大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

栗瓊

【摘要】大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是理工科學(xué)生第一次有機(jī)會將數(shù)學(xué)和物理的專業(yè)理論知識與自然界的真實(shí)世界聯(lián)系起來，通過動手實(shí)際操作體驗(yàn)理論與實(shí)踐的聯(lián)系。同時(shí)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、提高科學(xué)素質(zhì)和培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際能力等方面具有其他實(shí)踐類課程不可替代的作用。采用分層教學(xué)提高資源利用率，加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)思想教學(xué)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，開放實(shí)驗(yàn)室提高學(xué)生學(xué)習(xí)的自覺性及探究能力。

【關(guān)鍵詞】大學(xué)物理實(shí)驗(yàn) 分層教學(xué) 物理實(shí)驗(yàn)思想 開放實(shí)驗(yàn)室

物理實(shí)驗(yàn)是物理知識的先驅(qū)，物理實(shí)驗(yàn)的思想和方法、實(shí)驗(yàn)手段等是其他學(xué)科實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的科學(xué)素養(yǎng)、科學(xué)方法、科學(xué)思維和科學(xué)精神等科學(xué)素質(zhì)方面具有不可替代的作用。在提出創(chuàng)新教育和素質(zhì)教育的新課改要求后，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價(jià)得到了進(jìn)一步的深化。但我校的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)依然存在以下幾個(gè)方面的問題：第一，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容還是以基礎(chǔ)性和驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，探索性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少.由此導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣不足，課堂不夠活躍.第二，教學(xué)方法還是教師講，學(xué)生聽;教師示范后，學(xué)生重復(fù)操作，或是學(xué)生按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)用書的指示一步步進(jìn)行操作的傳統(tǒng)模式。這樣的教學(xué)方法使學(xué)生缺少獨(dú)立思考的空間，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新能力;第三，實(shí)驗(yàn)成績還是以書面呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告為主.書面的成績評定方式不能綜合反應(yīng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造性地解決問題的能力。為了適應(yīng)素質(zhì)教育的要求，我們嘗試了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的改革，并取得了一定的成效。

一、教學(xué)模式的改革

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室主要由力學(xué)實(shí)驗(yàn)室、熱學(xué)實(shí)驗(yàn)室、電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)室、光學(xué)實(shí)驗(yàn)室四個(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室組成，為全校理工科學(xué)生提供大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練。結(jié)合本校專業(yè)設(shè)置情況以及學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和基礎(chǔ)，依據(jù)我?，F(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)備及師資，我們提出分層教學(xué)和模塊化教學(xué)方案。

物理學(xué)專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)共設(shè)置為三個(gè)層次教學(xué)：《普物實(shí)驗(yàn)一》《普物實(shí)驗(yàn)二》《普物實(shí)驗(yàn)三》，第一層次實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菍W(xué)生熟悉物理實(shí)驗(yàn)常用的測量儀器及使用方法，如常用測量儀器的使用，分壓與分流電路，薄透鏡焦距的測量等;第二層次實(shí)驗(yàn)主要以培養(yǎng)學(xué)生掌握基礎(chǔ)測量方法和數(shù)據(jù)分析處理能力，如固體均勻線振動的研究，多普勒效應(yīng)的研究，RLC穩(wěn)態(tài)特性研究，液體表面張力系數(shù)的測定，雙棱鏡干涉測鈉光的波長等，通過實(shí)際操作提高實(shí)驗(yàn)技能;第三個(gè)層次為綜合設(shè)計(jì)性試驗(yàn)，這一層次的目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力。第三層次的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及實(shí)驗(yàn)方案完全由學(xué)生自己擬定，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都以學(xué)生為主體，做實(shí)驗(yàn)的方式由學(xué)生想，學(xué)生自己操作，困難由學(xué)生自己解決，教師主要負(fù)責(zé)提示學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的安全注意事項(xiàng).學(xué)生解決不了的問題，可以采取課上討論的方式，也可以課余指導(dǎo)，教師從旁引導(dǎo)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都體現(xiàn)出了研究性大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的自主性、合作性、研究性和開放性的教學(xué)特色.在實(shí)驗(yàn)成績考核上，采取多種方式相結(jié)合.依據(jù)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式，將實(shí)驗(yàn)考核依據(jù)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)素養(yǎng)所占的權(quán)重，分為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)處理三個(gè)部分，部分實(shí)驗(yàn)提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，讓學(xué)生自主選擇探究性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)提交實(shí)驗(yàn)論文，讓學(xué)生提前了解論文的格式和撰寫的過程.多種考核方式的結(jié)合能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。

其他專業(yè)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)采用模塊化教學(xué)。根據(jù)專業(yè)情況和教學(xué)實(shí)踐，我們提出以下模塊化安排原則。（1）對于電信和電子專業(yè)，根據(jù)其專業(yè)特點(diǎn)以及后續(xù)課程的要求，應(yīng)重點(diǎn)突出電學(xué)方面的內(nèi)容。在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生熟練掌握與電學(xué)相關(guān)的物理量的測量方法和儀器操作方法，這樣不僅有利于提高學(xué)生的動手能力，而且也有助于學(xué)生通過具體的實(shí)驗(yàn)過程建立直觀的物理圖像，為后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)提供有力的幫助。（2）對于土木工程專業(yè)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)力學(xué)部分的內(nèi)容。結(jié)合專業(yè)課程的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生把握力學(xué)知識的基本概念和分析方法，并能通過實(shí)際測量過程理解動力學(xué)原理，為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)工程力學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。（3）對于化學(xué)、化工、數(shù)學(xué)及其它專業(yè)，應(yīng)根據(jù)具體情況突出力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)部分的內(nèi)容。對于專業(yè)性較強(qiáng)的模塊，可以在內(nèi)容和結(jié)構(gòu)上做靈活調(diào)整，在保證基礎(chǔ)理論體系的前提下，突出重點(diǎn)，適當(dāng)且合理地精簡和組織模塊體系。在學(xué)生已經(jīng)初步掌握了適應(yīng)專業(yè)要求的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，設(shè)置一定數(shù)量具有綜合性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

二、加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)思想教學(xué)

為了激發(fā)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)課程的興趣，我們要求任課教師加強(qiáng)物理實(shí)驗(yàn)思想的教學(xué)?？v觀物理學(xué)的發(fā)展歷程，每一項(xiàng)重大的科學(xué)創(chuàng)新都是和科學(xué)思想的應(yīng)用與發(fā)展緊密相關(guān)，從古到今，物理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，都是科學(xué)前輩們運(yùn)用創(chuàng)造性思維的成果。牛頓創(chuàng)立了萬有引力定律得益于他造詣?lì)H深的數(shù)學(xué)思維，愛因斯坦創(chuàng)立相對論得益于理想化思維方法，盧瑟福提出原子的“行星模型”是基于他靈活的類比思維等。在物理學(xué)的發(fā)展長河中，幾乎每一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)的誕生都有一定的歷史淵源和時(shí)代背景，尤其是歷史上一些重大的物理實(shí)驗(yàn)所蘊(yùn)含的豐富物理思想。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中向?qū)W生充分展示物理學(xué)家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思考過程、物理學(xué)家所散發(fā)的科學(xué)精神、物理學(xué)家們的團(tuán)體合作精神及在此基礎(chǔ)上完滿解決科學(xué)難題的事例給學(xué)生，這對于培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)合作意識和創(chuàng)新意識是大有益處的。物理實(shí)驗(yàn)的思想方法不但適用于自然科學(xué)的研究，也適用于其他科研探究。

素質(zhì)教育的核心要求是創(chuàng)新教育，“授人魚，不如授人漁”。在物理實(shí)驗(yàn)操作中常用的分析、綜合、抽象、概括、演繹等思維方法，這些思維方法更是學(xué)生進(jìn)行思維活動所不能缺少的，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的物理思想方法在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)方面有更加長遠(yuǎn)的意義，遠(yuǎn)比僅僅學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)的操作步驟受益深遠(yuǎn)。如實(shí)驗(yàn)中常用的控制變量法，可以培養(yǎng)學(xué)生初步分析問題、研究問題的能力，轉(zhuǎn)換法有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性，替代法有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的變通性，模擬法有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)想象力。物理實(shí)驗(yàn)中的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，將會影響著他們未來的事業(yè)和生活，不管他們將來在什么樣的工作崗位，即使忘記了具體的物理實(shí)驗(yàn)，但掌握的物理思想方法可以指導(dǎo)他們作為社會人，應(yīng)用他們已經(jīng)內(nèi)化了的物理思想方法形成善于分析、歸納、分類、綜合等的工作思維，從而思考并解決問題。實(shí)驗(yàn)思想方法的學(xué)習(xí)和掌握是他們在汲取科學(xué)研究中最有遷移價(jià)值的財(cái)富。

三、開放物理實(shí)驗(yàn)室

為了適應(yīng)多元化人才培養(yǎng)目標(biāo)，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)也由傳統(tǒng)的封閉式教學(xué)變?yōu)殚_放式教學(xué)。開放式教學(xué)不僅是實(shí)驗(yàn)管理形式上的開放，而且是實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的開放，開放物理實(shí)驗(yàn)室是根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)設(shè)置多種層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)，讓學(xué)生獨(dú)立探索、開拓思維、突出創(chuàng)新、提高素質(zhì)和能力，強(qiáng)調(diào)教學(xué)對學(xué)生的自由發(fā)揮，實(shí)驗(yàn)題材的選取、資料的搜集、研究方案的確定、實(shí)驗(yàn)過程的實(shí)施，直到最終階段性成果的獲得，都要求學(xué)生積極、主動參與到實(shí)驗(yàn)中來，并積極、主動地探索問題的解決方案。開放實(shí)驗(yàn)時(shí)間可以讓學(xué)生根據(jù)自己對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的新想法、新思路和新實(shí)驗(yàn)方案的出現(xiàn)來預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。開放實(shí)驗(yàn)儀器，可以讓學(xué)生充分使用所有儀器自己組合，來完成設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案。教師通過對原有實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，新實(shí)驗(yàn)的開發(fā)，構(gòu)建開放式教學(xué)體系，推動課程內(nèi)容的更新、教學(xué)方法的改進(jìn)、教學(xué)管理模式的完善。為學(xué)生主動學(xué)習(xí)和個(gè)性發(fā)展創(chuàng)造一個(gè)較好的外部環(huán)境，讓學(xué)生根據(jù)自己的知識水平和豐富的想象力，有效解決當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足。開放式教學(xué)從教學(xué)方法上來說，是一種探究式的學(xué)習(xí)過程，教師的作用是引導(dǎo)，是對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程與進(jìn)展的宏觀控制與正確評價(jià)，是對學(xué)生操作技能的培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)一種正向遷移?？傊?，要調(diào)動一切積極因素，鼓勵(lì)科研，服務(wù)科研。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們還開展了以下活動：1.結(jié)合學(xué)科建設(shè)，開展科技活動。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是學(xué)科建設(shè)的重要內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)過程中，讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室的某些工作與活動，使得學(xué)生在課堂上獲得的學(xué)科知識在實(shí)驗(yàn)室里得到實(shí)踐深化;2.鼓勵(lì)、支持學(xué)生參加各種科技競賽，培訓(xùn)學(xué)生的競爭意識和競爭能力;3.結(jié)合教師科研項(xiàng)目，設(shè)置科研助手。教師的科研能力提高了，就會讓更多的學(xué)生有機(jī)會參加到科研活動中去，這不但可以將科研與教學(xué)結(jié)合起來，促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量的提高，更可以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)特色人才的目的。開放實(shí)驗(yàn)室既是師生科研探討課題的地方，又是學(xué)生的課外科技探究活動的場所，它能促使教師不斷研究、更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，為祖國培養(yǎng)更多高素質(zhì)的人才。

四、結(jié)語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課有助于學(xué)生掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)與知識，也有助于學(xué)生個(gè)性能力的發(fā)展。這就需要教育者與受教育者共同的努力，探索培養(yǎng)現(xiàn)時(shí)代需要的人才更有效的途徑。只有從每個(gè)個(gè)體做起，從每個(gè)教育環(huán)節(jié)做起才能真正實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)。教育改革必須轉(zhuǎn)變教育觀念，從教學(xué)管理體制、教學(xué)課程的設(shè)置，教學(xué)方法到教育評價(jià)體系的全面改革，互相協(xié)調(diào)才能真正實(shí)現(xiàn)多元化人才的培養(yǎng)目標(biāo)。教育是一項(xiàng)龐大、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，我們在推進(jìn)和深化對現(xiàn)有教育、教學(xué)模式的改革中，必須理清人才培養(yǎng)過程中的主線，才能收到一系列改革帶來的實(shí)效。