王嘉宇王永順杭玉杰

1.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212003 2.南京理工大學(xué) 江蘇南京 210094

工科院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究

王嘉宇1,2王永順1杭玉杰1

1.鎮(zhèn)江船艇學(xué)院 江蘇鎮(zhèn)江 212003 2.南京理工大學(xué) 江蘇南京 210094

本文分析了目前工科院校大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀和問題，并有針對(duì)性地提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)；問題；建議

物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，物理學(xué)的創(chuàng)新和發(fā)展與實(shí)驗(yàn)密切聯(lián)系。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)與大學(xué)物理理論教學(xué)相輔相成，其目的是通過實(shí)驗(yàn)豐富和活躍學(xué)生的物理思想，培養(yǎng)他們對(duì)物理現(xiàn)象的觀察能力和分析能力，引導(dǎo)學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)物理在物理概念的產(chǎn)生、形成和發(fā)展過程中的作用。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是工科高校培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力的重要基礎(chǔ)課程，是大學(xué)生從事實(shí)踐和科研工作的向?qū)?，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力和研究能力上起著重要的作用。然而，目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中仍存在一些問題，影響了教學(xué)效果。在強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)科研創(chuàng)新型人才的今天，這些問題越來越受到人們的重視，有不少物理學(xué)教育工作者已經(jīng)對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了剖析與探討。

一、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)備

由于近些年來高校的招生規(guī)模不斷擴(kuò)大,許多院校的教學(xué)軟硬件資源跟不上學(xué)生數(shù)量的變化,再加上投入基礎(chǔ)學(xué)科的經(jīng)費(fèi)有限,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)備緊缺,設(shè)施陳舊。部分高校的物理實(shí)驗(yàn)課上多名學(xué)生共用一套儀器,甚至應(yīng)該由學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)變成了演示實(shí)驗(yàn),嚴(yán)重影響了教學(xué)效果。另一方面,許多院校在更新實(shí)驗(yàn)儀器時(shí),盲目追求現(xiàn)代化、智能化儀器,簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)者的操作,使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)趨于傻瓜化,幾步簡(jiǎn)單的操作就能得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果,忽略了更為重要的實(shí)驗(yàn)過程及其物理本質(zhì),導(dǎo)致學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)后都不明白自己在做什么,不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和對(duì)實(shí)驗(yàn)的理論背景理解。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

目前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本是以基礎(chǔ)性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主,以鞏固、加深物理理論知識(shí)的理解為主要教學(xué)目的,而作為物理實(shí)驗(yàn)教育環(huán)節(jié)重要組成部分的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)數(shù)量極少,使得學(xué)生在分析問題、解決問題和創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面缺乏鍛煉。并且科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的新發(fā)展以及工程技術(shù)領(lǐng)域的新應(yīng)用,在日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)中極少反映,不利于學(xué)生開闊視野、擴(kuò)展知識(shí)面,也不利于為以后的專業(yè)課程實(shí)驗(yàn)與科研工作打好基礎(chǔ)。

3.實(shí)驗(yàn)安排

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課通常是從大一下學(xué)期開課，持續(xù)兩個(gè)學(xué)期，基本同大學(xué)物理課開課時(shí)間一致。實(shí)驗(yàn)所需的背景理論知識(shí)和理論課程并不完全同步，會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)用到的相關(guān)理論知識(shí)在大學(xué)物理課上還未學(xué)到的現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理時(shí)很多理論基礎(chǔ)無法理解，最后只管操作和記錄數(shù)據(jù)應(yīng)付了事，給大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來一定的困難。

4.實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

教學(xué)觀念和方式落后,認(rèn)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)只是理論教學(xué)的附屬環(huán)節(jié),是為了鞏固、驗(yàn)證理論課的知識(shí)而做實(shí)驗(yàn),因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多流于形式,不注重動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)課堂上仍是以教師為中心進(jìn)行教學(xué),由教師講授實(shí)驗(yàn)原理、方法、步驟并演示實(shí)驗(yàn)操作,然后學(xué)生再按照教師的講解演示重復(fù)一遍實(shí)驗(yàn),由于實(shí)驗(yàn)過程缺乏思考與獨(dú)立性,制約了學(xué)生分析與解決問題的能力培養(yǎng),并使學(xué)生感覺到實(shí)驗(yàn)枯燥無味。目前的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)沒有從學(xué)生的角度出發(fā)進(jìn)行教學(xué),無法調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與創(chuàng)造性。顯然,這種步驟現(xiàn)成、結(jié)論已知、方法惟一、按部就班的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)抹殺了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì),不能體現(xiàn)出物理實(shí)驗(yàn)所應(yīng)具有的探索性與創(chuàng)新性。

5.實(shí)驗(yàn)師資

部分高校的實(shí)驗(yàn)教師數(shù)量少，通常由理論課教師兼上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課，缺乏專門研究大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)及教學(xué)的人員。并且現(xiàn)有教師理論教學(xué)任務(wù)重，影響了實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的提高。還有一些教師重科研而輕教學(xué)，教學(xué)精力投入不足，在一定程度上也影響了大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

二、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在問題的解決建議

以上提到的5個(gè)方面在目前大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)所存在的諸多問題中具有一定的代表性，下面就自己的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提出一些解決建議。

1.實(shí)驗(yàn)儀器的選擇

在選擇、采購(gòu)實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)不僅要考慮品牌和儀器的質(zhì)量，更要考慮是否有利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，是否有利于啟發(fā)學(xué)生的思維，是否有利于讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)更好地理解理論知識(shí)。特別是對(duì)某些價(jià)格高昂、更新較慢的實(shí)驗(yàn)儀器，還要考慮其功能是否全面，是否能用于多種實(shí)驗(yàn)。因此，可拆裝的組合式教學(xué)儀器和能進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)的綜合性儀器應(yīng)當(dāng)是實(shí)驗(yàn)儀器采購(gòu)的理想選擇。

2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)

根據(jù)大學(xué)物理課程的教學(xué)現(xiàn)狀,應(yīng)該有針對(duì)性地對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容做一定的調(diào)整。以素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)為目標(biāo),建立完善3種實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系：(1)基本實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生了解基本的實(shí)驗(yàn)儀器原理,并掌握基本的實(shí)驗(yàn)理論和操作方法。此類實(shí)驗(yàn)應(yīng)以基礎(chǔ)為主,難度較低,例如：?jiǎn)螖[實(shí)驗(yàn)與密度測(cè)量實(shí)驗(yàn),有利于學(xué)生打好大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)并完成從中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的過渡。(2)提高型實(shí)驗(yàn)。以驗(yàn)證性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)為主,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)理論課程所學(xué)知識(shí)的理解,并啟發(fā)學(xué)生積極思考,應(yīng)用所掌握的理論知識(shí)觀察、分析一些實(shí)際的工程技術(shù)問題。此類實(shí)驗(yàn)應(yīng)有一定的難度,是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的主體部分。(3)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。以綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主,以培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立開展科研能力為目標(biāo),對(duì)提高整體大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力有重要作用。此類實(shí)驗(yàn)應(yīng)在教師指導(dǎo)下由學(xué)生自主完成,并可讓學(xué)生嘗試通過發(fā)表論文方式整理、總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。以上3類實(shí)驗(yàn)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中應(yīng)以提高型實(shí)驗(yàn)為主體,三者相輔相成,共同促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的提高。

3.合理的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度安排

針對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)和大學(xué)物理同時(shí)開課的弊端，有的實(shí)驗(yàn)原理在理論上還沒有學(xué)習(xí)，根據(jù)大學(xué)物理的課程進(jìn)展，應(yīng)重新調(diào)整大學(xué)物理的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目順序，合理安排，盡量使大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目與大學(xué)物理理論課程同步，這樣就使學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)理論的同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來更好地理解物理原理。

4.改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

對(duì)原先以教師為主導(dǎo)、學(xué)生模仿的灌輸式教學(xué)方式做一定的改進(jìn)。在教學(xué)上采用以學(xué)生為中心，自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立研究為主的教學(xué)模式。要調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，就要充分了解并照顧到每個(gè)學(xué)生的基礎(chǔ)和興趣所在?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)可以仍以教師講解演示為主，而提高型實(shí)驗(yàn)則要將更多的時(shí)間留給學(xué)生，教師應(yīng)當(dāng)少講解、不演示，這樣可能會(huì)延長(zhǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，但是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力和鉆研精神大有裨益。對(duì)于創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)，主要靠學(xué)生自己查閱資料和熟悉儀器，教師只負(fù)責(zé)在宏觀上給予引導(dǎo)。

5.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)師資力量

為了取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，實(shí)驗(yàn)教師要花大量的時(shí)間與精力在實(shí)驗(yàn)備課、儀器準(zhǔn)備和教案編寫等方面，由理論課教師兼職實(shí)驗(yàn)課必然在精力和時(shí)間上投入不足，因此必須要有專職的實(shí)驗(yàn)師崗位，這樣有利于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)，也有利于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的全天候開放，增加實(shí)驗(yàn)課安排的靈活性。

6.應(yīng)用仿真實(shí)驗(yàn)軟件與計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)

在實(shí)際教學(xué)中，由于課程學(xué)時(shí)的限制，某些難度較高、操作復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)不便于安排學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。針對(duì)這種情況，許多軟件公司開發(fā)出了一系列的實(shí)驗(yàn)仿真軟件，仿真軟件為物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了另一種形式。學(xué)生在計(jì)算機(jī)上就能學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)原理、熟悉實(shí)驗(yàn)儀器、掌握實(shí)驗(yàn)方法并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提高了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的效率，并且能達(dá)到同實(shí)際操作相近的效果。

另外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和數(shù)據(jù)作圖是大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。部分實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)繁多、處理復(fù)雜，手工繪圖誤差較大，同樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由不同實(shí)驗(yàn)者處理，其結(jié)果可能大相徑庭。由于大量的數(shù)據(jù)和繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，可能會(huì)使學(xué)生糾纏于數(shù)據(jù)的計(jì)算而忽視了實(shí)驗(yàn)本身的物理意義，甚至喪失了對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣。因此，在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入相關(guān)軟件(Excel、Origin、Matlab)就顯得十分有意義，筆者也在這方面做過一些有益的嘗試并引入教學(xué)中。

三、結(jié)束語

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，目前還存在許多問題有待改善，需要在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、教學(xué)方式、師資培養(yǎng)等方面不斷改進(jìn)，才能形成合理的、適合本校特色的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

[1]張勇，邢紅宏.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀與對(duì)策[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2009，1：89～91

[2]楊小靜，季誠(chéng)響，張民.提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的幾點(diǎn)建議[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2009，22(2)：106～108

[3]劉名揚(yáng)，王麒麟.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革及成效[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28（7）：138～140

Research of engineering college physics experiment teaching

Wang Jiayu1,2, Wang Yongshun1, Hang Yujie1
1.Zhenjiang watercraft college, Zhenjiang, 212003, China 2.Nanjing university of science and technology，Nanjing，210094,China

The status and problems in engineering college physics teaching are described in this article, and point out some approaches to solve the problems.

college physics experiment; teaching; problems; proposals

2009-12-16

王嘉宇，在讀碩士生，助教。