高玉梅，譚朝陽，劉 萍，袁海軍

(電子科技大學(xué)中山學(xué)院，廣東中山 528402)

大學(xué)物理實驗是現(xiàn)今高等理工科院校普遍設(shè)置的基礎(chǔ)必修課，是物理教學(xué)的一個重要組成部分，是學(xué)生進入大學(xué)后系統(tǒng)接受科學(xué)實驗方法和素質(zhì)訓(xùn)練的開端，也是后繼專業(yè)實驗課的基礎(chǔ)。其培養(yǎng)的結(jié)果甚至?xí)绊懞罄m(xù)實驗課乃至今后工作的思維、作風(fēng)。

在美國，有15%物理專業(yè)本科生能獲得博士學(xué)位，其中約50%成為物理學(xué)教授;有82%工作于其他部門。在其他部門的工作中，解決問題、人際交流的能力高過專業(yè)技術(shù)知識應(yīng)用頻率。即使在教育部門里工作，解決問題和與人溝通能力仍占主要位置［1-2］。在我國，情況與美國的有些類似，尤其在獨立學(xué)院的本科畢業(yè)生中更明顯，在工作中物理知識應(yīng)用主要是定性應(yīng)用。在提倡素質(zhì)教育的今天，大學(xué)物理實驗作為大學(xué)物理理論聯(lián)系實際一個重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用型素質(zhì)的一個很好的平臺。

通過物理實驗教學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才，授人以魚不如授人以漁。不僅讓學(xué)生掌握科學(xué)實驗的基本知識、方法和技能，更重要的是要培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、分析和解決問題的能力等與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力。正如葉圣陶先生所說:“教育真正的旨趣在于學(xué)生把老師教給他的所有知識都忘卻之后，還有受用終生的東西，那種教育才是最好的教育?！边@就是教育的終極目標［3］。在教學(xué)實踐中，注重研究教育理念，通過實驗教學(xué)能為學(xué)生積淀下終生受益的科學(xué)素質(zhì)，這才是實驗教學(xué)期待的效果。

通過物理實驗教學(xué)培養(yǎng)應(yīng)用型人才，必須時刻面向時代的發(fā)展，不斷地研究、改革教學(xué)方法。文獻［4］主要針對考核方式進行探索研究，文獻［5］研究了師范教育專業(yè)的大學(xué)物理教學(xué)改革，文獻［6］結(jié)合本校實際情況進行教學(xué)方法改革探索，文獻［7］介紹東北大學(xué)在大學(xué)物理與大學(xué)物理實驗的有機結(jié)合方面及在精品課程的建設(shè)中的成果，文獻［8，9］從學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的角度討論大學(xué)物理實驗教學(xué)改革。本文主要從獨立學(xué)院應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標探究大學(xué)物理實驗的教學(xué)改革。

1 改革考核方式，讓學(xué)生從思想上重視大學(xué)物理實驗

美籍華人丁肇中在諾貝爾獎的頒獎大會上說:“我希望通過我得到諾貝爾獎能提高中國人對實驗的認識?！鄙鲜兰o，諾貝爾物理獲獎項目中69.2%屬于實驗項目［10-11］，現(xiàn)今，國內(nèi)外很多知名前沿研究領(lǐng)域的研究所或高校研究團隊都特別重視實驗。從某種意義上說，物理實驗直接影響整個自然科學(xué)的發(fā)展。

物理實驗如此重要，實際上，很多學(xué)生在思想上不太重視大學(xué)物理實驗。當(dāng)老師原理講解、演示完畢，很多學(xué)生僅機械地重復(fù)實驗過程，根本沒有理解實驗原理，談不上領(lǐng)會該實驗過程設(shè)計巧妙之處，顯然達不到培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標。更不用說借助大學(xué)物理實驗平臺，充分利用實驗過程，主動培養(yǎng)自己的科學(xué)實驗素養(yǎng)等應(yīng)用型人才應(yīng)具備的基本素質(zhì)。僅僅從獲取學(xué)分的角度對待大學(xué)物理實驗，使得大學(xué)實驗教學(xué)并沒有發(fā)揮其應(yīng)有的重要作用。

要扭轉(zhuǎn)這一思想狀況，需要改革大學(xué)物理實驗考核方式。除考核考勤、實驗課堂操作表現(xiàn)、實驗報告質(zhì)量外，還應(yīng)增加實驗操作、數(shù)據(jù)處理單獨考試，現(xiàn)場打分［4，6］，然后給出綜合成績。改革考核制度，從而改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。只有思想上重視物理實驗，才有可能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗精神及訓(xùn)練實驗動手能力。

2 自編實驗教材

教材不僅是教學(xué)的依據(jù)，而且是學(xué)生學(xué)習(xí)的依據(jù)，其內(nèi)容應(yīng)當(dāng)把培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)及應(yīng)用知識能力放在極其重要的地位。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教材內(nèi)容追求系統(tǒng)、完整，偏重知識傳授。鑒于此，我們針對本地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展特點，結(jié)合本校學(xué)生的實際情況及專業(yè)培養(yǎng)計劃，自編了大學(xué)物理實驗教材。例如根據(jù)本地區(qū)電子工業(yè)比較發(fā)達的特點，在利用霍爾效應(yīng)測量磁場的實驗中，我們增加利用霍爾效應(yīng)判斷半導(dǎo)體元件的P型或N型內(nèi)容。

自編實驗教材比較靈活。實驗內(nèi)容一般為本校的培養(yǎng)計劃量身定做。我們從2005年開始至今，一直使用自編實驗教材，教學(xué)效果良好。另一方面，自編實驗教材因為沒有正式出版，故可以根據(jù)每一屆上課后的教學(xué)反饋，對教材的教學(xué)方法與教學(xué)內(nèi)容不斷進行小修改，直至完善。

3 借綜合性實驗改進教學(xué)方法

綜合性實驗的實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識或與本課程相關(guān)的知識。這種類型的實驗對學(xué)生的綜合素質(zhì)要求高，而且培養(yǎng)效果最好。傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)內(nèi)容比較單一，弊端多。如果全部實驗內(nèi)容為驗證性實驗，不僅實驗操作步驟簡單，而且驗證的原理知識少。因此，從培養(yǎng)應(yīng)用型人才的目標出發(fā)，大學(xué)物理實驗課程必須面向社會，必須有綜合性實驗。

另一方面，傳統(tǒng)的大學(xué)物理實驗教學(xué)方法缺乏創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。在教學(xué)過程中，有的教師詳細地講解實驗?zāi)康摹⒃?、注意事項、并且完整演示實驗步驟及儀器使用。學(xué)生根本不用預(yù)習(xí)和思考實驗中的問題，只需上課時重復(fù)老師的操作即可順利完成實驗。這導(dǎo)致有的學(xué)生實驗數(shù)據(jù)測完了還不清楚實驗原理。這種情形只會導(dǎo)致學(xué)生對實驗失去興趣，相應(yīng)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標大打折扣。這與大學(xué)實驗課程培養(yǎng)科學(xué)實驗素質(zhì)、創(chuàng)新能力的初衷相違背，與培養(yǎng)動手能力、解決問題、分析問題能力目標相違背。因此，改進大學(xué)物理實驗課程教學(xué)方法必須要有實際行動。

我們的自編實驗教材里設(shè)置有綜合性實驗。在教學(xué)方法上，我們將大學(xué)物理實驗課程拆分為大學(xué)物理實驗I和大學(xué)物理實驗II，即分2個學(xué)期開設(shè)。大學(xué)物理實驗I由于學(xué)生剛開始接觸實驗，實驗內(nèi)容沒有設(shè)置綜合性實驗，驗證性的居多，教學(xué)過程中有講解儀器使用及步驟演示。大學(xué)物理實驗II中增加綜合性實驗。在綜合性實驗教學(xué)中，去掉講解數(shù)據(jù)處理、儀器使用及實驗步驟演示環(huán)節(jié)。從實際的教學(xué)反饋來看，效果不錯。

在教學(xué)方法上，準備進一步改進。今后準備按計劃逐步取消實驗課演示環(huán)節(jié)，對于每一個實驗，然后逐步將實驗教材中近一半的實驗項目略去實驗步驟，只有實驗儀器介紹、實驗原理、實驗?zāi)康募皩嶒炓?。從而激勵學(xué)生自己查閱文獻資料，真正培養(yǎng)學(xué)生綜合分析、團隊協(xié)作的能力。從而充分發(fā)揮大學(xué)物理實驗課程培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標的潛力。

4 在數(shù)據(jù)處理上普遍采用不確定度

數(shù)據(jù)處理計算不確定度，不僅增強學(xué)生對誤差的深刻認識，而且進一步強化學(xué)生應(yīng)用高等數(shù)學(xué)知識的意識。加強數(shù)學(xué)和物理基礎(chǔ)是21世紀工程教育改革的大前提。很多同學(xué)不會靈活應(yīng)用高等數(shù)學(xué)知識。同樣的數(shù)學(xué)問題，換成物理題就不會了，或者比較難理解。數(shù)學(xué)應(yīng)用能力比較差，歸根結(jié)底，是應(yīng)用的比較少，沒有形成用數(shù)學(xué)思考物理問題的習(xí)慣。

另一方面，課程改革后，實踐、實驗課程課時比例上升，物理實驗教學(xué)的地位提升。與理論課涉及的數(shù)學(xué)知識相比，大學(xué)物理實驗涉及的數(shù)學(xué)一般不難，應(yīng)用的知識點比較單一。如果要求計算測量數(shù)據(jù)的不確定度，不僅能通過誤差的大小看出本次實驗測量結(jié)果的質(zhì)量，而且強化學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)知識的意識，對于后續(xù)的專業(yè)學(xué)習(xí)及工作都有重要的意義。

5 設(shè)置公選課

大學(xué)物理實驗的公選課內(nèi)容一般面向?qū)ξ锢韺嶒炗袧夂衽d趣的物理或電子信息專業(yè)類學(xué)生，多數(shù)設(shè)置為設(shè)計性實驗。設(shè)計性實驗在給定實驗?zāi)康囊蠛蛯嶒灄l件下，由學(xué)生自行設(shè)計實驗方案并加以實現(xiàn)，旨在以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考能力，利用實驗平臺進行創(chuàng)新性實驗。進一步為有興趣有能力的學(xué)生日后參加電子設(shè)計、機器人設(shè)計等知名全國性大賽做好鋪墊。

另外，大學(xué)物理實驗公選課還可以面向其他非對口專業(yè)的學(xué)生。滿足如計算機、化學(xué)、生物等專業(yè)的學(xué)生在物理實驗方面的需求。這些專業(yè)的學(xué)生更多側(cè)重應(yīng)用，因此可設(shè)置一些與近代物理和現(xiàn)代實驗技術(shù)密切相關(guān)的實驗課題，或訓(xùn)練在化學(xué)、生物等領(lǐng)域應(yīng)用頻率較高的實驗技術(shù)。

大學(xué)物理實驗公選課的教材要充分體現(xiàn)設(shè)計型和獨立完成這兩大核心思想。教材只有建議的實驗研究課題，沒有實驗步驟，沒有實驗原理，只有一系列的問題。學(xué)生必須獨立查閱參考書(教材中列出了必讀與選讀的參考書目)，團隊成員必須相互協(xié)作、認真研究，與指導(dǎo)老師反復(fù)討論，設(shè)計實驗方案、反復(fù)實踐，才能完成實驗要求。實驗完成后，要進行詳細的書面總結(jié)，向指導(dǎo)老師口頭匯報結(jié)果，之后學(xué)生每人遞交一份論文式的實驗總結(jié)。

6 大學(xué)物理實驗室管理員可設(shè)置勤工儉學(xué)崗位

實驗室設(shè)置多個勤工儉學(xué)崗位，讓學(xué)生有機會參與實驗室的管理與維護。我們的大學(xué)物理實驗室近幾年一直有勤工儉學(xué)崗位，學(xué)生積極申請，效果不錯。一方面可以讓更多的學(xué)生了解實驗室管理，更好理解、尊重指導(dǎo)老師和實驗員的工作;另一方面，當(dāng)設(shè)備儀器有問題需要修理時，學(xué)生有更多機會學(xué)習(xí)如何維修、維護儀器設(shè)備，發(fā)揮自己的特長幫助實驗員解決問題，學(xué)以致用。

7 結(jié) 論

按照現(xiàn)代教學(xué)論，教學(xué)過程既是一個認識過程，更是一個發(fā)展過程。在教學(xué)過程不僅要傳授科學(xué)知識，積極幫助學(xué)生完成認識過程，更重要的是促進學(xué)生全面發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)、解決問題、與人溝通等綜合能力，畢業(yè)后更好地適應(yīng)社會工作。當(dāng)然，培養(yǎng)這些綜合能力不能僅僅通過大學(xué)物理實驗教學(xué)過程短期實現(xiàn)，是一個長期的積累過程。目前，提高大學(xué)物理實驗教學(xué)效果的硬件瓶頸是資金投入不足，實驗儀器種類少，儀器設(shè)備更新緩慢。這制約了開設(shè)綜合性或設(shè)計型實驗的數(shù)目，從一定程度上也制約了教材及教學(xué)改革的發(fā)展。應(yīng)進一步增加相關(guān)投入，整合現(xiàn)有實驗資源，推陳出新，讓大學(xué)物理實驗教學(xué)這一重要環(huán)節(jié)能發(fā)揮更大的作用。

［1］HERVELEN A V.Millikan Lecture 1999:the workplace，student minds，and physics learning systems［J］.Am JPhys，2001，69(11):1139-1146.

［2］丁瑞欽，楊恢東.以電子教案為主體的大學(xué)物理學(xué)習(xí)系統(tǒng)的“匹配”作用［J］.中山大學(xué)學(xué)報論叢，2004，24(3).

［3］劉金環(huán).大學(xué)物理實驗教學(xué)模式改革與建設(shè)研討［J］.大學(xué)物理實驗，2005，18(1):72-74.

［4］尹立蘋，劉雁紅，韓聰.高校實驗教學(xué)考核模式的研究與探索［J］.實驗科學(xué)與技術(shù)，2009，5(7).

［5］成娟.銜接視野下大學(xué)物理實驗教學(xué)改革的探索［J］.大學(xué)物理實驗，26(5).

［6］張占新，王汝政，王鳳鳴.大學(xué)物理實驗教學(xué)改革措施與實踐［J］.大學(xué)物理實驗，2013，26(6).

［7］程顯中.大學(xué)物理和實驗教學(xué)內(nèi)容與課程體系的改革與實踐［J］.大學(xué)物理實驗，2013，26(5).

［8］王憶，丁瑞欽.大學(xué)物理(實驗)教學(xué)改革與地方院校學(xué)生應(yīng)用創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探索［J］.中山大學(xué)學(xué)報論叢，2006，26(5).

［9］王棟.物理實驗教學(xué)中本科生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的實踐與探索［J］.大學(xué)物理實驗，2013，26(6).

［10］徐云，崔愛芳.高校素質(zhì)教育改革與實驗室建設(shè)［J］.實驗技術(shù)與管理，2000 年，17(1):16-19.