模擬光學(xué)光路，幫助學(xué)生建立直觀印象，培養(yǎng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，刺激學(xué)生的思維，培養(yǎng)其獨(dú)立思考能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

（三）改革教學(xué)方法，變填鴨式為啟發(fā)式、引導(dǎo)式教學(xué)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本上都是沿襲多年的教學(xué)程序：教師講解和演示，學(xué)生模仿操作儀器獲取數(shù)據(jù)，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種程式化的填鴨式教學(xué)方法使教師負(fù)擔(dān)較重，往往沒有余力去啟發(fā)學(xué)生，同時(shí)也容易桎梏學(xué)生的思維，不利于學(xué)生的獨(dú)立思考能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在新的模式下，教師可以在介紹實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的階段就提出問題，讓學(xué)生思考，然后和學(xué)生一起討論，刺激學(xué)生的思維。在具體實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以針對(duì)學(xué)生遇到的問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，讓其利用自己學(xué)習(xí)到的物理原理去解釋問題的發(fā)生，思考解決的辦法。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)出后，不主動(dòng)去說試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)錯(cuò)，讓學(xué)生根據(jù)自己掌握的物理理論來對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷，結(jié)果正確講出正確的理由，結(jié)果錯(cuò)誤也要講出錯(cuò)誤的原因。

另外，針對(duì)一些綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，教師也可以只給實(shí)驗(yàn)題目和要求，并根據(jù)題目設(shè)計(jì)不同的系列問題來刺激學(xué)生思維，進(jìn)行啟發(fā)式指導(dǎo)，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室儀器條件，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)參數(shù)，實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法，自己只是從旁指點(diǎn)一二，對(duì)學(xué)生實(shí)行完全放手的教學(xué)形式。與一般的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，這樣會(huì)讓學(xué)生有更多的主動(dòng)性。教師只進(jìn)行引導(dǎo)、提問、質(zhì)疑，不進(jìn)行具體的教學(xué)指導(dǎo)，直至實(shí)驗(yàn)完成。最后學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，寫出小論文或?qū)嶒?yàn)報(bào)告提交給教師并回答教師提出的問題。這種做法對(duì)學(xué)生和教師而言都更具挑戰(zhàn)性，但對(duì)培養(yǎng)教師的能力，對(duì)刺激學(xué)生獨(dú)立思考，使其勇于創(chuàng)新實(shí)踐，靈活運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題，是有很大裨益的。

（四）將實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研創(chuàng)新有效結(jié)合起來

目前，在物理實(shí)驗(yàn)室中，有一些大型儀器可以加以利用，這些大型儀器涉及多種物理現(xiàn)象和物理特性。通過向?qū)W生講解這些儀器的原理和應(yīng)用領(lǐng)域，可以讓學(xué)生將基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用密切聯(lián)系起來，加深對(duì)基礎(chǔ)理論的理解和吸收。比如通過我校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的真空鍍膜系統(tǒng)，對(duì)物理學(xué)上的光、熱、電、磁現(xiàn)象都有涉及，通過對(duì)這些的詳解和說明，可刺激學(xué)生的好奇心和求知欲。又比如單色儀，結(jié)合我們物理實(shí)驗(yàn)中的分光計(jì)的調(diào)整和三棱鏡折射率測(cè)量的實(shí)驗(yàn)，可向?qū)W生介紹該分光原理和使用方法及在該系統(tǒng)中所起的作用。這種介紹和講解對(duì)于學(xué)生開闊視野有很好的作用。

另外，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和應(yīng)用能力，實(shí)驗(yàn)室除了建設(shè)演示實(shí)驗(yàn)室等，還可以建立大學(xué)生創(chuàng)新和應(yīng)用實(shí)踐平臺(tái)，把選拔人才和培養(yǎng)人才結(jié)合起來，創(chuàng)立一個(gè)開放式的交流創(chuàng)新研究平臺(tái)。選拔優(yōu)秀學(xué)生來實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)術(shù)交流，促進(jìn)學(xué)科交叉，能充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)更優(yōu)秀的，有著扎實(shí)理論基礎(chǔ)、較強(qiáng)應(yīng)用能力，并有一定創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型人才。

教師可以將科研手段和物理實(shí)驗(yàn)課程相結(jié)合。模擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，正廣泛應(yīng)用在各種國(guó)計(jì)民生領(lǐng)域。數(shù)值計(jì)算法是建立問題的數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算機(jī)軟件對(duì)較少簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型運(yùn)用模擬計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，再和理論分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到最后需要的實(shí)際結(jié)果。隨著各種數(shù)學(xué)物理方法的出現(xiàn)，學(xué)生可以利用現(xiàn)有的大型軟件，如ANSYS，MATLAB等軟件對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行理論分析和計(jì)算，并得到實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，從而發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律，認(rèn)識(shí)新的問題。同時(shí)，使用模擬分析方法來進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以通過計(jì)算機(jī)把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教師指導(dǎo)、學(xué)習(xí)者的思考操作有機(jī)結(jié)合起來，形成新的教學(xué)平臺(tái)。這個(gè)可以擺脫物理實(shí)驗(yàn)室受場(chǎng)地、設(shè)備、時(shí)間限制的困擾，學(xué)生可以自主完成理論分析到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的完整過程，體驗(yàn)現(xiàn)代科學(xué)研究的基本方法，從而延長(zhǎng)了物理實(shí)驗(yàn)室的空間，提高了學(xué)生的各種能力。

三、結(jié)論

本文提出大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的多元化教學(xué)新模式，結(jié)合自身的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境來做出具體措施以指導(dǎo)學(xué)生的物理實(shí)驗(yàn)課程。讓學(xué)生由以前的被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，自主思考分析問題解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，實(shí)現(xiàn)教與學(xué)的全面開放。為了提高教學(xué)質(zhì)量，不斷探索研究新的教學(xué)模式，找出新的教學(xué)方法，研究新的教學(xué)儀器和設(shè)備，是每位實(shí)驗(yàn)教師的責(zé)任和重負(fù)，我們將為此做出更多的努力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 姚列明.將科研項(xiàng)目引入大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的嘗試[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009（6）.

[2] 張曉鵬.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐 [J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2015（3）.

[責(zé)任編輯：劉鳳華]endprint