新時(shí)期大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的思索與探求

岳 鹿 張文惠

（鹽城工學(xué)院新環(huán)保重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

大學(xué)物理，是大學(xué)理工科類(lèi)的一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，是研究自然界物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、相互作用及其運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律的學(xué)科，工科專(zhuān)業(yè)以力學(xué)基礎(chǔ)和電磁學(xué)為主要授課對(duì)象。作為一門(mén)基礎(chǔ)自然科學(xué)，大學(xué)物理的概念、理論或方法，根植于人類(lèi)的生產(chǎn)、生活實(shí)踐中，深刻地影響著人們的思維、判斷，為人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展奠定了不可磨滅的貢獻(xiàn)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理發(fā)展的基礎(chǔ)，是驗(yàn)證物理現(xiàn)象、理論、推理或假說(shuō)的重要工具。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于深遠(yuǎn)學(xué)習(xí)大學(xué)物理而言是有舉足輕重的重要性的。首先，物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在物理教學(xué)中具有十分重要的作用。各種類(lèi)型的物理實(shí)驗(yàn)，具體形象地展示了物理知識(shí)的形成和發(fā)展過(guò)程，強(qiáng)化了學(xué)生的感知并糾正在感知中形成的錯(cuò)覺(jué)，從而達(dá)到豐富學(xué)生頭腦中感性材料的儲(chǔ)存及發(fā)展智力、培養(yǎng)能力的目的。其次，有些大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，曾在物理學(xué)史或自然科學(xué)史上發(fā)揮著重要的作用，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)這些實(shí)驗(yàn)?zāi)茉鰪?qiáng)學(xué)生對(duì)物理發(fā)展史以及前沿領(lǐng)域的深刻了解，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和創(chuàng)造性思維。再者，在新時(shí)期下，各個(gè)國(guó)家都在大力發(fā)展科技，通過(guò)開(kāi)展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)能極大提高學(xué)生的動(dòng)手能力，為科技創(chuàng)新和培養(yǎng)高科技專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的人才奠定基礎(chǔ)。本文就新時(shí)期大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展方向和大學(xué)生培養(yǎng)模式進(jìn)行探索。

1 當(dāng)前國(guó)內(nèi)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

根據(jù)當(dāng)前不同大學(xué)的發(fā)展情況，目前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要分為大學(xué)物理課程老師跟班負(fù)責(zé)制和專(zhuān)任大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)老師負(fù)責(zé)制兩種。大學(xué)物理課程老師跟班負(fù)責(zé)制好處明顯，如大學(xué)物理老師對(duì)本班級(jí)教學(xué)的學(xué)生熟悉，能夠在大學(xué)物理理論課開(kāi)設(shè)結(jié)束后就進(jìn)行相關(guān)的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，能使學(xué)生在理論的指導(dǎo)下，親身體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)對(duì)理論的驗(yàn)證，從而加強(qiáng)對(duì)該章節(jié)的認(rèn)識(shí)和理解。但同樣存在的問(wèn)題是學(xué)生會(huì)放松對(duì)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)，容易依賴(lài)?yán)蠋煟灾鲗?shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)力度不夠。同時(shí)，學(xué)生會(huì)以事先知道相應(yīng)的理論或結(jié)果為暗示，人為去假定正確的結(jié)果，忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程細(xì)節(jié)的體會(huì)和領(lǐng)悟。該模式下，學(xué)生們易于去注重結(jié)果，注重報(bào)告或最終的成績(jī)，而忽略過(guò)程培養(yǎng)的重要性。

專(zhuān)任大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)老師負(fù)責(zé)制是指由非大學(xué)物理授課的教師專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)幾個(gè)或者更多班級(jí)專(zhuān)門(mén)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式。該模式的優(yōu)點(diǎn)是，專(zhuān)任老師一般實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富，時(shí)間安排充裕，能很準(zhǔn)確的判斷實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的問(wèn)題，快速幫助學(xué)生糾正實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的錯(cuò)誤。同時(shí)，由于專(zhuān)任教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的熟悉程度更深，能夠及時(shí)地維護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器，避免學(xué)生因?yàn)檎`操作而大幅的損壞儀器設(shè)備，從而能在源頭上實(shí)現(xiàn)教學(xué)中的開(kāi)源節(jié)流。但相伴的問(wèn)題是，由于專(zhuān)任老師與學(xué)生學(xué)習(xí)的大學(xué)物理課程相脫節(jié)，對(duì)各個(gè)學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)物理理論的掌握程度不熟悉，容易出現(xiàn)誤以為學(xué)生都知道或都不會(huì)的情況。該模式下，不利于學(xué)生理論與實(shí)踐的緊密結(jié)合，不能充分發(fā)揮大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于大學(xué)物理的系統(tǒng)論證和有力的支持。

2 當(dāng)前國(guó)內(nèi)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式現(xiàn)狀

當(dāng)前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式或教學(xué)過(guò)程主要分為兩種情況：傳統(tǒng)式教學(xué)和缺乏性教學(xué)。

傳統(tǒng)式教學(xué)主要是指實(shí)驗(yàn)老師按部就班的部署，課前預(yù)習(xí)、課上指導(dǎo)以及課后批改的形式傳統(tǒng)安排大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。該模式的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)生能大多數(shù)完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；缺點(diǎn)是學(xué)生容易養(yǎng)成墨守成規(guī)的習(xí)慣，缺乏興趣的培養(yǎng)和基本素質(zhì)的提高。這種模式不能讓學(xué)生養(yǎng)成積極主動(dòng)學(xué)習(xí)和帶著濃厚興趣探索的科學(xué)精神，容易忽視物理現(xiàn)象背后深刻的含義，學(xué)生主觀能動(dòng)性不足，不利于大學(xué)生發(fā)散性思維的發(fā)展。學(xué)生還會(huì)形成大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)只是一門(mén)課，上實(shí)驗(yàn)課只是為了得到報(bào)告成績(jī)或?qū)W分績(jī)點(diǎn)思想，養(yǎng)成應(yīng)試教育的習(xí)慣。

缺乏性教學(xué)是指由于課程設(shè)置或者由于學(xué)?；诂F(xiàn)有的儀器設(shè)備只針對(duì)能開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開(kāi)設(shè)課程，并不注重與大學(xué)物理教學(xué)課程的發(fā)展而相輔相成的開(kāi)設(shè)相應(yīng)的課程。同時(shí)，由于經(jīng)費(fèi)的不足，某些大學(xué)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入力度不夠，造成儀器設(shè)備陳舊或者某些課程老化，不能跟得上大學(xué)物理課程的發(fā)展?；蛘呤?，由于某些學(xué)校對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)重要性認(rèn)識(shí)程度不夠，開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)較少。這些問(wèn)題都嚴(yán)重制約了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)大學(xué)生的培養(yǎng)。部分積極性非常高的同學(xué)或因?yàn)檫@些問(wèn)題而放棄對(duì)實(shí)驗(yàn)的預(yù)期，或者放棄對(duì)物理現(xiàn)象積極探索的主觀能動(dòng)性。由于儀器或者課程設(shè)置的問(wèn)題，會(huì)造成對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程環(huán)節(jié)的嚴(yán)重壓縮，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。

3 對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的必要性和重要性

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)對(duì)工科大學(xué)生知識(shí)體系培養(yǎng)、對(duì)大學(xué)生邏輯思維能力培養(yǎng)以及對(duì)動(dòng)手能力培養(yǎng)具有非常重要的作用。物理學(xué)科就是用來(lái)解釋事物本質(zhì)現(xiàn)象和規(guī)律的，是最基礎(chǔ)的學(xué)科，學(xué)生能通過(guò)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)地去理解和接受這些基本的物理現(xiàn)象背后的規(guī)律性的知識(shí)體系。只有讓學(xué)生去帶著興趣去探索、去求證，才能最大程度上激發(fā)他們對(duì)于自然科學(xué)的熱愛(ài)，培養(yǎng)他們的執(zhí)著的探索精神。近代社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)物理學(xué)科的發(fā)展，物理學(xué)科的發(fā)展也同樣受益于物理實(shí)驗(yàn)的發(fā)展。因此，在新時(shí)期下，對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革的必要性和重要性不言而喻。通過(guò)教學(xué)改革，進(jìn)一步激發(fā)他們對(duì)于物理學(xué)科的熱愛(ài)，有助于培養(yǎng)他們勇于對(duì)于自然科學(xué)的奧秘探索的堅(jiān)持不懈的開(kāi)拓精神。

4 新時(shí)期大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探求

4.1 開(kāi)設(shè)高科技的教學(xué)模式

隨著5G大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨，目前VR技術(shù)（虛擬現(xiàn)實(shí)3D技術(shù)）已實(shí)現(xiàn)在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)非凡的體驗(yàn)階段。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中非常多的原理、規(guī)律和現(xiàn)象可以借助這些高科技的3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)浸入式教學(xué)，通過(guò)720°的真實(shí)場(chǎng)景展現(xiàn)，讓學(xué)生能身臨其境的沉浸在在線教學(xué)中。比如，牛頓萬(wàn)有引力定律發(fā)現(xiàn)的瞬間場(chǎng)景、波粒二象性的呈現(xiàn)、全息照相，衍射光柵、光電效應(yīng)等教學(xué)中，都可以利用這些技術(shù)。這樣的沉浸式+交互式的學(xué)習(xí)教育，比目前的常規(guī)教學(xué)生動(dòng)、具體，能讓學(xué)生在課堂上有非凡的體驗(yàn)。開(kāi)設(shè)高科技的教學(xué)模式，不僅能夠優(yōu)化教育資源和過(guò)程，模擬處理復(fù)雜困難的物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，能更加有效地控制教育教學(xué)的成本，同時(shí)降低教育風(fēng)險(xiǎn)，教學(xué)效果能實(shí)現(xiàn)翻倍的超越。

4.2 討論式教學(xué)

讓學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)是提高任何科目教學(xué)效果的重要手段。討論式教學(xué)強(qiáng)調(diào)在代課老師的精心準(zhǔn)備和組織下，預(yù)先設(shè)立多個(gè)深刻的問(wèn)題，同時(shí)在課堂上啟發(fā)同學(xué)們對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入的討論和研究，用以調(diào)動(dòng)和培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考問(wèn)題的能力和開(kāi)拓精神。在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課堂上，可以通過(guò)設(shè)立分組模式，讓學(xué)生主動(dòng)去探討，提出問(wèn)題，能極大的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)的積極性。以往的常規(guī)教學(xué)中，學(xué)生按部就班完成聽(tīng)—做—寫(xiě)報(bào)告的模式，使得學(xué)生逐漸喪失學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，學(xué)習(xí)的目的最后退化為僅僅是完成報(bào)告和拿學(xué)分。實(shí)現(xiàn)討論式教學(xué)的課堂模式，能迅速讓學(xué)生主動(dòng)地去思考，在思考中體驗(yàn)物理的原理和規(guī)律，再通過(guò)親手實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證結(jié)論，從而極大的激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣。討論式教學(xué)能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，極大的開(kāi)闊學(xué)生的視野，在課堂上學(xué)生既是問(wèn)題的發(fā)起者，又是問(wèn)題的解決者。同時(shí)，同學(xué)們通過(guò)課堂的互動(dòng)，還能很好地鍛煉自己的口頭表達(dá)能力。通過(guò)討論教學(xué)的方式，代課老師也能充分掌握個(gè)體和集體對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，能及時(shí)的改變教學(xué)策略，加強(qiáng)和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的針對(duì)性和目標(biāo)性。同學(xué)們也能在討論教學(xué)中，取長(zhǎng)補(bǔ)短，共同進(jìn)步，也有利于同學(xué)們之間以及教師之間的良好的關(guān)系的確立。

4.3 在線教學(xué)

在線教學(xué)又稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)或網(wǎng)絡(luò)教育，是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程教學(xué)方式。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，教學(xué)形式不再拘泥于固定場(chǎng)所的課堂教學(xué)，教與學(xué)可以不受限于時(shí)空和地點(diǎn)，知識(shí)的獲取方式和途徑變得多樣化。特別是2020年開(kāi)始的新冠肺炎疫情，使得在線教學(xué)變得異常重要。新冠肺炎疫情使得出行受限和居家隔離成為目前的常態(tài)化，不得不使人們充分重視在線教育，同時(shí)實(shí)現(xiàn)居家學(xué)習(xí)和辦公。在疫情下，全國(guó)的高校都出現(xiàn)不能按時(shí)開(kāi)學(xué)和高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)不能按時(shí)課堂教學(xué)的情況。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)教師直播、錄播或者慕課的形式實(shí)現(xiàn)課前預(yù)習(xí)和課后解答。學(xué)生通過(guò)電腦或者手機(jī)上的會(huì)議軟件加入在線直播講課，實(shí)時(shí)觀看老師的電腦屏幕內(nèi)容，收聽(tīng)老師的授課語(yǔ)音；在課中互動(dòng)環(huán)節(jié)，可以通過(guò)云會(huì)議的麥克風(fēng)實(shí)時(shí)語(yǔ)音回答問(wèn)題；通過(guò)學(xué)習(xí)通軟件參與課程互動(dòng)環(huán)節(jié)，完成課后作業(yè)、在線考試等。通過(guò)在線教學(xué)的方式能輕松實(shí)現(xiàn)隔離教學(xué)、及時(shí)答疑等情形。在線教學(xué)雖是新形勢(shì)下的教學(xué)方式，但其可以跨越因地域等方面造成的教育資源分配不平等，使教育資源共享化，降低了學(xué)習(xí)的門(mén)檻。

4.4 設(shè)立教授或者專(zhuān)家教學(xué)模式

專(zhuān)家和教授一般在學(xué)術(shù)、教研等方面有比較高深的造詣，通過(guò)設(shè)立教授或者專(zhuān)家教學(xué)模式，可以讓這些專(zhuān)家或教授在講授大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程時(shí)，多結(jié)合自身的體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)，為學(xué)生解答深層次的問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行前瞻性思考，對(duì)于開(kāi)闊學(xué)生的眼界和培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。教育部最近發(fā)布的“新時(shí)代高教40條”中也明確指出“完善教授給本科生上課制度，實(shí)現(xiàn)教授全員給本科生上課”。但目前的實(shí)際情況是，很多教授或者科研專(zhuān)家們?cè)谧陨砉ぷ髁繚M足的情況下，不愿意去課堂上去上課。因?yàn)?，上課需要花費(fèi)大量的時(shí)間去準(zhǔn)備，會(huì)用掉他們一部分的寶貴的科研時(shí)間。再者，有些學(xué)校還沒(méi)有足夠的重視這些問(wèn)題。在新時(shí)代下，教學(xué)同樣面臨著重大的發(fā)展機(jī)遇，只有學(xué)校和老師們足夠重視這些基礎(chǔ)課程的重要性才能真正的培養(yǎng)好下一代，讓他們有更好的發(fā)展。因此，學(xué)校要真正立足于基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展，充分的鼓勵(lì)教授和專(zhuān)家教學(xué)，通過(guò)加大獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制和嚴(yán)把管理機(jī)制，才能把基礎(chǔ)教學(xué)的課堂抓好。一線的物理專(zhuān)業(yè)發(fā)展，要有一線的物理課程教學(xué)，因此必須要有一流的物理教師隊(duì)伍，最終才能培養(yǎng)出一流的物理方面人才。專(zhuān)家和教授們同時(shí)也需要自省和思考，要站在足夠的高度去研究和認(rèn)識(shí)這個(gè)問(wèn)題?；A(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)和科研同樣重要，要兩手都要抓，同時(shí)兩手都要硬，因?yàn)橄乱淮粌H是未來(lái)物理學(xué)科發(fā)展的開(kāi)拓者，也是未來(lái)祖國(guó)科技發(fā)展的開(kāi)拓者。

5 結(jié)語(yǔ)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是大學(xué)物理教學(xué)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓大學(xué)生學(xué)好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程，這對(duì)培養(yǎng)他們的科學(xué)家精神具有重要的指導(dǎo)意義。在新形勢(shì)下，科技發(fā)展迅速，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式不能一成不變，要能因地制宜地跟得上時(shí)代的發(fā)展。通過(guò)發(fā)展多元教學(xué)模式，利用好科技產(chǎn)品或技術(shù)，把課堂變得生動(dòng)起來(lái)。讓學(xué)生能主動(dòng)地學(xué)習(xí)和探究物理現(xiàn)象背后的美。通過(guò)設(shè)立在線教學(xué)課堂等方式實(shí)現(xiàn)全國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教育的均衡性，輕松應(yīng)對(duì)隔離教學(xué)和實(shí)現(xiàn)及時(shí)答疑的情況。通過(guò)設(shè)立教授或者專(zhuān)家教學(xué)模式，為學(xué)生解答深層次的問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行前瞻性的物理規(guī)律的思考。通過(guò)教學(xué)改革，學(xué)生對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)出了濃厚的學(xué)習(xí)興趣，極大地提高了教學(xué)效率。