摘 要：物理由于其學(xué)科的特殊性，需要大量的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行輔助教學(xué)。隨著21世紀(jì)科技的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會(huì)對(duì)高素質(zhì)物理人才的要求。同時(shí)傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)方法和手段單一，難以滿足學(xué)生進(jìn)行自主性和創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的需求。因此，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革勢(shì)在必行，其宗旨就是為社會(huì)培養(yǎng)適應(yīng)當(dāng)代科技發(fā)展的高素質(zhì)創(chuàng)新型物理人才。物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)借鑒當(dāng)代最新教學(xué)思想和科技成果，運(yùn)用高科技教學(xué)手段，如CAI、多媒體等，創(chuàng)建多元化的開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：物理 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 改革創(chuàng)新

中圖分類號(hào)：G633 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）09（b）-0015-02

目前，高校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革已經(jīng)取得了一定的成果。如中國(guó)科技大學(xué)“理科實(shí)驗(yàn)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維創(chuàng)新能力的研究與實(shí)踐”項(xiàng)目組，以我國(guó)高等教育改革為基礎(chǔ)，對(duì)高等物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)的改革，并且頗見成效。經(jīng)過研究和發(fā)現(xiàn)，物理實(shí)驗(yàn)改革的措施包括以下幾個(gè)方面。

1 發(fā)展教育技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)模式

長(zhǎng)期以來，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)一直是一個(gè)難題，在很大程度上限制了物理教學(xué)質(zhì)量的提高以及教學(xué)改革的深化。究其原因，主要是由于物理實(shí)驗(yàn)資源的匱乏所引起的。隨著時(shí)代的發(fā)展和科技的進(jìn)步，創(chuàng)新型人才的需求對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也提出了更高的要求。傳統(tǒng)的物理教學(xué)都是以傳授物理知識(shí)為主，開設(shè)物理實(shí)驗(yàn)為輔，不但限制了學(xué)生主動(dòng)能動(dòng)性的發(fā)揮，而且不利于學(xué)生創(chuàng)造思維和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。然而單靠教學(xué)資源的補(bǔ)充是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要提高物理教育技術(shù)，創(chuàng)新教學(xué)實(shí)驗(yàn)手段。20世紀(jì)90年代以來，信息技術(shù)的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的普及，給物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革帶來了新的契機(jī)，即物理虛擬實(shí)驗(yàn)。它不但有效節(jié)約了物理實(shí)驗(yàn)資源，同時(shí)，給學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)提供了良好的條件。1996年，中國(guó)科技大學(xué)天文和應(yīng)用物理系開發(fā)出世界上第一套仿真物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件，并于1998年進(jìn)行改進(jìn)和完善，取得國(guó)際領(lǐng)先水平。1999年，該校又推出了《大學(xué)物理虛擬實(shí)驗(yàn)》的Internet網(wǎng)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，使得更多的學(xué)生掌握和運(yùn)用這一技術(shù)進(jìn)行物理學(xué)習(xí)。物理虛擬實(shí)驗(yàn)體現(xiàn)了當(dāng)代物理教育技術(shù)的創(chuàng)新，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革具有重要價(jià)值和意義，具體表現(xiàn)為：

（1）物理理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合。

傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到教學(xué)設(shè)施以及課堂時(shí)間的限制，教師往往把理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)分開進(jìn)行，要么單純?cè)诮淌疑侠碚撜n，要么單純?nèi)?shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，很難把二者結(jié)合起來。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)改變了這種僵硬的教學(xué)模式，把理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、教師教學(xué)思路和實(shí)驗(yàn)操作有機(jī)地結(jié)合起來，開創(chuàng)了全新的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件使教師和學(xué)生的所思所想都能很快地付諸行動(dòng)，打破了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和空間的限制。思想觀念的價(jià)值，在實(shí)踐中才能得到檢驗(yàn)；同樣，物理學(xué)科知識(shí)的掌握，要在試驗(yàn)運(yùn)用中才能得到深化。

（2）利用CAI軟件教學(xué)，提高物理教學(xué)技術(shù)。

物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)手段，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，突破了課堂教學(xué)的限制，推動(dòng)了網(wǎng)絡(luò)教育的發(fā)展。虛擬實(shí)驗(yàn)軟件還同時(shí)開設(shè)了“物理思想進(jìn)化啟迪”Seminar課程—— 按照當(dāng)代物理學(xué)的發(fā)展順序?yàn)橹骶€，以各階段著名的物理實(shí)驗(yàn)為例子，揭示各種物理現(xiàn)象的本質(zhì)，加深學(xué)生的理解。同樣地，物理學(xué)科知識(shí)也是遵照從機(jī)械動(dòng)力學(xué)到場(chǎng)與相對(duì)論再到量子觀這一發(fā)展順序編撰的。通過高仿真的物理模擬實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解不同階段物理概念的革新和技術(shù)的創(chuàng)新，把握物理學(xué)向前發(fā)展的脈絡(luò)，能夠幫助學(xué)生培養(yǎng)獨(dú)立的物理思維和創(chuàng)新能力。此外，物理虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)開拓了CAI研究的新思路，帶動(dòng)我國(guó)CAI模式的發(fā)展，對(duì)其他學(xué)科CAI建設(shè)也起到一定啟發(fā)作用。

（3）合理配置教學(xué)資源，提高教學(xué)質(zhì)量。

在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有一些難度高的實(shí)驗(yàn)不但操作復(fù)雜，而且還對(duì)實(shí)驗(yàn)材料和環(huán)境要求極其嚴(yán)格，失敗率比較高。而虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼蟠蟾纳七@一狀況，提高實(shí)驗(yàn)的成功率，降低資源消耗率。通過虛擬實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程教學(xué)以及實(shí)際試驗(yàn)三者有機(jī)結(jié)合，學(xué)生能夠在課堂上反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，并與教學(xué)內(nèi)容相對(duì)照，加深理解。此外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件，創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出不同的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證自己的觀點(diǎn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性，從根本上提高物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

2 建立物理實(shí)驗(yàn)課程新體系，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)

物理實(shí)驗(yàn)課程按照層次的高低可以分為不同類型：科學(xué)小實(shí)踐、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、基本實(shí)驗(yàn)。其中基本實(shí)驗(yàn)是最低層次，主要是接受知識(shí)的過程，屬于一級(jí)基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)體系。綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)屬于二、三級(jí)的物理實(shí)驗(yàn)等級(jí)，從接受知識(shí)發(fā)展到運(yùn)用知識(shí)創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)。最高級(jí)的是科學(xué)小實(shí)踐，指在實(shí)際中運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決生活和學(xué)習(xí)中的問題。新型物理實(shí)驗(yàn)課程體系更加注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，而非只是簡(jiǎn)單的重復(fù)和驗(yàn)證。不同級(jí)別的物理實(shí)驗(yàn)代表著實(shí)驗(yàn)技能發(fā)展水平是由低到高不斷進(jìn)步的。每一級(jí)的物理實(shí)驗(yàn)都需要一定的時(shí)間來學(xué)習(xí)和掌握，最終走向科學(xué)的高峰。

（1）基本實(shí)驗(yàn)是普及實(shí)驗(yàn)，能夠滿足理、工、文、商等各專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)物理基礎(chǔ)知識(shí)的需求。它主要包括物理基礎(chǔ)知識(shí)和技能的訓(xùn)練，基本測(cè)量方法以及對(duì)生活常見的物理現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)，如力、熱、電、光等。一級(jí)物理實(shí)驗(yàn)是進(jìn)行更高級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)和前提，絮叨得到徹底的貫徹和全面的掌握。

（2）二、三級(jí)物理實(shí)驗(yàn)的難度和復(fù)雜程度都大于基本物理實(shí)驗(yàn)，但它們也更具趣味性，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力。傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)是由教師提前擺好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)所需的材料，學(xué)生只是單純的做實(shí)驗(yàn)，往往對(duì)實(shí)驗(yàn)原理卻不求甚解，背離了物理實(shí)驗(yàn)的初衷。新型的物理實(shí)驗(yàn)體系強(qiáng)調(diào)教師要以學(xué)生為主體，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識(shí)，自己設(shè)計(jì)和操作實(shí)驗(yàn)。在摸索和失敗中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，加深對(duì)物理原理的理解和掌握。二、三級(jí)物理實(shí)驗(yàn)課程適于理工科學(xué)生對(duì)物理學(xué)的進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

（3）四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)以科學(xué)小實(shí)踐為主，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究和開發(fā)運(yùn)用物理知識(shí)的能力。學(xué)生需要自己開發(fā)課程來進(jìn)行深入研究，難度比較大。因此，四級(jí)物理實(shí)驗(yàn)課程一般作為物理類專業(yè)學(xué)生的必修課，而對(duì)非物理類專業(yè)的理科學(xué)生來說，則可作為選修課。

3 改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)環(huán)境

物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容要體現(xiàn)時(shí)代性和先進(jìn)性。隨著物理學(xué)的不斷更新發(fā)展，在各級(jí)物理實(shí)驗(yàn)課程中，都應(yīng)該采用新的現(xiàn)代科技，與社會(huì)接軌，做到學(xué)以致用。例如，在對(duì)全校工、商、文科學(xué)生一、二年級(jí)所開設(shè)的物理實(shí)驗(yàn)中，已涉及光譜技術(shù)、真空技術(shù)、磁共振技術(shù)、核物理技術(shù)、X光衍射的技術(shù)、光纖技術(shù)、傳感器技術(shù)、光學(xué)信息處理技術(shù)等。這些實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，可以讓學(xué)生實(shí)際、直觀了解物理新科技的原理，拓展學(xué)生知識(shí)面，提升物理思維高度。

目前，中國(guó)科技大學(xué)開設(shè)多元化的實(shí)驗(yàn)類型，以滿足不同層次學(xué)生的需求，包括公共必修實(shí)驗(yàn)、選修實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、開放實(shí)驗(yàn)等。

首先，學(xué)校開設(shè)“大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)程教學(xué)”，利用現(xiàn)代高科技的信息技術(shù)，讓學(xué)生能夠不受場(chǎng)地和時(shí)間的限制，通過互聯(lián)網(wǎng)來對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)。學(xué)生可以更合理的安排自己的時(shí)間，甚至隨時(shí)隨地地展開物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

其次，學(xué)校開設(shè)開放性的物理實(shí)驗(yàn)室來服務(wù)學(xué)生。學(xué)生可以自由出入開放實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。同時(shí)，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)校所提供的實(shí)驗(yàn)器材和自己的理解來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師在這里只是對(duì)學(xué)生進(jìn)行一些輔助和啟發(fā)，讓學(xué)生有足夠的空間去探索和總結(jié)，并找出自己的創(chuàng)新點(diǎn)，加以論證。

最后，學(xué)校為學(xué)生開設(shè)各類仿真實(shí)驗(yàn)室，充分運(yùn)用虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，把計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件和實(shí)際試驗(yàn)結(jié)合起來。這樣不僅能夠讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)行試驗(yàn)操作，而且能夠提高那些復(fù)雜程度和困難程度高的物理實(shí)驗(yàn)的成功率。

參考文獻(xiàn)

[1]崔文芳.物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)助推學(xué)生創(chuàng)新能力提升[J].現(xiàn)代閱讀：教育版，2012（19）.

[2]楊凱華，高鳳英.我國(guó)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究的幾點(diǎn)思考[J].高等理科教育，2008（4）：101-104.

[3]周永軍，孫麗媛，楊智，等.開設(shè)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐與探索[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013（1）：114-116.