陳水橋，李海洋，陳洪山，陳紅雨，鮑德松

（浙江大學物理學系，浙江杭州310027）

研究型物理實驗以內(nèi)容為中心的站隊式教學方法探索

陳水橋，李海洋，陳洪山，陳紅雨，鮑德松

（浙江大學物理學系，浙江杭州310027）

提出了研究型物理實驗課程的以內(nèi)容為中心的站隊式教學方法，介紹了該方法給本科實驗教學帶來的可行性效益.重點在4個方面進行了建設(shè)和探索：站隊式教學模型、類別化課程內(nèi)容、層次化教師隊伍和自主性選課系統(tǒng).

教學方法；課程建設(shè)；站隊式；SRTP項目

1 引 言

在實驗教學改革與建設(shè)中，談?wù)撟疃嗟氖且詫W生為中心的教學改革，所以大家把許多資金和人力資源投入到網(wǎng)站建設(shè)、選課系統(tǒng)建設(shè)和考試改革上［1］.筆者對此有不同看法.其實，以學生為中心的教學改革更確切地說是一種教育目標.而對實驗室來說，以實驗內(nèi)容為中心的教學改革才是實驗室生存的根本.網(wǎng)站建設(shè)等固然重要，但是如果實驗內(nèi)容沒建設(shè)好，再優(yōu)秀的網(wǎng)站和選課系統(tǒng)也沒用.因為讓學生上網(wǎng)選課不是自主性選課，而是自由性選課，所以學生選課的自由往往受到許多限制，比如可選實驗范圍太小，個數(shù)太少，實驗內(nèi)容不適合該專業(yè)學生，等等.所以自由成了一種形式，更談不上自主.主要原因是缺少以實驗內(nèi)容為中心來建設(shè)課程體系.本文研究的主要課題就是以內(nèi)容為中心的站隊式教學方法及研究型實驗課程建設(shè)，該方式已應(yīng)用在浙江大學“研究型物理實驗”課程教學中，希望對實驗課程建設(shè)的軟實力發(fā)展做些有益的探索.

2 研究型物理實驗課程建設(shè)保障

研究型物理實驗課程是浙江大學物理實驗中心的重點課程，對學生要求高，課程難度大，學習方法多，學生自主性強，每學期面向約400名學生開課.“研究型物理實驗”課程要能更好地服務(wù)學生，關(guān)鍵在于實驗內(nèi)容和實驗教學方法的改革.

本文提出的研究型實驗課程建設(shè)的以內(nèi)容為中心的站隊式教學方法改革的保障有如下6點：

1）研究型物理實驗課程本身就是一門不斷探索的課程，課程不受外部因素影響，教學主動權(quán)和獨立性比較大，授課方法可以因人而異.

2）研究型實驗的前身是課題實驗，它是在課題實驗的基礎(chǔ)上進行了擴展和改革.課題實驗已經(jīng)運行8年多了，它為研究型實驗的順利改革提供了堅強的保障.

3）從事研究型物理實驗課程的教師隊伍比較穩(wěn)定，授課教師均有6年以上從事課題實驗工作的經(jīng)驗.

4）實驗中心已經(jīng)在前期課題實驗教學方法和教學內(nèi)容的改革上取得了一定的成效.

5）課題實驗課程內(nèi)的學生在指導(dǎo)教師的帶領(lǐng)下寫了許多論文，取得了一定的成績，為研究型實驗課程的教學方法的改革打下了基礎(chǔ).

6）物理實驗中心專門為每個研究型課程的學生研究小組撥了一定的研究經(jīng)費，提供了良好的財力保障.

3 站隊式的教學方法

研究型物理實驗是浙江大學的優(yōu)質(zhì)課程，它主要面向全校理工科試驗班學生開課.所以任務(wù)艱巨，教學質(zhì)量的好壞直接影響學生的實踐能力培養(yǎng).如何開課，采用何種教學模式和方法是課程建設(shè)的重點.本文的研究對培養(yǎng)優(yōu)秀學生的創(chuàng)新能力和健全課程建設(shè)至關(guān)重要［2］.本文提出的研究型物理實驗課程的站隊式教學方法是根據(jù)學生層次、專業(yè)和興趣不同的分類法實驗教學方法.特別是，實驗課程內(nèi)容被分成5個隊列：課題隊、項目隊、探索隊、設(shè)計隊及高實隊.每個隊列有兩名以上指導(dǎo)教師，學生先選隊列（方向），再選課程內(nèi)容（目標），最后選教師（對象）.學生經(jīng)過分級進階法獲得并完成實驗課程.這種教學方法因人而異，所以提高了學生的研究能力，激發(fā)了學生的創(chuàng)新興趣.特別是因為這種方法的實施是讓課程去適應(yīng)學生，而不是讓學生來適應(yīng)課程，因此對提高學生的自主性和研究興趣大有幫助.同時也拓展了課程內(nèi)容［3］.

站隊式的教學方法主要體現(xiàn)在4個方面：站隊式的教學模型、類別化課程內(nèi)容、層次化教師隊伍和自主性選課系統(tǒng).

3.1 站隊式教學模型

站隊式教學模型實現(xiàn)方法：首先，把實驗課程內(nèi)容分成課題隊、項目隊、探索隊、設(shè)計隊和高實隊，教師排成A隊，學生排成B隊.然后，以實驗課程內(nèi)容為中心，教師和學生均根據(jù)自身特長站到自己喜歡并適合的實驗課程內(nèi)容隊列，完成學生與教師的雙向選擇，使得教師在工作中更加得心應(yīng)手，也使得學生找到了適合自己的實驗內(nèi)容和指導(dǎo)教師，有益于研究型實驗課程的良好發(fā)展［4］.操作方法見圖1.

圖1 站隊式教學方法

站隊式的教學模型的優(yōu)點有：

1）學生和教師自主性得到加強.

2）學生和教師可選實驗內(nèi)容的范圍擴大了.

3）學生和教師研究的知識點更加細化了.

4）學生和教師的互動能力得到增強.

5）學生和教師的自主創(chuàng)新能力得到提升.

3.2 類別化課程內(nèi)容

研究型實驗的教學內(nèi)容除了課題類實驗外，還增加了項目類實驗、探索類實驗、設(shè)計類實驗和高實類實驗.這種分法不但細化了實驗內(nèi)容，讓學生選擇實驗課程內(nèi)容時一目了然，而且提高了實驗效率，促進了實驗室建設(shè)，使得管理更方便，維護更簡單，排課更容易.特別是實驗內(nèi)容難易都有，學生可根據(jù)自己的能力來選擇實驗內(nèi)容.真正做到了實驗室與學生的雙贏.

3.2.1 課題類研究實驗

課題實驗實行多向式教學方法.學生必須自己思考問題，自己摸索方向，自己搭建實驗平臺，自己設(shè)計實驗進程，自己調(diào)配實驗儀器，必須自己采購或加工必需的材料或儀器，必須自己去請教相關(guān)研究領(lǐng)域的院校教師，甚至自己開發(fā)所需儀器，同時也大大降低了指導(dǎo)教師在其中的權(quán)重.課題實驗要求學生事事躬行，目的不僅是學習知識和做研究，還鍛煉了學生的為人處事能力.

物理課題實驗內(nèi)容的建立采用交叉網(wǎng)狀模式的儀器配置方法來實現(xiàn)，如圖2所示.

圖2 課題實驗儀器系統(tǒng)建立的交叉網(wǎng)狀模式

基于交叉網(wǎng)狀模式，課題實驗內(nèi)容被分成了五大類：應(yīng)用類課題實驗、論證類課題實驗、開發(fā)類課題實驗、探討類課題實驗和驗證類課題實驗.課題實驗內(nèi)容的交叉網(wǎng)狀模式不但使課題內(nèi)容更加有條理，而且使學生在選擇課題時更加清晰和明確.

課題實驗實行多向式教學方法，見圖3.多向式教學方法使得學生不僅僅在實驗室里閉門造車，還要想方設(shè)法獲得儀器廠家、研究所、網(wǎng)站、市場等各方面的幫助和指導(dǎo).

多向式課題實驗教學方法最大的功效在于充分發(fā)揮了學生的實踐性、自主性和靈動性.讓指導(dǎo)教師成了真正的“幕后推手”.

圖3 多向式教學方法實施模型

3.2.2 項目類研究實驗

項目類實驗主要是指SRTP項目.SRTP項目就是大學生科研訓練計劃（Student research training program）的簡稱，是本科實踐教育教學改革的重要舉措之一，主要通過對學生立項，給予一定科研經(jīng)費的資助，為本科生提供科研訓練的機會，使學生盡早進入各專業(yè)科研領(lǐng)域，接觸前沿科學，了解學科發(fā)展動態(tài)；增強學生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生創(chuàng)新和實踐動手能力；加強合作交流，培養(yǎng)團隊協(xié)作精神，提高學生綜合素質(zhì).

SRTP是浙江大學培養(yǎng)人才的長期計劃，不僅要學生學習和掌握本專業(yè)的基本知識與技能，而且要學習具備創(chuàng)造性地解決所學專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)理論和實踐問題的基本能力，它的培養(yǎng)目標與實驗中心的研究型實驗課程是完全一致的.SRTP項目與研究型實驗課程結(jié)合，激發(fā)了學生的實驗研究趣味，讓實驗內(nèi)容變得更加充實.學生既完成了必修的實驗內(nèi)容，又完成了SRTP項目，一舉兩得，深受學生喜歡.

3.2.3 探索類研究實驗

探索類實驗是指能為學生提供廣闊思考空間的實驗.這些實驗內(nèi)容靈活多變，實驗手段不一，實驗方法眾多.它能吸引學生的目光，讓學生在學習過程中產(chǎn)生無限的想象，吸引學生去探索物理現(xiàn)象.比如：YAG激光光譜分析與研究、多介質(zhì)法超聲波干涉、邁克耳孫干涉儀測鈉光波長實驗方法改進、測量結(jié)果的不確定度評定等題目［5］.

通過這些探索類實驗內(nèi)容不斷拓寬學生的視野，激勵學生的創(chuàng)新意識.

3.2.4 設(shè)計類研究實驗

設(shè)計類實驗是一個開放的工作平臺，主要培養(yǎng)學生的動手能力和開發(fā)能力.設(shè)計類實驗的內(nèi)容廣泛，學生接觸的同類儀器比較全面，便于學生學到更全面的知識.而且實驗方法靈活，實驗過程有趣，大大提高了學生的實驗興趣.比如：傳感器應(yīng)用實驗設(shè)計、太陽能電池板性能比較實驗設(shè)計、低溫系列設(shè)計實驗等，這些實驗內(nèi)容中大多是一個實驗中包含了許多相關(guān)的其他實驗內(nèi)容.

設(shè)計類實驗最大的特點是同一個實驗內(nèi)容由多臺實驗儀器完成.這些儀器既有進口儀器，又有國產(chǎn)儀器，還有自制儀器.所以大大拓展了學生的視野，增加了學生用多種方法測量同一物理量的能力.

設(shè)計類實驗主要提高了學生的儀器開發(fā)和應(yīng)用能力，增強了學生的實驗趣味.

3.2.5 高實類研究實驗

高實是高級實驗的簡稱，高級實驗主要指近代物理實驗儀器系列組成的研究型實驗，實驗內(nèi)容很經(jīng)典，實驗儀器比較復(fù)雜，特別受到理科類學生的喜歡.比如：彩虹全息、拉曼光譜測定及應(yīng)用、鐵氧體材料的g因子測定、離子濺射法制備金屬薄膜研究、橢偏儀的應(yīng)用和色度測量等.

高實類研究型實驗最大的特點是實驗系統(tǒng)比較復(fù)雜，儀器操作比較難.所以有一半時間消耗在熟悉儀器、實驗原理和實驗操作中.

高級實驗是物理實驗的重要組成部分，雖然實驗內(nèi)容比較局限，而且人所共知，但是它們對促進學生全面了解物理學知識大有幫助.特別是有些儀器還能在與其他實驗儀器的組合應(yīng)用中起到意想不到的作用.

3.3 層次化教師隊伍

良好的實驗教學隊伍是保證實驗教學正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵.每個教師都有適合自己的位置，各盡所能［6］.每位教師都有自己的特點，能根據(jù)自己的特點來從事或選擇研究型實驗內(nèi)容才能促進實驗課程的良好發(fā)展，才能更好地為學生服務(wù).所以研究型實驗提供給每位參與的教師選擇實驗內(nèi)容的機會，教師可根據(jù)自己的特點自主選擇實驗，而不是指派式實驗教學模式.一句話，就是把教師隊伍根據(jù)實驗內(nèi)容進行層次化分類，把教師根據(jù)自身能力和特長分成幾個層次，讓每位教師找到合適的位置，找到能最大發(fā)揮能力的地方.這些層次因為是根據(jù)研究型實驗內(nèi)容來分類的，所以分別稱做：課題層、項目層、探索層、設(shè)計層和高實層，如圖4所示.

圖4 教師隊伍層次化

3.4 自主性選課系統(tǒng)

自主性選課主要表現(xiàn)在學生可以根據(jù)自己的需求來選擇研究型實驗內(nèi)容，其關(guān)鍵在于站隊，學生站在哪個隊列就確定了研究的內(nèi)容，也確定了指導(dǎo)教師.所有選課都在網(wǎng)上完成.網(wǎng)站頁面系統(tǒng)如圖5所示.整個界面操作簡便，實驗情況簡單明了，內(nèi)容細致精簡.

圖5 研究型實驗課程選課系統(tǒng)界面

在網(wǎng)頁上，學生只能看到研究型實驗內(nèi)容，而看不到指導(dǎo)教師.教師也只能看到研究型實驗內(nèi)容，而看不到哪位學生在選擇實驗內(nèi)容，待全部選課完成后，系統(tǒng)自動建立了“教師—內(nèi)容—學生”的關(guān)系.真正做到了以內(nèi)容為中心的建設(shè)目標.

4 研究型物理實驗課程的站隊式教學方法的特色

研究型實驗的以內(nèi)容為中心的課程建設(shè)的優(yōu)點有目共睹：

1）實現(xiàn)了實驗課程內(nèi)容多樣化.

2）學生選課多渠道化.

3）全新站隊式教學方法提高了課程的開放性.

4）按學生和教師層次排課.

5）站隊式教學方法使師生無障礙交流.

6）提高了實驗儀器的利用率.

研究型實驗的以內(nèi)容為中心的課程建設(shè)也取得了比較好的成效.實驗課程建設(shè)取得了較大發(fā)展.研究型實驗課程主要在教學方法、課程內(nèi)容、教師隊伍、學生選課和師生關(guān)系5個方面進行了改革，如表1所示，指導(dǎo)本科學生完成了論文和文章見表2，指導(dǎo)學生完成的SRTP項目見表3.

表1 原課程與現(xiàn)課程變化對比表

表2 近2年本科生在物理實驗中心的研究型實驗課程中論文統(tǒng)計表

表3 近2年指導(dǎo)學生完成的SRTP項目統(tǒng)計表

5 結(jié)束語

介紹了研究型實驗課程建設(shè)情況，提出了研究型物理實驗課程的以內(nèi)容為中心的站隊式教學方法，特別是站隊式教學模型的新舉措促進了研究型實驗課程的新發(fā)展，討論了4個以內(nèi)容為中心的改革方案，不但提高了研究型實驗的教學質(zhì)量，激活了實驗教學手段，提高了實驗儀器的利用價值，豐富了實驗教學內(nèi)容，而且激發(fā)了學生研究潛能和創(chuàng)新精神，符合浙江大學作為研究型大學的需求.當然，該方法對學生和教師的要求也進一步提高，實驗課程難度也有所提高，所以該方式較適合理工科類大學的物理實驗室開展和應(yīng)用.

［1］ 陳洪山，陳水橋.從紅外成像實驗談物理實驗建設(shè)思想［J］.江西科學，2005，23（5）：645－648.

［2］ 劉燕，周嵐，胡經(jīng)國.大學物理實驗教學改革的探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2009，28（11）：171－172.

［3］ 陳水橋，陳洪山.物理實驗研究性課題式教學方法的實現(xiàn)與探討［J］.物理實驗，2008，28（6）：18－21.

［4］ 張銳波，沈劍峰，杜金潮.大學物理實驗創(chuàng)新教學［J］.實驗室研究與探索.2010，29（1）：80－82.

［5］ 陳守川.大學物理實驗教程［M］.杭州：浙江大學出版社，1995.

［6］ 陳水橋，王鯤，陳洪山.淺談如何合理性選配和組建物理實驗儀器系統(tǒng)［J］.物理實驗，2006，26（8）：16－19.

Study on the content－oriented standing－in－line teaching method of exploring physics experiment

CHEN Shui－qiao，LI Hai－yang，CHEN Hong－shan，CHEN Hong－yu，BAO De－song
（Department of Physics，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China）

Content－oriented standing－in－line teaching method of exploring physics experiments and its advantages to undergraduate experiment teaching were introduced.The construction and investigation of the content－oriented standing－in－line method were discussed in four aspects：standing－in－line teaching pattern，classified course contents，categorization of teachers’roles and autonomous course selection.

teaching method；course construct；stand－in－line pattern；SRTP project

G642.423

A

1005－4642（2012）11－0019－04

［責任編輯：尹冬梅］

“第7屆全國高等學校物理實驗教學研討會”論文

2012－03－13

浙江大學2011年度教學方法改革研究項目（No.sy－1）

陳水橋（1971－），男，浙江湖州人，浙江大學高級工程師，碩士，從事物理實驗教學與實驗技術(shù)研究.