在近代物理實驗教學中培養(yǎng)準科研素養(yǎng)的探索

王春梅，沈國土，趙振杰

(華東師范大學 物理與電子科學學院，上海 200241)

物理學是以實驗為基礎的學科，物理實驗教學對于物理學專業(yè)學生的培養(yǎng)具有重要作用. 相較于以往的常規(guī)教學，研究者對近代物理實驗教學有更多的探索和實踐，例如，堅持科研引領實驗教學的理念，創(chuàng)建基礎與創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展的基礎物理實驗課程教學新體系[1]；自由實驗、樂學創(chuàng)新的近代物理實驗教學[2]；建立自主探究性實驗教學新模式，并研發(fā)與之配套的系列自主探究型實驗項目[3]. 根據(jù)華東師范大學的特點，本文對近代物理實驗課程進行了探索和實踐，設計和建立了多層次教學和評價體系，設計了驗證性基礎實驗的教學內(nèi)容和評分標準，從細節(jié)處著力，通過實驗教學活動的體驗來培養(yǎng)學生的準科研素養(yǎng).

1 準科研素養(yǎng)內(nèi)涵的探討

科研素養(yǎng)是科學研究人員在思想道德、理論知識、科研能力等方面所應達到的基本要求，是成功進行科研工作的基礎和保障，更是綜合素質(zhì)的體現(xiàn). 科研素養(yǎng)主要包括科研意識、科研方法和科研精神3方面[4]，也有研究者認為科研素養(yǎng)包括科研理論素養(yǎng)、科研能力素養(yǎng)和科研道德素養(yǎng)[5-6]. 碩士研究生應該具備正確的科研動機、真誠的科研態(tài)度、科學的科研方法和厚積薄發(fā)的精神[7]. 如果把視野拓展到中學教育，物理學科核心素養(yǎng)是物理學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過物理學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，它主要包括物理觀念、科學思維、科學探究和科學態(tài)度與責任4方面[8]. 如果進一步把視野拓展到整個人群，則從美國學者克勞普福的定義為源頭，現(xiàn)在國際上普遍把科學素養(yǎng)概括為3部分，即對科學知識、科學的研究過程和方法以及科學技術對社會和個人的影響均要達到基本了解的程度[9].

本文把準科研素養(yǎng)的內(nèi)涵概括為研究人員的科研素養(yǎng)，外延為大眾的科學素養(yǎng)，涵蓋了物理學科核心素養(yǎng). 對科研活動(其他活動也可以參照，包括實驗及其教學活動)的全過程進行遍歷式梳理,尋求能夠培養(yǎng)學生各種素養(yǎng)的活動和要素. 首先是動機，然后是選題，接下來是如何規(guī)劃實施研究活動，如何解決實施過程中可能遇到的問題，是否要調(diào)整原來的規(guī)劃，最后是成果和研究過程的總結和后續(xù)改進. 在此基礎上，再考慮其他可能需要的要素. 準科研素養(yǎng)包括道德和精神素養(yǎng)、理論素養(yǎng)和能力素養(yǎng). 道德和精神素養(yǎng)包括強烈的好奇心，為人類的各項活動服務的意識(社會責任感)，尊重人格、作風民主、求實求真、嚴謹治學(學術規(guī)范)、堅韌不拔、獨立思考、批判繼承、大膽創(chuàng)新、培養(yǎng)成就感、激發(fā)潛能. 理論素養(yǎng)包括科學研究的基本理論和知識、科學研究方法論和方法學、學科理論和相關學科理論. 能力素養(yǎng)包括發(fā)現(xiàn)問題能力、信息收集和處理能力、整體規(guī)劃能力(根據(jù)收集的信息綜合做出決斷)、組織協(xié)調(diào)和實施能力、自我控制能力、溝通能力、團隊協(xié)作能力、開拓創(chuàng)新能力、自我評估能力、撰寫科學論文和學術報告的能力.

2 多層次教學和評價體系的設計和實施

大三學生經(jīng)過近2年的基礎物理實驗訓練，已掌握基本的實驗技能，但是學生的實驗能力因人而異，因此采用豐富完善的多層次教學體系勢在必行[2]. 我校有師范班、非師范班和菁英班3種類型的學生，近代物理實驗課程對于師范班為近代物理實驗和近代物理實驗進階，對于非師范班為近代物理實驗(一、二)，對于菁英班為物理實驗(四、五)，其中近代物理實驗進階為選修.

根據(jù)維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)理論”，要讓學生跳一跳就能摘桃子[10]. 設計理念從總體上考慮，首先要有規(guī)范的活動樣本供學生參考，在此基礎上提供一定的自由度讓學生自主發(fā)揮，獨立思考，規(guī)劃、安排和實施相應的活動. 這樣既不會讓學生跳得再高也摘不到桃子而感到無所適從，也不會讓學生感覺不用努力就能摘到桃子而興趣索然. 相較普通物理實驗而言，近代物理實驗原理與實驗裝置更復雜，有的原理甚至在理論課中沒有涉及到；物理思想更豐富，實驗結果較為開放. 因此,可以把近代物理實驗中的驗證型基礎實驗模擬成準探究研究型實驗. 考慮到課程中準科研素養(yǎng)培養(yǎng)的理念，設計和建立了多層次教學和評價體系.

考慮到實驗課程的特殊性，一般情況下期末不另外單獨進行考核，實驗課全過程既是學生知識、能力和品格等的訓練和培養(yǎng)過程，也是對學生進行評價的過程，因此對于學生來說，評分標準尤其重要. 在多層次教學體系中對絕大部分教學內(nèi)容都給出了詳細的評分標準，供教師評分和學生自評參考，這也滿足了當前目標導向型課程的設計要求. 針對實驗課程的具體情況，所設計的評分標準對所有基礎實驗是統(tǒng)一的，對于具體某個基礎實驗可以對評分標準進行具體化. 另外,刪減了作為主要評分依據(jù)的實驗報告中的一些傳統(tǒng)項目(如實驗原理和實驗步驟)，將實驗報告名稱修改為書面文檔. 基礎實驗的教學實施和評分標準構成了多層次教學體系的主要部分，除了基礎實驗部分以外還有與其他高校都在探索的類似探究設計研究型項目. 這些項目一般對實驗室設備和師資有較高的要求，受條件限制，往往只能對部分基礎比較好或有強烈興趣的學生開放. 綜上，通過教學設計和制定評分標準，目的是用驗證性基礎實驗來模擬準探究研究性實驗，以期能以較小的成本惠及絕大部分學生，這需要教師對基礎實驗有較高熟悉程度以及對實驗教學內(nèi)容具備重新梳理的能力. 教學體系的許多內(nèi)容可以依托學校的“大夏學堂”來實施.

2.1 多層次教學體系設計

課程體系安排如下：

1)師范班的近代物理實驗和非師范班的近代物理實驗(一)，學生2人1組，完成一定數(shù)量的基礎實驗，最后獨立完成1個總結實驗；

2)非師范班的近代物理實驗(二)和菁英班的物理實驗(四)，學生2人1組，完成一定數(shù)量的基礎實驗，最后獨立完成1個基礎實驗/試開實驗/無步驟實驗/大實驗/精做實驗(根據(jù)學生的不同學習基礎選擇1種)；

3)菁英班的物理實驗(五)，學生完成一定數(shù)量的大實驗.

2.2 基礎實驗的教學設計

每個基礎實驗的教學過程可以分為預習、操作和完成書面文檔3部分.

2.2.1 基礎實驗預習的教學設計實施及素養(yǎng)培養(yǎng)

將實驗的預習內(nèi)容梳理為6項任務，分別為：實驗原理、實驗設計、實驗儀器、實驗內(nèi)容和步驟、需要觀測的現(xiàn)象和測量的數(shù)據(jù)(包括條件，二者合起來是1個完整操作)、拓展(其他5項任務中都沒有涉及到的事宜).

實驗預習要求：每6名學生組成1個實驗大組并推選1名組長，由組長協(xié)調(diào)每名同學承擔具體任務，學生通過閱讀講義和相關擴展資料來完成任務. 為了幫助基礎差的學生抓住重點，教師提供實驗預習大綱，其中每項任務都列有相應的思考題(重新梳理教學內(nèi)容，參照科研活動開展的過程給出). 然后由學生完成自己承擔任務的相關內(nèi)容講解(可以按照自己的思路講解，其中涵蓋思考題答案，也可以按照預習大綱中列出思考題的思路講解). 講解后每名學生至少從教師角度提出1個問題來考查其他同學是否掌握相關知識，一般由承擔后一任務的學生回答(拓展任務的問題由承擔實驗原理任務的學生回答)，同時至少針對后面一項任務從學生角度提出1個問題，由承擔相應任務的學生回答問題；學生也可以提出多個問題，酌情加分. 對每項任務的講解和討論全過程錄音，預習結束后會有6段錄音，下午做實驗前提交到學習小組(平臺上的項目對應前述的實驗大組)日志中. 指導教師可以旁聽，也可以質(zhì)疑問題. 最后學生還需要對初步設計的測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)表格進行記錄，對實驗中需要測量的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)及對應的觀測和測量條件進行預估.

說明：根據(jù)“學習金字塔理論”，如果學生有機會把上課內(nèi)容立即運用，或是讓學生有機會當同學的老師，2周以后學習內(nèi)容平均保持率可高達80%～98%. 因此預習講解環(huán)節(jié)是為了加深學生印象，提高學習效果. 設置提問環(huán)節(jié)，使學生關注的內(nèi)容最大限度地覆蓋整個實驗的相關內(nèi)容. 考慮到學生提出的問題可能存在共性，因此設置了指導教師旁聽環(huán)節(jié)，教師及時指出學生講解時的問題或進一步質(zhì)疑問題以及給學生答疑解惑.

預習過程培養(yǎng)了學生的自我控制能力、與人溝通能力和團隊協(xié)作能力. 學生通過閱讀講義和相關拓展資料后獲得預習大綱中部分問題的答案，增強信息收集和處理能力. 通過講解預習大綱中相應部分問題的答案(不同的思路和講解方式)，可以培養(yǎng)師范班學生的講課能力及其他班學生做學術報告以及陳述方法的能力，激發(fā)學生的潛能. 同時通過要求以教師和學生角度提問間接培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力.

這里需要強調(diào)：每個實驗的設計任務中通過回答相關問題引導學生理解該實驗的設計思路，從而培養(yǎng)學生整體規(guī)劃(根據(jù)收集的信息綜合做出決斷)能力；而拓展中的開放性問題，例如“……中可以獲得哪些啟示(包括但不限于原則、思想、方法、思路、途徑)？”可以培養(yǎng)學生獨立思考、批判繼承的精神，掌握科學研究的基本理論和知識與科學研究方法論和方法學的相關知識.

最后通過合作6名學生完成全部預習任務，體驗團隊協(xié)作過程和完成任務后的成就感，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力. 同時在預習過程中，學生的學科理論和相關學科理論也得到重溫和拓展.

2.2.2 基礎實驗操作和完成書面文檔的教學設計實施及素養(yǎng)培養(yǎng)

進行實驗操作時，每名學生單獨完成數(shù)據(jù)測量和實驗操作記錄，另外1名學生可以輔助，2名學生可以互相協(xié)調(diào)時間，以提高效率. 在沒有安全隱患的前提下教師一般不介入，提倡學生根據(jù)自己的理解和設想進行實驗操作，以對自己的設想進行驗證，當學生遇到問題經(jīng)過自己努力和求助同伴后仍不能解決時，教師再適當?shù)匾龑Ш吞崾? 操作期間除了要求學生記錄實驗儀器型號、臺號、產(chǎn)生條件、原始實驗現(xiàn)象、測量條件及原始數(shù)據(jù)外，還要記錄操作過程，類似于科研活動中的原始記錄.

實驗操作實施過程可以培養(yǎng)學生組織協(xié)調(diào)和實施能力，以及堅韌不拔和獨立思考的精神. 要求學生在操作中完成操作記錄，可以培養(yǎng)學生求實求真、嚴謹治學(學術規(guī)范)的精神.

如果時間允許，學生應根據(jù)實驗操作過程重新設計測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄表格，并把測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)整理到重新設計的表格中，最后完成數(shù)據(jù)處理、分析討論和自評及后續(xù)改進；或者這部分內(nèi)容在課后完成. 以上過程可以讓學生體驗科學研究的基本理論和方法.

2.3 基礎實驗的評分標準

對基礎實驗制定詳細的評分標準，實驗預習占20%，操作占10%，書面文檔占70%.

2.3.1 基礎實驗的預習和操作具體評分標準及素養(yǎng)培養(yǎng)

預習20分由同一大組中的其他學生打分，打分標準為：完整回答預習大綱中的問題得8分；講解時整體思路清晰，內(nèi)容組織邏輯性強，語言表達科學嚴謹，語速適中，講授有起伏，重點突出，得3分；提出2個問題和回答2個問題一共得4分；如果認為某個學生表現(xiàn)特別好可以加1分，多提問題的學生還可以酌情加1～2分. 最后去掉5個得分中的1個最高分和1個最低分，剩余的3個分數(shù)求平均得到該學生最后的預習分數(shù). 教師可以通過錄音監(jiān)督學生的打分.

設置互評的環(huán)節(jié)，學生參照標準答案，對同伴回答問題的情況進行打分，這也是督促學生掌握相關內(nèi)容的有效措施，同時也可以讓學生從他人的欠缺中看到自己待改進之處. 參照體育比賽的打分去掉最高分和最低分的規(guī)則可以向學生傳遞評價公平公正的理念，培養(yǎng)學生尊重平等、作風民主的精神.

操作合作10分由同一小組的另一名同學打分，打分標準為：在實驗過程中協(xié)調(diào)完成實驗得7分，對自己完成實驗有幫助得2分，特別有幫助再加1分. 這可以培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力.

2.3.2 基礎實驗的書面文檔具體評分標準及素養(yǎng)培養(yǎng)

實驗書面文檔包括：

1)初步設計的測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄表格(標準零5分).

2)實驗操作記錄(標準一10分，標準二15分，標準三10分，共35分).

3)整理的測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄表格(標準四5分).

4)數(shù)據(jù)處理及分析討論(標準五15分).

5)自評及后續(xù)改進思考(標準六10分).

評分標準如下：

1)實驗操作記錄必須要有實驗操作記錄頭，如果沒有則標準一至三不得分，這里只扣分，強調(diào)該內(nèi)容的重要性. 該要求主要是讓學生養(yǎng)成良好的習慣，記錄內(nèi)容要規(guī)范(備查)，需要有記錄人、記錄時間和地點等，培養(yǎng)學生嚴謹治學的精神.

2)標準零：初步設計的測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄表格占5分(無測量條件扣2分，缺1個測量條件扣1分，最多扣2分；缺1個原始數(shù)據(jù)扣1分，最多扣2分；無單位扣1分，扣完5分為止；有設計中遇到的問題或思考加1分，5分封頂). 設置加分目的是為了給學生犯錯的機會，有遺漏也可以得滿分，同時也考查學生對條件和原始現(xiàn)象及數(shù)據(jù)思考的深度(是否發(fā)現(xiàn)了問題或有所考慮). 針對具體某個實驗，該標準則轉化為具體的條件和測量的物理量，詳見后文中教案描述. 在預習中完成“需要觀測的現(xiàn)象和測量的數(shù)據(jù)”任務的學生，只要說明哪些條件和哪些需要測量的物理量，由每名學生根據(jù)自己的理解設計條件和數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的表格，既有明確要求，也給了學生一定的自由度，由此培養(yǎng)學生獨立思考和數(shù)據(jù)整理的能力. 本標準的設置初衷是讓學生在做實驗前要有規(guī)劃，在實驗過程中要記錄原始的實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，而不是只記錄經(jīng)過思考和推理的實驗結果. 因為原始實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)更為客觀，但是不同人的思考和推理方式不同，所得出的結果帶有主觀性. 設置標準零是為了培養(yǎng)學生整體規(guī)劃的能力以及求實求真的精神.

3)標準一：實驗操作記錄中序號及小標題編排、儀器狀態(tài)(測量條件)、操作、現(xiàn)象/數(shù)據(jù)4項是否齊全占10分(只要有1處有關4項得10分，缺少1項扣3分，依次類推，扣完10分為止). 設置本標準主要是讓學生做實驗規(guī)范，培養(yǎng)學生對內(nèi)容的分類歸納能力，理解操作是有前置條件的，只有在正確的儀器狀態(tài)下進行正確的操作才能得到合理的結果. 可以讓學生體驗科學研究的基本理論和方法.

4)標準二：實驗操作記錄中測量條件是否齊全占5分，測量結果是否齊全占5分，是否為實驗操作記錄(不是實驗步驟)占5分(學生先自評，最后以教師評價為準)，共15分(缺1個測量條件或測量條件不準確扣1分，扣完5分為止；缺1個測量結果或測量結果不正確扣1分，扣完5分為止；出現(xiàn)1次實驗步驟扣1分，有一半左右為實驗步驟扣3分，基本是實驗步驟扣5分). 注意這里的測量條件和測量結果在具體的實驗中都轉換為具體的條件和物理量. 本標準的設置主要是培養(yǎng)學生的思維完整性，要求學生了解實驗中所有的測量條件和測量結果.

5)標準三：實驗操作記錄中錯誤(錯誤的描述、造成的后果,分析錯誤產(chǎn)生的原因,考慮如何得到正確的操作)或為避免錯誤所做的具體思考過程(未做思考導致錯誤的描述、采取的措施、具體考慮說明、正確性)等占10分(只要有1處錯誤有關4項完整得8分，寫得特別好再加2分；錯誤中，其中1項始終沒有，扣3分，依次類推，扣完10分為止；只要有1處考慮有關3項完整且正確得8分，寫得特別好再加2分，前3項中其中1項始終沒有或所有考慮都錯誤，扣3分，依次類推，扣完10分為止). 設置本標準主要是讓學生在操作中既要動手又要動腦，善于分析，不放過實驗過程中的反?，F(xiàn)象，培養(yǎng)學生觀察分析和反思改進的能力，同時也培養(yǎng)學生預估錯誤的能力.

6)標準四：整理的測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄表格設計是否合理占5分(同標準零). 設置本標準能夠培養(yǎng)學生思維的完整性，同時也督促學生做實驗后，重新審視實驗測量結果，與實驗前的預估進行比較，從而提出改進，以培養(yǎng)學生反思的能力.

7)標準五：數(shù)據(jù)處理及分析討論占15分(數(shù)據(jù)處理詳細過程占7分，包括：數(shù)據(jù)準備、公式、數(shù)據(jù)代入公式過程、計算結果、單位、不確定度，每一項中有不完整情況扣1分，最多扣6分；分析討論占8分，包括：總結實驗的完成過程2分，評價實驗設計2分，對細節(jié)進行深度挖掘2分，思考題2分). 設置本標準除了要求學生完成數(shù)據(jù)處理和獲得結論外，還要求學生做完實驗后，重新對整個實驗和某一細節(jié)進行審視、總結和評價，并進一步總結思想方法、技巧及經(jīng)驗等.

8)標準六：自評及后續(xù)改進思考(根據(jù)評分標準對書面文檔進行評分，要求列出每項得分的依據(jù)并考慮后續(xù)改進)占10分,7個標準每個依據(jù)(特別是標準二、三、五需要詳細說明)得分少1項扣1分，扣完7分為止;后續(xù)改進考慮先說明再評分得3分(很有見地得3分，有少量想法得2分，無實質(zhì)性內(nèi)容得1分). 設置本標準能夠讓學生反思并在以后的實驗中改進，可培養(yǎng)學生批判繼承的精神，也可以間接培養(yǎng)學生的自我評價能力.

2.4 其他實驗內(nèi)容的教學設計及素養(yǎng)培養(yǎng)

2.4.1 其他實驗內(nèi)容的教學設計

總結實驗也分預習、操作和書面文檔3部分，只是全部以文檔形式呈現(xiàn). 預習和操作部分每名學生選擇自己認為做得最好的1個實驗，根據(jù)評分標準提供相關佐證材料，進行總結和自評. 每名學生選擇1個自己認為書面文檔寫得最不好的實驗和1個自己認為書面文檔寫得最好的實驗進行比較，根據(jù)評分標準提供相關佐證材料，進行總結和自評；同時，要給出自己對整個學期學習的總體評價.

提供基本可以獨立完成的基礎實驗由基礎差的學生獨立完成，成績打折扣.

試開實驗教師不提供預習大綱，學生需要在做實驗前提交預習大綱及答案初稿，完成后提交書面文檔和預習大綱.

無步驟實驗是指在現(xiàn)有某個實驗基礎上選1～2個該實驗的拓展實驗要求(實驗室給出或自己根據(jù)文獻選題)，學生通過查找文獻設計實驗步驟完成實驗；在做實驗前提交設計文檔，完成后提交書面文檔及預習大綱.

大實驗是需要12～16課時完成的難度較高的實驗，由指導教師確定實驗操作要求，學生需要完成論文.

精做實驗是在現(xiàn)有實驗儀器的基礎上完成課程不要求的內(nèi)容或對實驗內(nèi)容進行拓展與修改講義(在該類儀器上沒有實施過)，需要學生自己選題；學生在做實驗前提交詳細的改進計劃，完成實驗后提交書面文檔及預習大綱. 如果實驗結果有發(fā)表價值，則選擇期刊投稿，同時可以作為以后的無步驟實驗的拓展案例.

預習大綱除了6項任務的預習思考題以外，還有實驗過程中或完成后需要考慮的問題(寫在書面文檔中的思考題)、實驗操作中的提示要點和實驗簡介等項目，第7項類似于復習思考題，第8項則給出了1組中2名學生測量不同數(shù)據(jù)的要求(一般是不同測量條件)，第9項是對實驗的總體說明.

這些內(nèi)容中越靠后的部分相對越容易模擬成準探究研究性實驗.

2.4.2 其他實驗內(nèi)容的素養(yǎng)培養(yǎng)

可選實驗一般按照難度梯度排列，學生在選擇前要對自己的能力有基本的評估，然后再根據(jù)興趣、優(yōu)勢等因素選擇1個項目完成最后1個實驗. 學生需要完成預習大綱(預習大綱是教師對實驗內(nèi)容重新梳理后制定的)，學生需要站在教師的角度考慮如何制定預習大綱. 除了要有總體的思路以外，還要考慮如何選取不同的測量條件可以使1組中的2名學生測量的數(shù)據(jù)不同，引導學生思考實驗中的測量條件是如何確定的，這具有一定的開放性和挑戰(zhàn)性.

這部分實驗內(nèi)容可以增加學生的好奇心，培養(yǎng)學生的自我評價能力、開拓創(chuàng)新能力和撰寫科學論文能力，也可以間接培養(yǎng)學生的選題能力.

2.5 課程設計中名人堂的設置

為了鼓勵學生積極努力學習，效仿NBA名人堂的做法，2013年開始建立華東師范大學物理系近代物理實驗學生名人堂[11]. 近代物理實驗學生名人堂分為優(yōu)秀廳、單項廳、創(chuàng)新廳和目標廳，原則上每廳1學期針對每個教學班不超過1名學生入選. 優(yōu)秀廳資格歸屬于該學期總評分數(shù)最高的學生，自動確定. 單項廳資格歸屬于1個學期中單個實驗(或其他項目)得分最高的學生，具體規(guī)則是所有申請學生在該學期中單個實驗得分最高. 創(chuàng)新廳資格歸屬于有創(chuàng)新思想的學生. 目標廳資格根據(jù)本人以往的實驗課綜合成績提高(10分以上)的基礎上設定目標，期末大于等于目標成績且最接近目標成績的1名學生獲得. 一般教師會在下一屆的實驗緒論課上舉行發(fā)證書儀式，既表彰上一屆的名人，也激勵下一屆學生.

基礎實驗內(nèi)容部分設計中，預習過程中學生之間開放性的提問、回答及討論，對前人實驗設計的不同體驗，拓展部分的開放性問題及預估實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)及其對應的觀測和測量條件，實驗操作中一定限制條件下的自由探索及驗證，書面文檔中總結本實驗的完成過程、評價本實驗的設計及對細節(jié)進行深度挖掘，等等，都具備準探究研究性實驗的不可預測性和開放性特點.

3 簡單案例和初步教學效果

3.1 光泵實驗

以光泵磁共振實驗為例，分別從預習實施和書面文檔評分標準說明.

預習大綱中實驗原理任務思考題2：請詳細說明光抽運過程產(chǎn)生的機理(光抽運信號產(chǎn)生過程，注意其中躍遷時守恒量的數(shù)目，向上向下躍遷時躍遷定則的差別以及差別的原因)；

實驗設計任務思考題3：請詳細說明如何使光泵磁共振信號周期性出現(xiàn)以在本實驗中可以方便觀測(如何實現(xiàn)？掃場形狀為什么要用三角波？可以用其他波形代替嗎？)；

拓展任務思考題3：從光泵磁共振實驗的首次實現(xiàn)、發(fā)展和應用中可以獲得哪些啟示(包括但不限于原則、思想、方法、思路、途徑).

思考題除了強調(diào)原理中的要點以外，還要強調(diào)物理現(xiàn)象的出現(xiàn)需要經(jīng)過一定設計，需要強化. 首先引導學生考慮現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，然后引導學生考慮如何讓該條件周期性出現(xiàn)的方法，從而方便觀測. 實驗中給出了一種方法，讓學生體驗如何得到該方法，并引導學生思考該方法是否是唯一的方法，是否還有其他方法，掃場波形是否可以改變，同時解釋了測量需要達到一定精度所需要的限制條件.

本文給出的評分標準對所有實驗具有統(tǒng)一性，對具體實驗需要具體化， 例如標準零：初步設計的測量條件和原始實驗現(xiàn)象與數(shù)據(jù)記錄表格占5分. 在光泵實驗中，實驗內(nèi)容安排中有要求用指南針判斷地磁場、水平場和掃場的方向，以及抵消法測量g因子等內(nèi)容.大部分學生認為判斷方向比較簡單，設計表格時，條件是分別添加水平場和掃場，現(xiàn)象為指南針指針的指向；測量g因子比較復雜，條件有3個場的幅度和按鈕的方向(學生一般都寫得不全)，數(shù)據(jù)是頻率，方向、幅度、指針情況及頻率(光泵實驗條件和數(shù)據(jù)的具體化)缺失是標準零的扣分點.另外，教師要提醒學生不要記錄判斷以后得到的結果或結論，如水平場和地磁場同向之類的結果. 實際做實驗時發(fā)現(xiàn)方向判斷有問題，理論上用單因素法只加某一磁場，然后根據(jù)指南針指針方向判斷此磁場方向，但是地磁場是無法去掉的，因此要考慮2個磁場的疊加，然后再根據(jù)現(xiàn)象來判斷某一磁場的方向. 這時學生就會發(fā)現(xiàn)設計的表格要修改，條件應該是2個場的按鈕狀態(tài)以及水平場和掃場幅度按鈕分別變化的情況，現(xiàn)象是指南針指針的變化情況，儀器/器件的狀態(tài)、實施操作和最后出現(xiàn)的現(xiàn)象自然呈現(xiàn). 完成實驗后，學生能夠根據(jù)實驗時的體會重新設計磁場方向判斷的現(xiàn)象記錄表格.

3.2 初步教學效果

經(jīng)過幾年的教學實踐，取得了顯著的教學效果，從學生的反饋和發(fā)表的教學論文及授權專利兩方面做說明.

3.2.1 學生的反饋

從2010級至2018級共幾十位學生入選了名人堂，對名人簡介中的獲獎感言以及總結實驗中關于課程的評價，進行了收集和整理.

從反饋來看，學生已經(jīng)開始部分體會到了課程設計的理念和目標. “近代物理實驗課程可以提高自己的科學素養(yǎng)”“老師的嚴謹和嚴格讓我重拾物理學習的快樂”“在遇到困難時不要輕易放棄，要勇于探索；在多次失敗之后不氣餒，總結失敗的原因，再次嘗試”及“一份重要的肯定”，令學生體會到了好奇心、堅韌不拔、獨立思考、培養(yǎng)成就感等道德品質(zhì)和精神素養(yǎng). “和隊友發(fā)現(xiàn)操作問題”“體會到了分工合作的重要性，體會到了與合作的同學之間溝通的重要性”及“原理基本都能自己給自己講一遍”，令學生體會到了發(fā)現(xiàn)問題的能力、與人溝通的能力、團隊協(xié)作能力，學術報告的陳述方法等能力素養(yǎng). “全新的實驗模式”“終于明白模糊敘述下隱藏的實驗設計”“自學探索過程”及“先和合作的同學探索”，令學生體會到了驗證性實驗可以模擬成準探究研究性實驗的理念和方法.

3.2.2 論文及專利

從2006級開始實施精做實驗以來，經(jīng)過教師和學生的進一步拓展，學生發(fā)表較多(會議及期刊)教學或研究論文，例如，有關光拍實驗和快速傅里葉變換實驗[12]、法拉第效應[13]、光柵光譜儀實驗[14-15]、磁光克爾效應實驗[16]、微波布拉格衍射實驗[17]、X射線相關實驗[18-20]、磁阻抗效應[21]等. 同時還吸引了學生參加教師承擔的儀器研制項目(學校設備處)和科創(chuàng)項目，也發(fā)表了論文，例如有關課程[22]和頻譜儀[23]等內(nèi)容的論文. 其中，有關X射線衍射實驗的論文[18]在《物理實驗》雜志創(chuàng)刊40周年論文評比中，入選“百篇優(yōu)秀論文”. 除了論文以外，還申請了3項發(fā)明專利和5項實用新型專利，其中2項發(fā)明專利和5項實用新型專利授權.

4 結束語

根據(jù)我校的實際情況，依托大夏學堂設計和建立多層次的教學和評價體系，并對基礎實驗教學內(nèi)容和評分標準進行了有特色的設計，從細節(jié)處入手，通過對實驗教學活動的細化和改革來培養(yǎng)學生的準科研素養(yǎng). 經(jīng)過多年的教學實踐，取得了顯著的教學成果，這說明通過教學設計和制定評分標準，通過基礎實驗模擬準探究研究性實驗是可行的. 提出的教學設計和實施還有待改進之處，例如教師評分的工作量較大，學生負擔相對較重，教師與學生的交流方式還可以增加更多的渠道，針對以上不足，我們還會不斷改進.