李登峰,周 平

(重慶郵電大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中心,重慶 400065)

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)手段不斷涌現(xiàn),教學(xué)對(duì)象的綜合素質(zhì)也提高了,實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念、教學(xué)體系、教學(xué)方法和考核辦法等都需要相應(yīng)的改革[1]。目前普通高校的物理實(shí)驗(yàn)室建設(shè)普遍存在 3個(gè)主要問(wèn)題:一是經(jīng)費(fèi)長(zhǎng)期緊缺,使得實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段和方法與科學(xué)技術(shù)發(fā)展嚴(yán)重脫節(jié);二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)雖獨(dú)立排課,但實(shí)際上往往從屬于理論教學(xué),是對(duì)教科書(shū)上已有的基本物理規(guī)律、定律的簡(jiǎn)單重復(fù),因而實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性很低,缺少探究過(guò)程;三是雖然購(gòu)買(mǎi)了一些較先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器,但新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目未能與已有的實(shí)驗(yàn)相融合,有的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器集成度太高,學(xué)生動(dòng)手能力無(wú)法得到鍛煉,有的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器精度太高且易壞,學(xué)生只能觀察,等等。這些問(wèn)題直接導(dǎo)制學(xué)生無(wú)興趣學(xué),老師無(wú)興趣教。因此,大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行改革,使之遵循實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)律,系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物理現(xiàn)象和規(guī)律的觀察、測(cè)量、分析和數(shù)據(jù)處理能力,對(duì)未知世界的探究能力,以及發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。

一、更新教學(xué)觀念

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)應(yīng)充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,突出學(xué)生的主體地位。而在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,大都是在實(shí)驗(yàn)教師的講解指導(dǎo)中完成的,教師從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理直至操作技巧都一一傳授,學(xué)生只是機(jī)械地模仿,根本不可能培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和動(dòng)手能力,更不能期望學(xué)生對(duì)出現(xiàn)的各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和得到的一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行思考、分析和解決問(wèn)題,達(dá)不到素質(zhì)教育的目的。因此,實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該讓學(xué)生獨(dú)立完成,讓他們成為真正的主人,教師只是給學(xué)生適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥、引導(dǎo)和啟發(fā)。為此必須注意兩個(gè)環(huán)節(jié)[2]:

首先,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的把關(guān)。實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié),不是抄襲實(shí)驗(yàn)教材或講義,讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到充分預(yù)習(xí)是做好實(shí)驗(yàn)的前提,實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)的質(zhì)量將直接影響到實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展和學(xué)生能力的提高。要達(dá)到預(yù)習(xí)目標(biāo):熟悉與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的理論知識(shí),明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗筒襟E,掌握儀器結(jié)構(gòu)、使用方法、讀數(shù)方法及操作程序,弄清實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想,能預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并完成實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告。為了掌握學(xué)生對(duì)本實(shí)驗(yàn)理解情況,教師必須對(duì)預(yù)習(xí)效果進(jìn)行檢驗(yàn),利用實(shí)驗(yàn)預(yù)作系統(tǒng),讓學(xué)生在網(wǎng)上完成實(shí)驗(yàn)預(yù)作和相應(yīng)的思考題后,才有資格進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室;在實(shí)驗(yàn)操作開(kāi)始之前,教師針對(duì)該實(shí)驗(yàn)的原理和重點(diǎn)部分進(jìn)行提問(wèn),允許學(xué)生進(jìn)行討論,把提問(wèn)的結(jié)果納入實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核體系。

其次,實(shí)驗(yàn)操作的引導(dǎo)。正確的引導(dǎo)可以保證實(shí)驗(yàn)順利地進(jìn)行,發(fā)揮學(xué)生主體作用。教師在講解完實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)以后,只需要巡回指導(dǎo),及時(shí)糾正學(xué)生不正確的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣,對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的錯(cuò)誤、遇到的故障和存在的問(wèn)題要有針對(duì)性地給予個(gè)別啟發(fā)和點(diǎn)撥,引導(dǎo)學(xué)生充分認(rèn)識(shí)并解決一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,真正保證學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié),培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神,善于捕捉不同尋常的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并力求給予合理的解釋。

二、重構(gòu)教學(xué)體系

很多高校都認(rèn)識(shí)到了原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系過(guò)分依賴(lài)?yán)碚撝R(shí)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)偏多等問(wèn)題,從而進(jìn)行了各種改革。我們?cè)凇皬?qiáng)化基礎(chǔ)訓(xùn)練,著力提高能力,實(shí)現(xiàn)綜合培養(yǎng)”的實(shí)踐教學(xué)總體改革思路下,以人才培養(yǎng)為根本,以能力培養(yǎng)為主線,面向我校相關(guān)專(zhuān)業(yè)重構(gòu)并完善以綜合、設(shè)計(jì)和研究創(chuàng)新為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

(一)預(yù)備性實(shí)驗(yàn)

預(yù)備性實(shí)驗(yàn)是指學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和儀器設(shè)備有充分的認(rèn)識(shí),了解相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)際生活中的應(yīng)用,以便更好地在實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn),提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。預(yù)備性實(shí)驗(yàn)主要由物理實(shí)驗(yàn)導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)和預(yù)做系統(tǒng)組成。導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)包含導(dǎo)學(xué)軟件、導(dǎo)學(xué)硬件和物理實(shí)驗(yàn)資源庫(kù),實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)信息化,擁有更多的圖片和動(dòng)畫(huà),包括實(shí)驗(yàn)的視頻。預(yù)做系統(tǒng)把相關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)展現(xiàn)出來(lái),便于學(xué)生掌握整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程。

(二)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)

基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)是基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)課程的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,屬于必做實(shí)驗(yàn),主要包括基本物理量的測(cè)量、基本實(shí)驗(yàn)儀器的使用、基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練、基本實(shí)驗(yàn)分析方法和測(cè)量方法、誤差分析等涉及力、熱、聲、光、電和近代物理等不同層面和水平的各個(gè)知識(shí)點(diǎn),使學(xué)生掌握物理實(shí)驗(yàn)的基本知識(shí)、基本方法和基本技能,養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣,使之具備從事科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本素質(zhì)。

(三)綜合性實(shí)驗(yàn)

綜合性實(shí)驗(yàn)注重各學(xué)科特色和特點(diǎn),綜合多學(xué)科知識(shí)和多種儀器、多種測(cè)量方法等,重視培養(yǎng)學(xué)生綜合利用知識(shí)、處理信息、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的深度、廣度和實(shí)驗(yàn)方法的難度均高于基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn),采取必做和選做相結(jié)合的方式,與學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)屬于必做部分,對(duì)自己感興趣的其余實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以進(jìn)行一定數(shù)量的選做,在教師指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。

(四)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[3]

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)以學(xué)生自主設(shè)計(jì)、獨(dú)立實(shí)驗(yàn)為主,教師只起輔助性的指導(dǎo)作用。要求學(xué)生自由選題,綜合運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知識(shí)、儀器、方法、手段等,獨(dú)立地設(shè)計(jì)出能達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期目的的、可行的實(shí)驗(yàn)方案,教師負(fù)責(zé)審查設(shè)計(jì)方案的物理思想和方案的可行性。學(xué)生獨(dú)立完成一次比較完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。并得出合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。充分發(fā)揮學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的積極性和主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段能力和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不僅是對(duì)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和綜合性實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)成效的檢驗(yàn),還要為創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),因此在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都要嚴(yán)格把關(guān),落到實(shí)處。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目流程如圖 1所示。

(五)研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)目的主要是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新激情和創(chuàng)新靈感,增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維,提高學(xué)生處理復(fù)雜問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和樂(lè)于合作、善于合作的團(tuán)隊(duì)精神。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容反映了教師的科研水平和特色,把教師課題中的部分研究?jī)?nèi)容移植到實(shí)驗(yàn)室中變?yōu)檠芯縿?chuàng)新性實(shí)驗(yàn),根據(jù)學(xué)生的興趣,采用導(dǎo)師制方式,雙向選擇。學(xué)生從指導(dǎo)教師處得到實(shí)驗(yàn)課題后,從查閱資料、研讀文獻(xiàn)、鉆研有關(guān)理論開(kāi)始,學(xué)生先提出自己的實(shí)驗(yàn)研究方案,經(jīng)與指導(dǎo)教師研討后,開(kāi)始實(shí)驗(yàn)研究,最后以科技論文的格式寫(xiě)出綜合研究報(bào)告。

圖1 設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目流程圖

三、注重因材施教[4-5]

在本、專(zhuān)科大學(xué)和綜合性大學(xué)的理工科專(zhuān)業(yè)基本上都開(kāi)設(shè)有普通物理實(shí)驗(yàn)課程,有些學(xué)校的文科專(zhuān)業(yè)為了培養(yǎng)學(xué)生的物理思維也把它設(shè)為了選修課程。顯然,學(xué)生的基礎(chǔ)有很大的差異,如果都按照原來(lái)的同一教學(xué)模式,難免就會(huì)出現(xiàn)有些學(xué)生“吃不飽”而激不起學(xué)習(xí)興趣,有的學(xué)生“吃不消”而失去學(xué)習(xí)興趣,這樣很難調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。因此,要因材施教,對(duì)不同水平的學(xué)生應(yīng)有不同的要求、不同的標(biāo)準(zhǔn)。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和研究創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)都應(yīng)具有很多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可供學(xué)生選擇,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的難易性,而且體現(xiàn)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)性。讓基礎(chǔ)好的學(xué)生可以選擇較難的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,還可以選做不是本專(zhuān)業(yè)方向所開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。教師可以要求學(xué)生不僅知道“應(yīng)該怎么做”,還應(yīng)該知道“為什么這么做”,進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生思考“還能怎么做”,試圖使學(xué)生懂得如何去研究物理問(wèn)題,把著眼點(diǎn)放在培養(yǎng)學(xué)生如何用實(shí)驗(yàn)方法去解決問(wèn)題,為以后從事物理學(xué)研究奠定基礎(chǔ),而且提供他們更多的動(dòng)手動(dòng)腦的平臺(tái),如讓他們參加課外科技活動(dòng)小組等。對(duì)基礎(chǔ)差的和文科類(lèi)的學(xué)生則著重培養(yǎng)他們規(guī)范操作能力,使他們養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣,啟發(fā)他們多思考,動(dòng)手與動(dòng)腦相結(jié)合,學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。

四、推進(jìn)課外科技活動(dòng)開(kāi)展[6]

讓學(xué)生參加課外科技活動(dòng)是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的有效途徑之一。把課堂拉到課外,是對(duì)教學(xué)的有力補(bǔ)充,充分利用實(shí)驗(yàn)室特有的設(shè)備資源,為基礎(chǔ)好的學(xué)生營(yíng)造一個(gè)能夠充分動(dòng)手實(shí)踐,發(fā)揮他們的想象力、思維能力和創(chuàng)新能力,體現(xiàn)團(tuán)隊(duì)合作精神的健康環(huán)境?？萍蓟顒?dòng)可從 3個(gè)方面來(lái)進(jìn)行。

(一)維修實(shí)驗(yàn)儀器

維修實(shí)驗(yàn)儀器有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)這些儀器的機(jī)械機(jī)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)或光學(xué)結(jié)構(gòu),通過(guò)故障現(xiàn)象來(lái)分析判斷故障的原因,學(xué)會(huì)自己動(dòng)手去排除故障,在維修過(guò)程中逐步熟悉常用工具的使用方法和操作技巧,也培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

(二)制作小型的教學(xué)儀器

學(xué)生在制作教學(xué)儀器的過(guò)程中,一定要去查一些相關(guān)方面的資料,讓他的知識(shí)面更廣,而且也鍛煉了思維力、想象力以及篩選有用資料的能力。每當(dāng)一個(gè)設(shè)計(jì)思路出來(lái)后,要求教師和幾個(gè)同學(xué)一起來(lái)討論它的可行性,這有利于培養(yǎng)學(xué)生們的合作意識(shí),而且親自制作成功的教學(xué)儀器會(huì)讓學(xué)生體驗(yàn)到成就感,讓他們對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的興趣大增。

(三)開(kāi)發(fā)新實(shí)驗(yàn)

可由基礎(chǔ)好的學(xué)生在教師的帶領(lǐng)下完成,一般分為兩類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn):把科研成果濃縮轉(zhuǎn)化為物理實(shí)驗(yàn)和引進(jìn)國(guó)外的一些典型實(shí)驗(yàn)。將科研成果濃縮轉(zhuǎn)化為物理實(shí)驗(yàn)有不少好處:一是選題新穎,能夠培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì),增強(qiáng)科研意識(shí);二是不但能使學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)儀器的制作,還能將前沿科學(xué)、新技術(shù)及時(shí)傳授給學(xué)生,這類(lèi)題目能啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維,拓展想象空間,增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣;三是開(kāi)發(fā)成功的實(shí)驗(yàn)可以納入以后的物理實(shí)驗(yàn)中去,這有助于教學(xué)內(nèi)容的更新。國(guó)外一些大學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)構(gòu)思巧妙,內(nèi)容新穎,物理思想豐富,綜合性強(qiáng),在力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)之間沒(méi)有嚴(yán)格的界限,值得引進(jìn)。

[1] 張學(xué)軍,王鎖萍.全面改革實(shí)驗(yàn)教學(xué) 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005(1):4.

[2] 姚橙.提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效率的研究與探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2010(3):31.

[3] 賀梅英,章國(guó)英,金丹青,等.設(shè)計(jì)型物理實(shí)驗(yàn)的研究開(kāi)發(fā)與思考[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué),2009(4):81.

[4] 魏山城,任玉珍,韓書(shū)儉.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法促進(jìn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索,2005 (3):60.

[5] 隗群梅.改變物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新性人才[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2009(1):107.

[6] 張萍,李學(xué)慧,劉軍,等.開(kāi)展課外科技活動(dòng),培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn),2003(2):89.

(責(zé)任編輯 魏艷君)