面向大工科和國(guó)際化背景下大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程的探索

摘 要：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等院校面向理工農(nóng)醫(yī)等學(xué)科的學(xué)生開(kāi)設(shè)的一門(mén)基礎(chǔ)課程，具有理論與實(shí)踐并重、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)。針對(duì)我校面向大工科專業(yè)的學(xué)生和來(lái)華留學(xué)生開(kāi)設(shè)該課程，傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容、模式和思維，老舊的教材和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及器材，已經(jīng)不能適應(yīng)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要，作者經(jīng)過(guò)多年教學(xué)實(shí)踐，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式等多方面提出了一些改進(jìn)措施，提高了該課程的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生動(dòng)手能力及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；課程質(zhì)量

一、 引言

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是對(duì)高等院校學(xué)生進(jìn)行科學(xué)訓(xùn)練的一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，是理工農(nóng)醫(yī)等學(xué)科的學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后最開(kāi)始接受的基本實(shí)驗(yàn)方法和技能訓(xùn)練，是其接受與所學(xué)專業(yè)有關(guān)的其他實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的基礎(chǔ)。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的開(kāi)設(shè)，不僅要讓學(xué)生受到基本的物理實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，鍛煉他們的動(dòng)手能力，更要培養(yǎng)學(xué)生熱愛(ài)科學(xué)、理論聯(lián)系實(shí)際，以及團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新精神。因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)的過(guò)程中起著重要的引領(lǐng)作用，是學(xué)生做好專業(yè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。

揚(yáng)州大學(xué)是一個(gè)專業(yè)門(mén)類齊全的地方性綜合性大學(xué)，為提高人才培養(yǎng)質(zhì)量和素質(zhì)，學(xué)校要求我們物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心面向全校理工農(nóng)醫(yī)各專業(yè)開(kāi)設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，而且近年來(lái)隨著我校留學(xué)生的逐漸增多，各留學(xué)生培養(yǎng)單位也要求我們針對(duì)一些工科留學(xué)生也開(kāi)設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程。

針對(duì)不同專業(yè)學(xué)生基礎(chǔ)的差別和留學(xué)生的特殊性，如何上好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課，對(duì)我們而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，我們逐漸摸索到了一些規(guī)律和經(jīng)驗(yàn)，也引發(fā)了我們?nèi)绾芜M(jìn)一步改進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)的一些思考。

由于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程涉及力、熱、聲、電、光等多個(gè)物理學(xué)分支、綜合性強(qiáng)，面向的應(yīng)用型工科專業(yè)學(xué)科背景差異很大而且學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式和思維已經(jīng)不能滿足培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的需要。

存在的問(wèn)題主要表現(xiàn)在這幾個(gè)方面：教學(xué)方法單一，學(xué)生按部就班做實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手動(dòng)腦能力得不到鍛煉；學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高；學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等方面的需求不能滿足，創(chuàng)新條件不足，創(chuàng)新能力較弱；學(xué)生以敷衍了事的態(tài)度撰寫(xiě)固定格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告等。

因此，更新教學(xué)理念和思維，采用適應(yīng)現(xiàn)代教育和科技發(fā)展需要的教學(xué)方法才能解決這些問(wèn)題，以達(dá)到因材施教，開(kāi)闊學(xué)生眼界，拓寬學(xué)生思路，真正培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

二、 教學(xué)改進(jìn)措施

（一） 優(yōu)選好的教材或自編針對(duì)性強(qiáng)的講義

一本好的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材或講義要求概念準(zhǔn)確，原理正確簡(jiǎn)潔，圖形圖片精美清晰，直觀形象，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編排翔實(shí)有序，邏輯性強(qiáng)，學(xué)生接受度高和可操作性強(qiáng)。對(duì)實(shí)驗(yàn)教材而言，沒(méi)必要像理論課教材那樣對(duì)原理性內(nèi)容闡述得嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致，面面俱到，但一定要正確簡(jiǎn)潔，不要讓原理性的內(nèi)容占據(jù)過(guò)多的篇幅，讓學(xué)生看后還不知所云。

雖然編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)教材的老師大多并非某個(gè)科研領(lǐng)域的大家，但是做到上述幾點(diǎn)并不是一件難事，這也是一本好的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材或講義的基本要求，這方面我們可以借鑒一些國(guó)外經(jīng)典普通物理實(shí)驗(yàn)教材和國(guó)內(nèi)優(yōu)秀大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)方式。

每個(gè)學(xué)校針對(duì)的學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)不同，購(gòu)買(mǎi)成套或自制的實(shí)驗(yàn)裝置也不同，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目差別很大，多數(shù)采用自編的教材或講義，針對(duì)這樣的情況，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編排，特別是實(shí)驗(yàn)步驟描述的邏輯連貫性要好，文字的可讀性強(qiáng)，盡量要讓學(xué)生能夠按照教材或講義獨(dú)立自主操作。

（二） 課堂教學(xué)方法的改進(jìn)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的上課模式一般為老師先講授與本次實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，接著詳細(xì)講授本次實(shí)驗(yàn)用到的實(shí)驗(yàn)器材的操作方法及注意事項(xiàng)，然后是學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，老師在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)不斷巡視，幫助學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。

盡管大多數(shù)的老師都會(huì)要求學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)之前，需要預(yù)習(xí)本次實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，但大部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前從來(lái)沒(méi)有接觸過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置，懂一些原理性的知識(shí)，但具體怎么操作并不知道，也有一些學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不愿意靜下心來(lái)仔細(xì)看實(shí)驗(yàn)教材或講義上的內(nèi)容，或動(dòng)手能力不強(qiáng)，或不愿去思考，遇到問(wèn)題就找老師，而老師為了圖省事，就簡(jiǎn)單地去直接幫助學(xué)生完成操作。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到問(wèn)題是常態(tài)，老師應(yīng)該多采取一些引導(dǎo)學(xué)生思考的方法，盡量讓學(xué)生自己去解決問(wèn)題，而不是直接代替學(xué)生操作。

作者建議把大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的上課模式由老師主導(dǎo)改為由學(xué)生主導(dǎo)。老師只講一點(diǎn)原理性的內(nèi)容和關(guān)鍵操作，少動(dòng)手，盡量讓學(xué)生多動(dòng)手，多動(dòng)腦。培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，在時(shí)間和條件允許的條件下，盡可能地讓學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，讓學(xué)生體會(huì)到獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的成就感，培養(yǎng)他們面對(duì)困難的勇氣和自信心，培養(yǎng)他們對(duì)科學(xué)的興趣。

給一些喜歡實(shí)驗(yàn)的學(xué)生提供一定的自由發(fā)展的空間，在保證實(shí)驗(yàn)安全的前提下，讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自己選擇實(shí)驗(yàn)儀器，在工作日全天開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生根據(jù)自己的專業(yè)、興趣、時(shí)間來(lái)做實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)應(yīng)用一些計(jì)算機(jī)軟件，如MATLAB，Origin，Excel等處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和繪圖，獨(dú)立撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，從根本上改變傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中教師主導(dǎo)，學(xué)生被動(dòng)，時(shí)間固定，內(nèi)容一成不變，只重結(jié)果，不重過(guò)程，不顧個(gè)人興趣的弊端。

（三） 網(wǎng)絡(luò)及多媒體的應(yīng)用

紙質(zhì)教材只用文字和簡(jiǎn)圖描述原理、設(shè)備和步驟等，學(xué)生讀起來(lái)感覺(jué)枯燥乏味。而多媒體課件融圖形、文字、動(dòng)畫(huà)、視頻等為一體，容易把抽象的知識(shí)形象化，學(xué)生接受程度高，讓教學(xué)變得輕松和生動(dòng)。

此外“微課”“慕課”等新型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)工具的出現(xiàn)也彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，讓學(xué)生在課前課后觀看，不受時(shí)間、空間、重復(fù)次數(shù)的限制。比如“拉伸法楊氏模量的測(cè)量”“示波器的使用”等實(shí)驗(yàn)，都可以從優(yōu)酷網(wǎng)上找到相應(yīng)的視頻材料。

當(dāng)今世界，科技日新月異，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)要能跟上科技的進(jìn)步。因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容要能夠在一定程度上體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的發(fā)展，開(kāi)設(shè)一些緊跟當(dāng)前科技熱點(diǎn)的、能充分吸引學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，淘汰一些老舊的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

限于高校的條件有限和經(jīng)費(fèi)不足，無(wú)法及時(shí)購(gòu)置一些反映新型科技成果的實(shí)驗(yàn)，但我們可以從網(wǎng)絡(luò)上下載一些視頻資料，集中播放給學(xué)生看，這些資料還可以上傳到實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)上，方便學(xué)生隨時(shí)下載和觀看。這些措施成本極低，增加學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也利于提高教學(xué)效果。

（四） 考核方式的改進(jìn)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程傳統(tǒng)的考核模式是某次實(shí)驗(yàn)完成后，學(xué)生把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交給老師檢查，老師查看數(shù)據(jù)是否合理，簽字確認(rèn)（如果數(shù)據(jù)有問(wèn)題，老師會(huì)要求學(xué)生重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)直到數(shù)據(jù)合理為止）。

課后學(xué)生根據(jù)固定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模式，處理數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，老師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告給出實(shí)驗(yàn)成績(jī)。但實(shí)驗(yàn)報(bào)告并不能完全反映出學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的動(dòng)手操作能力和對(duì)具體實(shí)驗(yàn)的掌握情況。因此，這樣的實(shí)驗(yàn)考核方式不合理，不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。

而采用多環(huán)節(jié)綜合評(píng)判，包括預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的操作情況、回答問(wèn)題及討論情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（包括數(shù)據(jù)處理和繪圖）、開(kāi)放和自主實(shí)驗(yàn)完成情況、期末考試等，可以促進(jìn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

我們每年都會(huì)發(fā)現(xiàn)有些學(xué)生存在偽造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，抄襲別人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或?qū)嶒?yàn)報(bào)告的行為。對(duì)于這樣的行為，我們總是堅(jiān)決要求學(xué)生重做實(shí)驗(yàn)或重新撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，因?yàn)檫@是涉及學(xué)術(shù)道德的問(wèn)題。對(duì)出現(xiàn)學(xué)術(shù)不誠(chéng)信行為的學(xué)生，我們給予口頭警告，并告知他們這樣的行為在歐美國(guó)家會(huì)導(dǎo)致退學(xué)的嚴(yán)重后果。

（五） 面向留學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程

隨著我校留學(xué)生規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，越來(lái)越多的專業(yè)要求我們針對(duì)留學(xué)本科生和研究生開(kāi)設(shè)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，以提高他們的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。這些留學(xué)生大部分來(lái)自南亞和非洲國(guó)家，生源質(zhì)量參差不齊，沒(méi)有中文基礎(chǔ)，存在溝通障礙，而且國(guó)內(nèi)很難找到合適的英文版大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材，如何針對(duì)留學(xué)生開(kāi)好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)我們而言是一個(gè)挑戰(zhàn)。

我們采取自制英文實(shí)驗(yàn)講義、在儀器關(guān)鍵位置貼英文標(biāo)簽、精選實(shí)驗(yàn)題目、減少實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、改變考核方式等措施。針對(duì)由于語(yǔ)言問(wèn)題引起的溝通不暢，我們選用在英語(yǔ)國(guó)家具有2年以上留學(xué)經(jīng)歷的教師，采用小班制的follow me教學(xué)方式，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的具體操作問(wèn)題一個(gè)一個(gè)手把手教，主動(dòng)跟留學(xué)生交朋友，在生活上與他們互動(dòng)，這些措施發(fā)揮了不錯(cuò)的功效，得到了留學(xué)生的認(rèn)可。

在課堂管理上，針對(duì)一些留學(xué)生時(shí)間觀念不強(qiáng)，有不來(lái)上課和遲到等行為，我們采取讓每一個(gè)國(guó)家的留學(xué)生自選一個(gè)召集人的方式，請(qǐng)召集人敦促他們按時(shí)來(lái)上課。這些來(lái)自不同國(guó)家的留學(xué)生大部分都還是很活躍的，有很強(qiáng)的求知欲望，實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)形式與理論課比較起來(lái)很生動(dòng)靈活，大部分人非常珍惜這樣全面的動(dòng)手能力訓(xùn)練的機(jī)會(huì)。

針對(duì)留學(xué)生的成績(jī)考核，由于他們都不是物理專業(yè)，要求他們按照一般工科專業(yè)的學(xué)生一樣撰寫(xiě)固定格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告存在很多問(wèn)題，我們一般要求他們?cè)谧鐾陮?shí)驗(yàn)后并不馬上離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室，而是留下來(lái)現(xiàn)場(chǎng)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，針對(duì)存在的問(wèn)題，我們可以很快予以糾正，幫助他們提高數(shù)據(jù)處理與繪圖能力。

綜上，針對(duì)我校面向大工科和留學(xué)生的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程存在的一些問(wèn)題，作者進(jìn)行了一些嘗試性的改進(jìn)，幾年的結(jié)果證實(shí)，改進(jìn)后的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果良好，師生互動(dòng)明顯得到加強(qiáng)，有助于學(xué)生快速掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、方法和技巧，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力和綜合素質(zhì)，幫助他們樹(shù)立學(xué)術(shù)誠(chéng)信的觀念，為他們的專業(yè)課實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。

三、 結(jié)束語(yǔ)

作者在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式和考核方式進(jìn)行了改進(jìn)，積極引入新的教學(xué)的理念和現(xiàn)代教學(xué)方法，提升了教學(xué)質(zhì)量和效果，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革需要廣大教師和學(xué)生共同努力，是一個(gè)需要不斷探索、不斷反思、不斷實(shí)踐的過(guò)程。

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作者簡(jiǎn)介：

余華光，江蘇省揚(yáng)州市，揚(yáng)州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院。