邢永強，李國峰，武 娥，楊友松

(內蒙古科技大學 數(shù)理與生物工程學院，內蒙古 包頭 014010)

地方工科院校大學物理實驗開放教學對策

邢永強，李國峰，武 娥，楊友松

(內蒙古科技大學 數(shù)理與生物工程學院，內蒙古 包頭 014010)

內蒙古科技大學是位于中西部地區(qū)的一所以冶金、采礦、煤炭、稀土為特色的院校。做好大學期間的基礎課教育是培養(yǎng) “上手快、留得住、后勁足”的畢業(yè)生的關鍵環(huán)節(jié)。以內蒙古科技大學大學物理實驗示范中心為研究對象，探討了大學物理實驗課程開放教學目前存在的困難，并從選排課、物理仿真實驗與考試系統(tǒng)、實驗報告的評閱、開設實驗選修課和創(chuàng)新性實驗四個方面對實現(xiàn)地方工科院校的大學物理實驗開放教學提出了對策。

開放式實驗教學；教學改革；科學素養(yǎng)；工科院校

內蒙古科技大學是一所以冶金、采礦、煤炭、稀土為特色，以工科為主，工、理、文、管、經(jīng)、法、藝術協(xié)調發(fā)展的多科性大學。學校以培養(yǎng)“上手快、留得住、后勁足”的畢業(yè)生為培養(yǎng)目標，2012年，學校被中華人民共和國國務院授予“全國就業(yè)先進工作單位”光榮稱號。

物理學是一門以實驗為基礎的研究物質結構、基本運動形式、相互作用及其轉化規(guī)律的學科，是科學實驗的先驅，體現(xiàn)了大多數(shù)科學實驗的共性，在實驗思想、實驗方法以及實驗手段等方面是各學科科學實驗的基礎[1-4]。從科學的來源講，有兩個最基本的來源：歸納、演繹。歸納是從實踐到理論的過程，演繹是從理論到理論的過程，且理論最終需要實驗來檢驗。然而，由于實驗條件和高考形式的限制，現(xiàn)今的中學教育較為重視演繹而不夠重視實驗，大學物理實驗是彌補入學新生在這方面不足和訓練其形成正確科學思維的一個絕佳時機。本文以內蒙古科技大學大學物理實驗開放教學實現(xiàn)過程中存在的問題和對策為研究對象，探索適合地方以工為主高校的基礎課程開放教學策略。

1 大學物理實驗課程開放教學面臨的困難

我校大學物理實驗室2008年獲評自治區(qū)級物理實驗示范中心，2009年以來，學校先后投入300萬余元，實驗項目總數(shù)由最初的16個增加到目前的40個，同時投入近50萬元對已淘汰的實驗儀器進行改造。實驗室每學期承擔著學校約4 000名本科生的教學任務。每名學生需修完16個實驗項目(春學期8個+秋學期8個)。針對這樣龐大的教學工作量，如何為學生合理地安排實驗項目？為避免與學生其他課程上課時間沖突，一直以來都采取傳統(tǒng)的手工排課方式。每學期第一周，教師為每名學生手工安排一學期每個實驗的上課時間和地點，并制作成績記錄卡片。近年來，隨著學生數(shù)量的增長和可開設實驗項目的增加，手工排課的弊病也不斷暴露：(1)很難針對學生專業(yè)背景的不同以及學生的個人興趣安排實驗項目；(2)部分學生周一至周五沒有合適的上課時間，只能將實驗時間延長到周六或周日；(3)教師排課任務繁重；(4)學期末手工計算實驗成績工作量大，且容易出錯。

隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，實驗教學的開放式管理已是必然趨勢。2012年開始著手建設物理實驗網(wǎng)絡化教學與管理平臺。經(jīng)過近二年的努力，大學物理實驗選課和成績管理系統(tǒng)的平臺已基本搭建成功。然而，在運行期間也暴露出了一系列亟待解決的問題：(1)由于學生實現(xiàn)了實驗項目的自主選擇，上課時間的自由選擇，每次上課的學生專業(yè)背景互不相同，知識層次參差不齊。由于同班級的學生不在同一時間和同一實驗室上課，不能相互提醒，經(jīng)常出現(xiàn)遲到、記錯實驗時間和實驗項目的現(xiàn)象。(2)出現(xiàn)扎堆兒選課現(xiàn)象，例如，臨近節(jié)假日和期末考試的時間選課的學生較少；少部分選課晚的學生由于可選擇的上課時間較少且與其他課程沖突，不能成功選課，上述種種現(xiàn)象造成實驗室資源的不合理利用。(3)實驗報告單的管理比較混亂，由于部分實驗學生不能在課堂上完成數(shù)據(jù)處理，課后學生不能及時將紙質報告提交到任課教師處，造成學生實驗成績不及格等現(xiàn)象。(4)學生替做實驗的現(xiàn)象增加。

我們對上述問題進行了理性的分析和思考。實驗教學的開放式管理是新型的教學管理模式，豐富了大學物理實驗課的教學內容，實現(xiàn)了多元化教學方式；充分利用網(wǎng)絡資源，擴大學生的知識面，避免了傳統(tǒng)實驗教學的單一性；實現(xiàn)了大學物理實驗課程的開放性服務，為分專業(yè)、模塊化教學改革的實施奠定了基礎[5-10]。但任何客觀事物都應具有兩面性，物理實驗教學的完全開放并不適應我校的校情。因為：(1)我校學生多數(shù)畢業(yè)于縣級、盟市級高中，且大多來自農村，區(qū)內外生源比例接近1∶1，整體生源質量處中等偏下水平。2013年的招錄分數(shù)情況顯示，內蒙古本科一批次第一志愿平均錄取分數(shù)：488.6；內蒙古本科二批次第一志愿平均錄取分數(shù)：442.3。學生的整體層次較一、二線城市的985、211院校低很多，在進入大學后的學習缺乏自主性。(2)由于實驗條件限制，大部分學生對高中物理實驗常用儀器的基本操作僅停留在“看”的階段，且沒有形成好的實驗習慣。(3)盡管現(xiàn)在可開設的實驗項目已逾40個，但由于實驗室擺放儀器面積的限制，每學期可擺放的儀器種類受到一定限制。因此，我校學生并不能適應實驗教學的全開放式管理。鑒于上述考慮，我們提出適合我校校情的大學物理實驗開放教學對策。

2 大學物理實驗開放教學對策

2.1 合理地選排課

合理的選排課環(huán)節(jié)是學生能否順利完成實驗項目的前提，我們提出將手工排課和選課系統(tǒng)自主選課結合的辦法去克服目前出現(xiàn)的問題。學期初，教師首先將不同專業(yè)的學生分組，盡量保證同一班級的學生在同一時間段上課。接著，要求學生按照分組情況進入網(wǎng)絡選課系統(tǒng)自主選擇實驗項目。這樣的選課方法既統(tǒng)籌安排了實驗的教學過程，又體現(xiàn)了開放教學的自主性，其優(yōu)點有：(1)學生上課時，可相互提醒，避免了因記錯上課時間而延誤實驗；(2)可指派班長或學習委員核查學生身份信息，有效遏制了學生替做實驗現(xiàn)象；(3)實現(xiàn)了學生根據(jù)自己的專業(yè)特色和學習興趣自主選擇實驗項目的教學目標;(4)選課系統(tǒng)已包括了成績管理的功能，學期末可直接導出學生的實驗平均成績，克服了手工計算實驗成績的冗繁過程。

2.2 物理仿真實驗與考試系統(tǒng)

我校地處國家中西部，盡管隨著地區(qū)經(jīng)濟和學校的發(fā)展，實驗條件已有很大改善、實驗項目亦在陸續(xù)增加，但與清華、北京大學等一流院校相比較，可供學生操作的實驗項目畢竟有限。仿真實驗是擴展課堂教學內容、拓展學生學習興趣、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效教學手段。我校已于去年購買了中科大奧銳科技有限公司的大學物理仿真實驗系統(tǒng)和考試系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有界面友好、實驗指導信息豐富，靈活選擇實驗儀器，實驗針對性強等優(yōu)點。目前包含30個實驗項目：用單擺法測量重力加速度、交流諧振電路及介電常數(shù)的測量、熱敏電阻溫度特性研究實驗、用凱特擺測重力加速度、不良導體熱導率的測量、半導體溫度計的設計、雙臂電橋測低電阻實驗、動態(tài)磁滯回線的測量、溫度傳感器溫度特性測試與研究、示波器實驗、分光計實驗、設計萬用表實驗、聲速的測量、三線擺法測剛體的轉動慣量、測量銻化銦片的磁阻特性、偏振光的觀察與研究、干涉法測微小量(牛頓環(huán)和尖劈)、橢偏儀測折射率和薄膜厚度、邁克耳孫干涉儀、檢流計的特性研究、塞曼效應實驗、密立根油滴實驗、直流電橋測量電阻(自組式和箱式)、拉曼光譜實驗、光電效應和普朗克常量的測定、交流電橋、太陽能電池的特性測量、拉伸法測金屬絲的楊氏模量、霍爾效應實驗、光強調制法測光速。

考核是實驗教學中的重要環(huán)節(jié)，也是教學過程和教學方法的重要組成部分。為此，我們購買了物理實驗考試評判系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了上述仿真實驗項目和試題庫，命題教師也可根據(jù)自己的教學情況自主命題。

具體教學過程中，我們鼓勵學有余力的學生在修完必做實驗項目后，有選擇地完成仿真實驗。學期末，將根據(jù)仿真實驗的完成情況和考試成績，給予加分鼓勵。針對重修的學生，可要求其完成仿真實驗并進入考試系統(tǒng)進行測試。仿真實驗和考試系統(tǒng)的引入極大地豐富了大學物理實驗的教學內容教學的靈活性。

2.3 實驗報告的評閱

我校大學物理實驗室對所有的學生實驗報告仍采取手工評閱方式。這種評閱方式造成報告評閱后不能及時、甚至無法返回到學生手中，以便學生查證自己實驗過程中存在的問題；同時也耗費了教師大量的精力。我們正在嘗試學生的部分實驗報告采用網(wǎng)絡自動評閱的方式進行，學生既可以及時查看自己的實驗成績，也可以發(fā)現(xiàn)自己實驗過程和結果中存在的問題。目前，已購買了中科大奧銳科技有限公司的實驗報告自動評閱系統(tǒng)，但實驗項目與我們開設的項目并不完全吻合，需進一步合作完善。

2.4 開設實驗選修課和創(chuàng)新性實驗

為進一步實現(xiàn)大學物理實驗教學的開放，可以在每學期開設大學物理實驗選修課和創(chuàng)新性實驗。實驗選修課的儀器臺套數(shù)可以少一些，但實驗項目數(shù)要盡量多，有助于開拓有興趣學習大學物理實驗學生的學術視野、加強動手能力、形成良好的科研素養(yǎng)。創(chuàng)新性實驗主要基于現(xiàn)有廢舊儀器，鼓勵學生去改造發(fā)掘新功能，充分調動學生學習物理實驗的主觀能動性、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

3 結束語

內蒙古科技大學是內蒙古高校管理體制改革試點單位，大學物理實驗示范中心作為學校重要的基礎教學部門應該因材施教、因地制宜，設計出既有效又適合本校校情的大學物理實驗開放教學策略。本文以內蒙古科技大學為例，提出徹底的開放性教學并不適合位于中西部地區(qū)的地方工科院校，并給出了相應的解決方案。對“物理實驗的開放教學”的理解不能教條化，應根據(jù)不同地區(qū)、不同生源、不同校情調整對實驗開放教學內涵的理解。只有制定出適合本校校情的實驗開放教學實施方案，學生才能充分利用實驗室的現(xiàn)有資源，才能充分發(fā)揮教師的指導作用，才能充分調動學生學習的主動性，才能培養(yǎng)學生的基本科學實驗技能、提高學生的科學實驗素養(yǎng)、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和積極主動的探索精神。

[1]教育部高等學校物理基礎課程教學指導分委員會.理工科類大學物理實驗課程教學基本要求[M].北京:高等教育出版社,2010.

[2]王宙斐.大學物理實驗[M].北京:中國農業(yè)大學出版社,2009.

[3]張志芹.加強開放實驗教學，提高物理實驗教學質量[J].實驗技術與管理,2011,28(8):288-290.

[4]霍中生,姚列明,鄔邵軼,等.全程及全員創(chuàng)新體驗式物理實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2014,31(4):196-199

[5]寧智華,祖小濤,董澤淮,等.網(wǎng)絡技術在實驗教學改革中的應用[J].實驗技術與管理,2007,24(5):66-69.

[6]徐燕，劉明熠，張開驍.大學物理開放實驗建設的研究與實踐[J].大學物理實驗，2014,27(2)：109-111.

[7]關壽華,鄭建洲,張萍.開放物理實驗教學模式的探索與實踐[J].實驗技術與管理,2011,28(7):238-240.

[8]李未,陳小玲,何玉平.工科院校大學物理開放實驗教學模式探討與實踐[J].大學物理實驗,2011,24(4):97-98.

[9]趙愛清,楊大鵬,溫隨群.開放型大學物理實驗教學的探討[J].物理通報,2011,2:45-46.

[10]張潞英,周有平,謝嘉寧,等.大學物理實驗課程減學時后的教學改革[J].高校實驗室工作研究,2012,114(4):19-21.

Strategy for Open Teaching in Physical Experiment of Local Engineering College

XING Yongqiang, LI Guofeng, WU E, YANG Yousong

(School of Mathematics, Physics and Biological Engineering, Inner Mongolia University of Science and Technology, Baotou 014010, China)

Inner Mongolia University Science and Technology is located in central and western area of china, in which the characteristic specialty is metallurgy, mining, coal and rare earth. A good education of basic course during college is critical for producing excellent graduates. In this study, the difficulties of the open teaching in physical experiment were discussed. Furthermore, the strategy of achieving open teaching in physical experiment of local engineering college was proposed from the aspects of selected course, system of simulation experiment and examination, optional course and innovative experiment.

open teaching in experiment; teaching reform; scientific literacy; engineering college

2014-10-02

內蒙古科技大學2013年理科基地教改基金資助項目：大學物理實驗教學部網(wǎng)絡選課系統(tǒng)的完善資助項目(JY2013109)。

邢永強(1984-)，男，博士，講師，主要從事大學物理實驗教學與科學研究。

G642.423;04-33

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.01.038