陳中銀 / 南陽理工學院師范學院

大學物理實驗教學改革的研究

陳中銀 / 南陽理工學院師范學院

物理學是以實驗為基礎的科學，物理概念和規(guī)律是通過實驗形成的，大學物理實驗是理工科專業(yè)課的一門重要的實驗課程，理工科大學物理實驗教學基本上處于一種封閉的狀態(tài)，多年不變的教學體系和教學內容與當今飛速發(fā)展的前沿科學新理論、新技術嚴重脫節(jié)，學生對大學物理實驗課越來越感到枯燥無味，由于學校條件限制和學生水平等因素，現在的大學物理實驗教學確實存在著不足，查找原因的同時，針對性的提出了充分運用現代教育技術，全方位、多層次地進行大學物理實驗教學改革，提高大學物理實驗教學的效果。

大學物理實驗；教育技術；教學改革；效果

物理學是以實驗為基礎的科學，物理概念和規(guī)律是通過實驗形成的，大學物理實驗是理工科專業(yè)課的一門重要的實驗課程，大學物理實驗課程不僅對學生進行嚴格的、系統(tǒng)的實驗技能訓練，掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，更重要的是培養(yǎng)學生嚴謹的科學思維能力。既要尊重科學事實，又要具有創(chuàng)新能力，在科學技術快速發(fā)展的今天，對大學物理實驗教學提出更高的要求。

一、大學物理實驗目前存在的困惑

1.理工科大學物理實驗教學基本上處于一種封閉的狀態(tài)，多年不變的教學體系和教學內容與當今飛速發(fā)展的前沿科學新理論、新技術嚴重脫節(jié)，二十世紀后期科學技術發(fā)展的巨大成就很少能在大學物理實驗中得到反映，沒有體現出時代的進步。落后的實驗教學設備，因襲多年的傳統(tǒng)教學模式、方法和手段更是遠遠落后于科學技術進步的步伐，學生對大學物理實驗課越來越感到枯燥無味，相當嚴重地阻礙了學生學習的積極性、主動性、創(chuàng)造性以及現代科學思維方法的形成，不利于學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.目前，理工科大學物理實驗開設的有些物理實驗是當時科技發(fā)展的突破性成果。有的實驗對物理概念的深化、發(fā)現、總結規(guī)律和對規(guī)律本質的解釋做出了歷史性的巨大貢獻。但教學中沒有作太多講解，學生認識不到當時科學家為什么要設計這樣一個實驗，實驗設計的巧妙之處在什么地方，科學的概念和規(guī)律是怎么產生的；還有一些實驗成果為后來的科技發(fā)展開辟了新的研究范圍，派生出很多研究方向，但在教學中也沒有通過這些例子介紹學科的相關性，展寬學生的思路；有的實驗成果則產生了一個新的科學領域或者一個新的產業(yè)，但在我們教學中沒有介紹當時的科學技術背景和經濟背景，學生不了解當時的科學家和工程師怎么聯(lián)想到它的應用方向，以及發(fā)展過程，而這些內容又是培養(yǎng)學生科學素質、創(chuàng)新意識的重要環(huán)節(jié)和很好的教材。

3.大學物理實驗在內容的選擇和安排上缺乏特色。除了注重大學物理實驗本身的系統(tǒng)性、科學性之外，教學內容的選擇應該與學生所學專業(yè)有所結合，提高學生對大學物理實驗課學習的興趣和重視程度，同時在內容的安排上應該注意學生的培養(yǎng)目標，結合學生本身的基礎和特點，因材施教，從而提高學生的綜合素質。

4.大學物理實驗課程與物理理論課以及物理實驗與學生所學專業(yè)的結合，在我們以往的實驗課程安排上，也有許多不盡人意的地方。例如，許多實驗內容在理論課教學中，要么不講，或者少講，存在脫節(jié)現象；在實驗課中開設的與學生所學專業(yè)聯(lián)系緊密的實驗內容也比較少見。

二、充分利用現代教育技術，多層次多方位進行大學物理實驗教學的改革

1.穩(wěn)固基礎實驗，增加現代物理實驗，提升實驗教學水平。強化基礎實驗教學，拓寬實驗教學口徑。傳統(tǒng)的物理實驗主要有演示性實驗、驗證性實驗，以測量性、驗證性實驗為主要內容，所采用的教學模式多是讓學生按部就班地完成教師準備好的實驗項目，這些實驗對培養(yǎng)學生的基本實驗技能、基本實驗方法、常用儀器的使用以及數據處理方法無疑是十分必要和重要的。但如果僅局限于經典實驗，模式顯得單一，教學內容過于陳舊，也難以提高學生的興趣。面對知識經濟時代的到來，必須改革以往實驗內容僅是課堂教學的驗證和補充的教學模式，建立以物理理論為基礎，以實驗能力培養(yǎng)為主線的實驗教學體系。

為此，我們認為應該做好兩方面的工作。首先抓好基礎實驗課教學，通過做一些具有代表性的基礎實驗，例如長度測量、電學基本測量、電位差計、示波器的使用等，目的是使學生掌握基本測量儀器的調節(jié)技術和操作規(guī)范，學會正確處理實驗數據。其次，開設近代物理和綜合性實驗。如霍耳效應應用、動態(tài)楊氏模量實驗、邁克爾遜干涉實驗等，讓學生了領會實驗設計的技巧，理解物理理論的內涵，能將理論和應用緊密結合起來，培養(yǎng)知識面寬廣、有創(chuàng)新能力的學生。第三，打破傳統(tǒng)教學模式，引入計算機模擬與仿真實驗等現代化教學手段。利用多媒體技術，可以對實驗原理和實驗過程進行生動形象的模擬仿真，聲音、圖像、動畫、文字有機地組合在一起，增強教學活力，激發(fā)學生的學習興趣，調動學生做實驗的積極性和主動性。

2.理論聯(lián)系實際，開設設計性、研究性實驗。從物理學的發(fā)展歷史來看，物理學的發(fā)展是同實驗密不可分的，無論是18世紀的牛頓力學還是20世紀的相對論和量子力學，無不都和實驗緊密相關。伽利略、牛頓等物理學先驅在做了大量的實驗后，對實驗現象作出了總結歸納，從而產生了影響深遠的經典力學。19世紀末由于黑體輻射等幾個用經典物理理論不能解釋的實驗結果的出現，從而導致了愛因斯坦、普朗克等人提出了相對論及量子力學理論，使物理學得到了又一次飛躍性的發(fā)展?？梢钥闯觯锢韺W的理論與實驗是相互依存的，因此，在大學物理學的教學中，必須在傳授物理理論知識的同時進行物理實驗的操作，以便使學生能夠有感性和理性雙重認識。這就要求我們改變傳統(tǒng)實驗教學模式，增加設計性實驗、研究性實驗，甚至探索性實驗，建立開放式實驗教學模式，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。

設計性實驗著重培養(yǎng)學生實驗設計能力，通過教師擬定題目，實驗中心提供場地和儀器，或者學生自擬題目，實驗中心提供場地和儀器等形式，給學生提供一個設計平臺，使學生的潛能得以開發(fā)，個性得以張揚。研究性實驗則通過給學生提供實驗場地和實驗儀器，對一些小課程或重大課題的一部分開展研究，給部分能力較強、學有余力的學生提供科學研究的空間，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識和潛能，開發(fā)學生的智力。開展設計性、研究性實驗，是加強學生能力培養(yǎng)和因材施教的另一個重要途徑。實驗室、實驗儀器和設備向學生開放，加上在時間和空間上給學生一定的自由度，學生可以自己完成查閱文獻資料、選擇實驗題目、擬定實驗方案、測量實驗數據、完成實驗報告等工作。這種教學模式的顯著特點是學生在實驗過程中更能充分發(fā)揮他們的主觀能動性，使學生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的學習環(huán)境中。這種實驗教學模式既鞏固了學生書本上的知識，又擴大了學生的知識面，更重要的是提高了學生的動手和科研能力。

3.加強實驗教學研究工作，建立科學合理的物理實驗教學體系。

物理理論課和物理實驗課是不可分割的兩個組成部分，實驗課和理論課的任課教師要合理調配。在一學年內，我們應盡量安排理論課教師擔任實驗課，或者把兩門課的任課教師統(tǒng)一起來，使學生認識老師，老師熟悉學生，有利于教師了解教學進度、學生的物理理論學習情況以及實驗操作能力。理論課老師在實驗課教學中，要把更多的精力放在實驗內容和物理理論的講解上，使學生明白并掌握物理理論和實驗的技術方法，這樣才能保證實驗課的教學質量。如果理論課教師不上實驗課，會出現理論教學與實驗教學脫節(jié)的現象。

4.加強實驗室建設，開展模塊分層次教學。

鑒于物理學是一門以實驗為基礎的學科，物理實驗教學是物理教學不可缺少的一部分，是培養(yǎng)高素質物理學基礎性人才和應用性人才的重要環(huán)節(jié)與手段之一，本項目按照新的人才培養(yǎng)模式和教學計劃，在充分論證的基礎上，調整、優(yōu)化實驗課與理論課的關系，從素質、能力、創(chuàng)新精神培養(yǎng)的要求著手，打破原基礎物理實驗分普通物理實驗和近代物理實驗的實驗教學體系以及普通物理實驗分力熱、電磁和光學實驗彼此獨立三大部分的格局，在保證基礎訓練的前提下，精選基礎實驗內容，減少驗證性實驗，增設提高性、應用性、綜合性、設計性實驗，將現代科技成果融入基礎物理實驗教學，優(yōu)化、整合和重組實驗教學體系，形成從低到高、從簡單到復雜、從基礎到前沿、從接受知識到培養(yǎng)綜合能力、創(chuàng)新能力的物理實驗“模塊分層次”教學模式,即“基礎物理實驗、演示仿真實驗、近代物理實驗”三大模塊，“基礎實驗、綜合設計性實驗、研究創(chuàng)新實驗”三個層次的教學模式。 第一、二層次實驗，其授課對象為全校理工科各專業(yè)學生；第三層次實驗，即研究創(chuàng)新性實驗主要是針對電子系部分優(yōu)秀學生，主要為他們參加全國電子大賽提供訓練、指導和幫助。

三、結束語

通過大學物理實驗教學改革的嘗試，激勵了學生的興趣，提高了學生的學習主動性，通過實驗的實際操作，不僅更好地理解了理論知識，而且又培養(yǎng)了分析和解決問題的能力，大學物理實驗成為學生喜歡的 課程，近年來，我院多名學生在國家和省級創(chuàng)新型物理實驗設計大賽中獲獎，大學物理實驗教學改革取得明顯成效。

[1]《大學物理實驗》 陳 聰主編 國防工業(yè)出版社.

[2]《大學物理實驗》 戴啟潤主編 鄭州大學出版社.

注：2016河南省教育廳教師教育課程改革研究重點項目《全科教師的培養(yǎng)與初等教育理科教學的改革》 項目號：2016-JSJYZD-074。