胡 澄，林上金，白 忠，陳 宣，翟孝月，秦 猛

(解放軍理工大學(xué)，江蘇南京 211101)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是軍校對學(xué)員進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練必修的基礎(chǔ)課程，是學(xué)員接受系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練的開端。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)覆蓋面廣，具有豐富的實(shí)驗(yàn)思想、方法和手段。它在培養(yǎng)學(xué)員的嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)態(tài)度、科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒚翡J的創(chuàng)新意識、理論聯(lián)系實(shí)際解決問題的綜合應(yīng)用能力等方面具有其他實(shí)踐類課程不可替代的作用。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的自主開放式教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新精神、科學(xué)素質(zhì)和實(shí)踐能力，引導(dǎo)學(xué)員學(xué)會學(xué)習(xí)和掌握探究科學(xué)本質(zhì)的方法，為終身學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)，為軍事指揮人才積累發(fā)展后勁。

教學(xué)離不開教材，優(yōu)秀教材應(yīng)當(dāng)是學(xué)員學(xué)習(xí)和參考的工具［1］。不可否認(rèn)，現(xiàn)有大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材主要強(qiáng)調(diào)的是知識結(jié)構(gòu)的全面與簡潔、目的原理的明確與清晰、方法步驟的詳盡與可行，而缺乏對自主開放教學(xué)和自主學(xué)習(xí)能力的引導(dǎo)，如何在教材編寫中應(yīng)用這一教學(xué)思想與方法，無疑是值得研究的。

1 自主開放式教學(xué)的特點(diǎn)

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì)特征就是引導(dǎo)學(xué)員積極參與有結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)［2，3］。一方面是體現(xiàn)以學(xué)員為中心，讓學(xué)員掌握一定的操作技能，熟悉常用的科學(xué)探索方法，加強(qiáng)理論知識的理解力，揭示各種現(xiàn)象的變化過程以及對這種變化過程的描繪和預(yù)測，在實(shí)驗(yàn)室把前人的經(jīng)驗(yàn)通過儀器操作重現(xiàn)出來;另一方面以這些經(jīng)驗(yàn)為指導(dǎo)對新問題進(jìn)行探索，培養(yǎng)學(xué)員的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。因此，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主開放式教學(xué)應(yīng)立足于“以學(xué)員為主體、教員為主導(dǎo)”，從人才培養(yǎng)體系的整體出發(fā)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)員的積極性和主動性，學(xué)員作為課堂教學(xué)的主人，讓學(xué)員主動融入教學(xué)活動的全過程，體會提出問題、解決問題、創(chuàng)造新事物的認(rèn)知過程，培養(yǎng)學(xué)員的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力，發(fā)展學(xué)員的創(chuàng)造性思維。

從教員的角度來看，對學(xué)員在選題和進(jìn)度上起主導(dǎo)作用，師生在針對學(xué)習(xí)目標(biāo)的形成性評價中構(gòu)成搭檔關(guān)系，教員作為資源的管理者、支配者、指導(dǎo)者、組織者和研究者，教員能將內(nèi)容個性化并批判性的對待;從課程的角度來看，自主開放式課程產(chǎn)生于學(xué)員個人和(或)小組的興趣，自主學(xué)習(xí)過程占主導(dǎo)，問題是開放的、現(xiàn)實(shí)的，信息只在解決現(xiàn)實(shí)問題需要時尋求，知識作為學(xué)員合作探究的工具;從學(xué)員的角色來看，學(xué)員在教學(xué)中的任務(wù)、活動基于小組的合作與分工，應(yīng)用知識發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題，學(xué)員處于主體地位，能富有個性的解釋和批判知識，而不是被動的在接受式中上課聽講、消化知識、學(xué)員積累儲存知識以備將來之用。

由此可見，自主開放式教學(xué)具有三個顯著特點(diǎn):

(1)學(xué)習(xí)的環(huán)境寬松、民主。自主探究式教學(xué)中，學(xué)員可以自由自在地探索問題，大膽猜想、自由討論，發(fā)表不同的觀點(diǎn)。

(2)課堂學(xué)習(xí)以自主探究為主。教學(xué)過程中，學(xué)員獨(dú)立思考、合作討論，知識由學(xué)員自己發(fā)現(xiàn)，困難由學(xué)員自己克服，能力由學(xué)員自己在自主探索中提升。

(3)課堂上信息交流以多向交流為主。課堂教學(xué)中，信息交流的渠道是多向的:小組內(nèi)組員之間的交流;集體討論時全體學(xué)員之間的交流;實(shí)驗(yàn)過程中師生之間的交流等等。

2 自主開放式教學(xué)的運(yùn)用與實(shí)驗(yàn)教材編寫

自主開放式教學(xué)理念是根據(jù)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐總結(jié)出來的，也是由大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)決定的。然而，如何使教材編寫有意識地適應(yīng)自主開放式教學(xué)，則需要認(rèn)真思考。

2．1 正視實(shí)驗(yàn)教材編寫中的矛盾

目前的實(shí)驗(yàn)教材一般按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟、數(shù)據(jù)處理的順序進(jìn)行編寫，特點(diǎn)是教材理論敘述簡明扼要、具有整體邏輯性和個體分立性、指導(dǎo)性。在教材結(jié)構(gòu)上分為四大塊，即理論知識結(jié)構(gòu)、儀器知識結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)方法結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法結(jié)構(gòu)［4］。教材對各個結(jié)構(gòu)都有很詳細(xì)的介紹，體現(xiàn)了知識結(jié)構(gòu)的全面與簡潔、目的原理的明確與清晰、方法步驟的詳盡與可行，循序漸進(jìn)的思路。然而，當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)教材與自主開放式教學(xué)尚有一些不適應(yīng)的地方:

(1)建材體系不合理，力、熱、電、光、近代物理分工過細(xì)，內(nèi)容重復(fù)，綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)不足。

(2)缺乏啟發(fā)式、探究式引導(dǎo)，在論述實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)方法時雖然采用循序漸進(jìn)清晰講解的方法，但只是傳輸知識，學(xué)員在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時只能被動地接受知識，缺少自主組織知識的開放體系。導(dǎo)致學(xué)員只要按照書中的步驟按部就班，基本無需做深入的思考就能完成實(shí)驗(yàn)，但學(xué)員對每一步實(shí)驗(yàn)操作的物理意義很少去領(lǐng)會，因此很難達(dá)到課程培養(yǎng)的能力、素質(zhì)目標(biāo)要求。

(3)實(shí)驗(yàn)涉及到的目的、原理、方法、步驟等表述冗長，重點(diǎn)不夠突出，學(xué)員在預(yù)習(xí)時容易產(chǎn)生厭煩情緒，看完即忘，不能有效預(yù)習(xí)，達(dá)不到預(yù)習(xí)的效果。學(xué)員很難通過閱讀實(shí)驗(yàn)教材真正領(lǐng)會實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思想，形成實(shí)驗(yàn)方案，因而達(dá)到舉一反三的目的也比較困難。

為此，調(diào)研了各類大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教材，在博采眾長的基礎(chǔ)上，根據(jù)自主開放式教學(xué)的要素重構(gòu)教材結(jié)構(gòu)體系，結(jié)合軍校培養(yǎng)軍事應(yīng)用型人才的辦學(xué)定位及長期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，編寫一套基于自主開放式教學(xué)，注重培養(yǎng)學(xué)員思考與動手并舉、舉一反三與創(chuàng)新能力融合的實(shí)驗(yàn)教材。

2．2 實(shí)驗(yàn)教材的編寫原則與基本構(gòu)想

嘗試對實(shí)驗(yàn)教材的編寫體系進(jìn)行一些調(diào)整，在總體設(shè)計上，力求貫徹以學(xué)員為本的理念，注重基礎(chǔ)性、實(shí)踐性、探索性、開放性的有機(jī)統(tǒng)一，探索以循序漸進(jìn)提出問題、引導(dǎo)學(xué)員找出解決問題的根本方法為目標(biāo)，通過對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的編排，誘導(dǎo)學(xué)員在步步思考中體會解決問題的具體技術(shù)問題，從而讓學(xué)員領(lǐng)會每個實(shí)驗(yàn)的設(shè)計思想，促使學(xué)員經(jīng)過深入的思考完成實(shí)驗(yàn)，在研究和探討中形成自己的觀點(diǎn)和獨(dú)到見解，逐步培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維意識，提高創(chuàng)新能力。具體做法如下:

(1)兼顧深度與廣度。具有寬廣的覆蓋面和經(jīng)典到前沿的縱深度，既有經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，又包含足夠數(shù)量的其他實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有利于開放性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)和學(xué)員自主探索選題。給學(xué)員一個發(fā)展中的物理實(shí)驗(yàn)，將現(xiàn)代科技成果滲透到傳統(tǒng)的經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)中去，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)性與基礎(chǔ)性的統(tǒng)一，激發(fā)學(xué)員的學(xué)習(xí)熱情，縮短與現(xiàn)代科技的距離，注重現(xiàn)代信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。例如傳感器技術(shù)、光譜技術(shù)、光纖技術(shù)、非線性電路中的混沌、超導(dǎo)磁效應(yīng)等引入到大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，并注意軍事應(yīng)用價值。

(2)建立實(shí)驗(yàn)的分層教學(xué)體系。依托基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，以“基本實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)技能、實(shí)驗(yàn)思想訓(xùn)練”為主，主要為基本量的測量、基本物理現(xiàn)象與規(guī)律的觀察和分析、基本儀器的使用、基本測量方法和實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練，以及不確定度的計算與分析等［5，6］，使學(xué)員通過基本操作與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，掌握技能。通過綜合性、設(shè)計性、應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)［4-7］，達(dá)到基礎(chǔ)理論與基本技能的綜合運(yùn)用。壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，并嘗試把一些傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)如二極管的伏安特性、惠斯登電橋等改造為設(shè)計性或簡單的研究性實(shí)驗(yàn)，增加CCD特性、光纖傳感等綜合性實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，如空氣熱機(jī)、光電傳感器等。教員提出實(shí)驗(yàn)要求，學(xué)員獨(dú)立設(shè)計實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟，并獨(dú)立完成整個實(shí)驗(yàn)過程。這些實(shí)驗(yàn)在學(xué)員掌握的理論知識基礎(chǔ)上，以基本實(shí)驗(yàn)操作為主，大部分學(xué)員都可以進(jìn)行。在此基礎(chǔ)上，為部分有專長或愛好的學(xué)員開設(shè)研究性創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，例如單擺混沌、阻尼共振特性、太陽能電池、磁懸浮等，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)員的綜合分析問題、解決問題的能力，學(xué)員完成實(shí)驗(yàn)后，要提交一篇論文;學(xué)員為了能完成一篇質(zhì)量較高的論文，往往多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)、反復(fù)查資料、研究論文格式、推敲文字用詞等，部分學(xué)員的論文達(dá)到了較高的水平，增加了學(xué)員對科學(xué)研究的興趣。

(3)突出第一任職需求，因材因?qū)I(yè)施教。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課是針對所有學(xué)員開設(shè)的一門公共課程，為了適應(yīng)學(xué)員第一任職的需要，我們改變了不同專業(yè)學(xué)員開設(shè)相同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的做法，根據(jù)不同的學(xué)科施以不同的教學(xué)內(nèi)容和方法，因材因?qū)I(yè)施教。例如通信指揮專業(yè)學(xué)員側(cè)重電磁學(xué)，氣象指揮專業(yè)開設(shè)粘滯系數(shù)測定、表面張力系數(shù)測定實(shí)驗(yàn)，工程指揮專業(yè)側(cè)重力學(xué)等，充分體現(xiàn)自身的特色。

3 結(jié) 論

我們編寫大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)自主開放教學(xué)教材的理念是:從培養(yǎng)學(xué)員“自主學(xué)習(xí)能力”的基點(diǎn)出發(fā)，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材的體系，設(shè)計一個能循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)員通過自主學(xué)習(xí)來解決問題，讓學(xué)員通過思考掌握理論和技能，而不僅是按部就班完成實(shí)驗(yàn)。構(gòu)建以基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計和研究性實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，從低到高、從基本到前沿、從接受知識型到培養(yǎng)綜合能力型逐級提高的大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程新體系，教材具有較寬的覆蓋面和足夠的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，既體現(xiàn)科學(xué)的內(nèi)涵、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的更新，又要反映新技術(shù)、新方法、新設(shè)備等現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，反映物理課程和體系改革以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和研究的成果;改變力、熱、電、光、近代物理分工過細(xì)，內(nèi)容重復(fù)，綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計性實(shí)驗(yàn)、研究性實(shí)驗(yàn)不足的缺點(diǎn);改變填鴨式的教學(xué)方法，對不同系科、專業(yè)進(jìn)行不同內(nèi)容的教學(xué)，因材、因?qū)I(yè)施教;充分體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)自身的特色。

［1］ 李輝，基于卓越工程師教育培養(yǎng)計劃的教材建設(shè)［J］．中國高等教育，2012．

［2］ 霍連利，鄭棟梁．試論基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)的本質(zhì)特征與教學(xué)藝術(shù)［J］．實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，1997．

［3］ 張占新，王汝政．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施與實(shí)踐［J］．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2013(6):108-110．

［4］ 曾以成．普通物理實(shí)驗(yàn)教材結(jié)構(gòu)分析［J］．物理實(shí)驗(yàn)，1995，4．

［5］ 沈元華．大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)［M］．北京:高等教育出版社，2003．

［6］ 丁慎訓(xùn)．物理實(shí)驗(yàn)教程［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2003．

［7］ 張雄．物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計與研究［M］．北京:科學(xué)出版社，2001．