應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)改革初探——教育論文

物理實驗是科學(xué)實驗的先驅(qū)，體現(xiàn)了大多數(shù)科學(xué)實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學(xué)科科學(xué)實驗的基礎(chǔ)。所以，大學(xué)物理實驗是高等學(xué)校理工科類專業(yè)對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實驗基本訓(xùn)練的必修基礎(chǔ)課程；是本科生接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能訓(xùn)練的開端；是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)實驗?zāi)芰?、提高實驗素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。它在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、活躍的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實際和適應(yīng)科技發(fā)展的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用[1]。

應(yīng)用型本科院校是以應(yīng)用型為辦學(xué)定位，以區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會需求和就業(yè)為導(dǎo)向，著力培養(yǎng)應(yīng)用型人才，其教學(xué)體系建設(shè)體現(xiàn)“應(yīng)用”二字，核心環(huán)節(jié)則是實驗實踐教學(xué)。因此，大學(xué)物理實驗課程對應(yīng)用型人才的培養(yǎng)有著更加重要的意義[2]。

然而，從教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)應(yīng)用型本科院校尤其是民辦高校，大學(xué)物理實驗教學(xué)還存在一些弊端，比如：課程學(xué)時減少，教學(xué)資源匱乏；忽略學(xué)生現(xiàn)狀，實驗設(shè)置不能體現(xiàn)學(xué)生個性化的需求；教學(xué)方法死板，教學(xué)模式單一等等。鑒于這種情況，有必要對大學(xué)物理實驗教學(xué)進(jìn)行改革。本文基于《理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求》(以下簡稱《基本要求》)，結(jié)合大多數(shù)應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的現(xiàn)狀，針對應(yīng)用型本科院校的辦學(xué)特點(diǎn)，立足我校理工科專業(yè)大學(xué)物理實驗的教學(xué)改革，對應(yīng)用型本科院校的大學(xué)物理實驗教學(xué)進(jìn)行研究與討論，構(gòu)建應(yīng)用型本科院校大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的新模式。

一、分層次、模塊化教學(xué)

高考改革后, 很多省份高考是自主命題,高考的模式也不盡相同,于是就出現(xiàn)了同樣是理工科的學(xué)生,他們在高中選修測試的科目也可以不同,即使是同一個專業(yè)學(xué)生，選修測試科目也不盡相同。對大學(xué)物理實驗課程而言,把物理作為選修測試科目的學(xué)生一般具有較好的實驗基礎(chǔ)技能、動手能力與數(shù)據(jù)處理能力，物理理論知識與物理實驗?zāi)軌虻玫捷^好的結(jié)合；而其他學(xué)生物理理論和實驗基礎(chǔ)相對薄弱。這種差異隨著應(yīng)用型本科院校辦學(xué)規(guī)模的不斷擴(kuò)大而愈發(fā)明顯。

因此，大學(xué)物理實驗課程的教學(xué)，必須要考慮學(xué)生實驗基礎(chǔ)的差異，進(jìn)行分層次、模塊化教學(xué)。即實驗內(nèi)容打破傳統(tǒng)的按力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和近代物理等順序編排的方式，按照由淺入深、循序漸進(jìn)的原則，考慮到不同學(xué)生的物理基礎(chǔ)和各專業(yè)物理實驗的需求，把實驗內(nèi)容分成四個教學(xué)模塊[3]，分別是：預(yù)備性實驗?zāi)K、基礎(chǔ)性實驗?zāi)K、綜合性實驗?zāi)K、設(shè)計或研究性實驗?zāi)K。其中基礎(chǔ)性實驗?zāi)K和綜合性實驗?zāi)K為理工科學(xué)生必修，預(yù)備性實驗?zāi)K、設(shè)計或研究性實驗?zāi)K為選修。

預(yù)備性實驗?zāi)K又可稱為“前導(dǎo)性實驗?zāi)K”，主要面向?qū)嶒灮A(chǔ)較差的學(xué)生，給他們提供一個前期的實驗訓(xùn)練平臺，盡快的適應(yīng)大學(xué)物理實驗課程內(nèi)容，比如：單擺實驗、測量物體的密度，測定重力加速度，測量薄透鏡的焦距，測定冰的熔化熱、測定非線性元件的伏安特性等。

基礎(chǔ)性實驗?zāi)K主要學(xué)習(xí)基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能和基本測量方法、誤差與不確定度及數(shù)據(jù)處理的理論與方法等，可涉及力、熱、電、光、近代物理等各個領(lǐng)域的內(nèi)容，比如：金屬線脹系數(shù)的測量，轉(zhuǎn)動法測定剛體的轉(zhuǎn)動慣量、液體比熱容的測量，示波器的使用，直流電橋測量電阻，霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用、邁克爾遜干涉儀、分光計測量棱鏡的折射率，光柵衍射等。

綜合性實驗?zāi)K是指在同一個實驗中涉及到力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、近代物理等多個知識領(lǐng)域，綜合應(yīng)用多種方法和技術(shù)的實驗。此類實驗的目的是鞏固學(xué)生在基礎(chǔ)性實驗階段的學(xué)習(xí)成果、開闊學(xué)生的眼界和思路，提高學(xué)生對實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運(yùn)用能力，比如：密立根油滴實驗，聲速的測定，共振發(fā)測量彈性模量，音頻信號光纖傳輸技術(shù)試驗，夫蘭克-赫茲試驗等。

設(shè)計或研究性實驗?zāi)K主要面向?qū)W有余力、對實驗有興趣的學(xué)生，根據(jù)給定的實驗題目、要求和實驗條件，由學(xué)生自己設(shè)計方案并基本獨(dú)立完成全過程的實驗，或圍繞基礎(chǔ)物理實驗的課題，由學(xué)生以個體或團(tuán)隊的形式，以科研方式進(jìn)行的實驗。通過設(shè)計或研究性實驗?zāi)K能夠開發(fā)學(xué)生的智力，激發(fā)他們的創(chuàng)新精神以及分析問題解決問題的能力，逐步形成創(chuàng)造性思維，從而具備科學(xué)的實驗素養(yǎng)，比如自組顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡，萬用表的組裝與調(diào)試，電子溫度計的組裝與調(diào)試，非線性電阻的研究，非平衡電橋研究，音叉聲場研究等。

二、開放式實驗教學(xué)

開放式實驗教學(xué)給予了學(xué)生較大的自主空間，學(xué)生由單純的被動實驗變?yōu)榉e極主動實驗，為學(xué)生創(chuàng)造一個能夠發(fā)揮自身特長的教學(xué)環(huán)境，提高獨(dú)立解決實驗問題與實際應(yīng)用能力，有利于學(xué)生個性發(fā)展、創(chuàng)新意識與創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。同時，大大地提高了實驗室儀器設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮了儀器設(shè)備的投資效益與使用效益，符合應(yīng)用型本科院?！俺杀咀钚』c效益最大化”的原則。

按照《基本要求》，各高校應(yīng)積極創(chuàng)造條件進(jìn)行開放式物理實驗教學(xué)，在教學(xué)時間、空間和內(nèi)容上給學(xué)生較大的選擇自由。結(jié)合分層次、模塊化教學(xué)，筆者認(rèn)為預(yù)備性實驗?zāi)K、設(shè)計或研究性實驗?zāi)K應(yīng)向?qū)W生完全開放。物理實驗基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生可選修預(yù)備性實驗進(jìn)行補(bǔ)差訓(xùn)練，學(xué)有余力的學(xué)生可根據(jù)自己學(xué)習(xí)的需要自主選擇設(shè)計性實驗，或在教師指導(dǎo)下進(jìn)行專題實驗研究，在時間、內(nèi)容上不受限制，充分滿足優(yōu)生優(yōu)培的教學(xué)需要。但是，開放式實驗教學(xué)加大了教師的工作量，實驗室承擔(dān)的教學(xué)任務(wù)加重了，所以，必須培養(yǎng)與建設(shè)一支結(jié)構(gòu)合理、愛崗敬業(yè)的物理實驗教師隊伍。

三、建立網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室

虛擬實驗是利用計算機(jī)及仿真軟件來模擬實驗的環(huán)境及過程，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬實驗教學(xué)已經(jīng)成為加強(qiáng)實踐教學(xué)、提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段。在大學(xué)物理實驗教學(xué)中引入虛擬實驗，將有效緩解很多應(yīng)用型本科院校在經(jīng)費(fèi)、場地、器材等方面普遍面臨的困難和壓力，而且開展網(wǎng)上虛擬實驗教學(xué)能夠突破傳統(tǒng)實驗對“時、空”的限制，讓學(xué)生充分利用課余時間進(jìn)行實驗前的預(yù)習(xí)和實驗后的復(fù)習(xí)有助于提高大學(xué)物理實驗教學(xué)的效率。另外，對于一些實驗儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計精密且價格昂貴的實驗，可以通過仿真軟件來實現(xiàn)，讓學(xué)生在虛擬的環(huán)境中，接觸更多的現(xiàn)代化設(shè)備和科學(xué)實驗方法，能夠大大的開闊視野和思維，提高學(xué)生的綜合能力。但虛擬實驗替代不了真實的實驗操作，而是作為傳統(tǒng)實驗的有效補(bǔ)充，因此, 應(yīng)該把傳統(tǒng)實驗和虛擬實驗這兩種教學(xué)模式有機(jī)地結(jié)合起來，揚(yáng)長避短。

四、以學(xué)生為主體，靈活運(yùn)用多種教學(xué)方法

傳統(tǒng)教學(xué)方式往往是老師先把實驗儀器調(diào)整好, 課上詳細(xì)講解實驗原理和操作步驟, 指出實驗中應(yīng)注意的問題和要求，甚至做出實驗演示，學(xué)生只要被動地按照教師演示的步驟機(jī)械地重復(fù)實驗操作, 就能順利的完成實驗并得出結(jié)果，甚至有的實驗不做也能推導(dǎo)出實驗結(jié)果。這就導(dǎo)致學(xué)生在思想認(rèn)識上對大學(xué)物理實驗課程不夠重視, 課前不認(rèn)真預(yù)習(xí),實驗操作都是按部就班的應(yīng)付了事。這種傳統(tǒng)灌輸式教學(xué)方式在一定程度上限制了學(xué)生的主動性和積極性, 難以激發(fā)他們對實驗課的興趣, 抑制了學(xué)生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展，更是偏離了應(yīng)用型本科院校對人才培養(yǎng)的目標(biāo)和要求。因此, 我們必須確立學(xué)生的主體地位,靈活運(yùn)用啟發(fā)式、引導(dǎo)式、交互式等多種課堂教學(xué)方法，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性[4]。

（一）啟發(fā)式教學(xué)

在大學(xué)物理實驗課堂教學(xué)中，教師提出思路和方向，啟發(fā)學(xué)生積極去思考實驗設(shè)計思想、實驗方法、操作技術(shù)、數(shù)據(jù)處理的可靠性以及與工程實際的結(jié)合點(diǎn)，以問題激發(fā)學(xué)生的主動思維，目的是使學(xué)生從知識的被動接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹R的主動探索者，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用意識、創(chuàng)新意識和探索精神。

（二）引導(dǎo)式教學(xué)

根據(jù)大學(xué)物理實驗的多樣性特點(diǎn)，一些綜合性、研究性的實驗，內(nèi)容會涉及到其他學(xué)科的知識，學(xué)生僅僅具備物理學(xué)的知識、采用傳統(tǒng)的實驗方法是完不成的。所以，在實驗教學(xué)過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生從多方位來審視、分析、判斷問題，引導(dǎo)學(xué)生突破物理學(xué)科的界限，應(yīng)用多學(xué)科的知識來解決問題。如測量半導(dǎo)體P-N結(jié)的物理特性實驗，教師要引導(dǎo)學(xué)生了解電子學(xué)、材料學(xué)、固體物理學(xué)、光學(xué)等方面的知識；從激光全息照相、核磁共振等實驗，引導(dǎo)學(xué)生主動了解現(xiàn)代科技發(fā)展前沿及研究動態(tài)，使學(xué)生意識到大學(xué)物理實驗在科學(xué)研究領(lǐng)域的重要地位，對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)有一定的促進(jìn)作用。

（三）交互式教學(xué)

交互式教學(xué)，就是讓學(xué)生在充分預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，積極參與課堂教學(xué)實踐．比如實驗前教師隨機(jī)抽幾名學(xué)生講解實驗原理、介紹儀器使用方法、演示操作過程及實驗現(xiàn)象，同學(xué)們可以相互討論或提問，教師適時給予補(bǔ)充或發(fā)問。交互式教學(xué)擯棄了傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，弘揚(yáng)了“以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)”的教學(xué)思想，這種物理實驗教學(xué)方式為學(xué)生主體價值的自我實現(xiàn)提供了平臺，是人本主義教育觀點(diǎn)的具體體現(xiàn)。實踐證明，交互式教學(xué)大大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實際、靈活運(yùn)用知識和技能解決實際問題的能力，提高了實驗教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1] 教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會理工科類大學(xué)物理實驗課程教學(xué)基本要求[Ｍ]. 北京: 高等教育出版社, 2010.

[2] 縱榜峰. 基于應(yīng)用型人才培養(yǎng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)的思考[J]. 宿州學(xué)院學(xué)報, 2012, 27(8): 113-115.

[3] 高潭華, 劉雪梅. 地方性應(yīng)用型理工科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)體系的構(gòu)建[J]. 大學(xué)物理實驗, 2014, 27(1): 105-107.

[4] 王鐵云. 基于基本要求的新建本科院校大學(xué)物理實驗教學(xué)模式研究[J]. 物理與工程, 2012, 22(3): 12-15.

本文來源：http://m.00559.cn/w/jy/11884.html  《教育觀察》