曹興煥

(安徽工業(yè)大學工商學院，安徽 馬鞍山 243002)

大學物理實驗課程是高等院校工科學生較早接觸的一門動手操作性的課程，是工科學生對基本實驗方法、實驗技能系統(tǒng)學習的基礎(chǔ)。物理是一門實驗的科學，實驗在物理中起著非常重要的作用，80%以上的諾貝爾物理學獎給了實驗物理學家。物理實驗在學生的科學素質(zhì)和綜合能力的培養(yǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[1]。物理實驗課不僅能培養(yǎng)學生的動手能力，提高實驗技能和素養(yǎng)，最重要的是培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。

一、大學物理實驗教學存在的問題

(一)教學內(nèi)容陳舊

大學物理實驗教學內(nèi)容往往是以驗證性實驗為主，學生僅僅是按照書本內(nèi)容按部就班進行實驗操作，將實驗原理、實驗方法以及實驗步驟完整的表示出來，然后得出書本上的結(jié)論就可完成任務(wù)，學生缺乏一定的思考，更談不上學習創(chuàng)新。這種實驗方法只能進行實驗的驗證和知識的鞏固，不能充分發(fā)揮學生的創(chuàng)造性，束縛了學生的思維，制約學生綜合素質(zhì)的提高。

(二)教學方法單調(diào)

很多高校在進行物理實驗教學時，學生往往是被動接受知識，實驗步驟和實驗器材等均由教師組織準備好。每次進行實驗課時，教師一般首先花費較長時間進行原理和操作步驟的講解，學生只要模仿教師操作而獲得一些實驗數(shù)據(jù)即可。一堂實驗課通常是很多學生同時用相同的方法做同一個實驗，因此得出的實驗結(jié)論也沒什么差異，這就導致部分學生僅僅按照別人的操作做，不僅沒有創(chuàng)新甚至有的學生對原理都不怎么理解[2]。物理實驗應(yīng)該重視學生的參與性，使學生在實驗的過程中能夠體會科學發(fā)展的過程，能夠啟發(fā)學生思考。

二、大學物理實驗教學改革措施

針對大學物理教學實驗教學中出現(xiàn)的這些問題，我校在以下幾個方面進行了改革，并取得了較好的效果，學生的學習主動性有較大提高，對實驗課更感興趣，考試成績也有較大提高。

(一) 教學方式改進

針對大學物理實驗內(nèi)容不同，我校將實驗劃分為基礎(chǔ)性實驗、驗證性實驗和設(shè)計性實驗三部分，對不同類型的實驗運用不同的教學方法。

對于基礎(chǔ)性實驗，主要內(nèi)容為基本測量儀器的使用、基本物理量的測量及基礎(chǔ)的實驗方法和操作的訓練。對于這部分實驗，教師課上會詳細對實驗進行介紹，使學生較快較熟練掌握基本實驗技能、基本儀器的使用。

對于驗證性的物理實驗，改變往常的課前教師花費大量時間把實驗原理、儀器操作、實驗步驟和注意事項等全部詳細告訴學生，學生機械操作的教學模式，課前要求學生自主學習實驗內(nèi)容。但是考慮到學生自主學習過程中目標不明確，學習存在一些困難，教師精心設(shè)計了一系列問題，引導學生學習實驗講義上的內(nèi)容，一步步思考解決這些小問題，最后初步制定實驗方案。課上教師主要講解實驗注意事項，引導學生閱讀儀器的使用說明，熟悉儀器的使用。讓學生獨立進行實驗，實驗過程中教師再對學生的方案進行指導及提出改進建議。例如利用霍爾效應(yīng)測量磁場實驗，課前教師給學生設(shè)置了一系列引導性問題：問題一：為什么會在霍爾元件的側(cè)面產(chǎn)生穩(wěn)定的電壓？通過這個問題引導學生去了解霍爾效應(yīng)產(chǎn)生的原因。問題二：為什么霍爾元件一般選用半導體不選用導體？問題三：為什么霍爾元件做的比較薄？通過上面兩個問題可以引導學生分析影響霍爾電壓的因素。問題四：實驗中霍爾電壓如何測量，是否是用霍爾元件側(cè)面直接測量出的電壓？問題五：本實驗中有哪些效應(yīng)在霍爾元件側(cè)面也產(chǎn)生電壓？為了消除這些效應(yīng)的影響實驗中應(yīng)如何操作，經(jīng)過這樣操作可以消除哪些效應(yīng)的電壓，是否有消除不掉的電壓？通過問題四和五引導學生了解附加效應(yīng)及附加效應(yīng)的電壓如何消除。問題六：有哪些方法可以計算得到磁場的強度？通過此問題讓學生思考數(shù)據(jù)處理的方法。通過這一系列問題的引導使學生真正理解實驗原理，思考分析為什么這樣做實驗并預期實驗得到什么樣的結(jié)果。

對于設(shè)計性實驗教師僅對學生布置實驗要求，由學生課下完成實驗方案的設(shè)計，在實驗室自主選配實驗儀器，實驗后獨立完成結(jié)果的分析和對實驗問題的進一步研究建議。同時為了解決學生預習準備實驗時對器材不熟悉的情況，延長實驗室開放時間，方便學生在實驗前到實驗室熟悉實驗儀器。

這樣通過物理實驗一步步的訓練有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高學生分析問題解決問題的能力。

(二)教學手段現(xiàn)代化

為了提高大學物理實驗課程的教學質(zhì)量和效率，將先進的教學手段引入到實驗教學的各個環(huán)節(jié)中。我校在實驗室中都安裝了多媒體，購置了教學軟件，教師對每個實驗都制作了相應(yīng)的課件，通過多媒體的展示使學生更形象直觀看到實驗儀器和儀器的操作過程。另一方面將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到實驗教學中，在學校教學網(wǎng)站上公布了物理實驗的教學大綱，實驗要求和實驗儀器的圖片和操作步驟。

(三)教學內(nèi)容改革

近幾年為了使實驗內(nèi)容能緊跟社會發(fā)展，我校投入資金購入了一些新實驗儀器，比如太陽能電池實驗、風力發(fā)電實驗、液晶電光效應(yīng)實驗等，這些實驗能使學生了解科技發(fā)展情況，又能提高學生學習的興趣。

另外針對非物理專業(yè)的學生，在教學中我們發(fā)現(xiàn)他們的物理基礎(chǔ)參差不齊，若對所有學生實行相同的教學要求，就會造成基礎(chǔ)較弱的學生在一定時間內(nèi)不能完成實驗任務(wù)，而另一些學生則會覺得實驗過于簡單。因此，我們對部分實驗進行分層次教學，對于一些內(nèi)容較多的實驗將其分為兩部分，一部分選做，一部分必做。對于基礎(chǔ)較差的學生只要完成必須做的部分即可達到本實驗的基本要求，而針對那些對實驗感興趣的學生，在基本要求的基礎(chǔ)上增加選做內(nèi)容。這樣可以對實驗內(nèi)容進行延伸和拓展，使學有余力的同學能夠更深入了解實驗原理。如在做光的等厚干涉測量中，由于時間限制很多同學課上不能按時完成牛頓環(huán)和劈尖兩部分內(nèi)容，我們將牛頓環(huán)作為必做內(nèi)容，劈尖干涉作為選做內(nèi)容；學習程度好的同學在完成牛頓環(huán)的測量后，可以做劈尖干涉，對此部分內(nèi)容不做強制要求，學生可以只做觀察不記錄數(shù)據(jù)。

(四) 實驗考核與測評方法

物理實驗課程最終測評方法大多由平時成績和考核成績組成。平時成績評定往往根據(jù)實驗報告給定，容易忽視對學生實驗操作的評價，部分學生通過抄襲實驗報告或者隨意篡改實驗數(shù)據(jù)也可以獲得較高成績，致使學生在實驗中不重視操作。因此，我們將平時成績又分為操作成績和實驗報告成績，教師當堂對學生的實驗操作情況進行評定并給出相應(yīng)的成績，加強實驗過程管理，以避免學生不重視實驗操作，提高學生對物理實驗課的積極性和主動性。在最后的考核中，我們采取操作和筆試相結(jié)合的形式，使學生既要懂原理又要會操作。

三、存在的不足及改進設(shè)想

(一)排課時間不夠理想

在美國的絕大多數(shù)世界一流大學中，物理實驗不是單獨開課而是屬于大學物理課程的一部分，實驗課與理論課結(jié)合非常緊密[3-4]。但是在我國大部分學校實驗課是作為單獨的一門課程，對于非物理專業(yè)的學生集中在一到兩個學期完成。由于實驗場地、實驗儀器、教師人數(shù)等條件限制，為了滿足大量學生短期內(nèi)的學習，導致實驗排課時難以很好地配合理論課的教學進度。學生可能理論課已經(jīng)學習完很久才做相應(yīng)的實驗或者還沒學這部分理論就要做相關(guān)的實驗。

目前我們的實驗儀器套數(shù)，絕大多數(shù)做到了一個實驗30多套，一個學生一套，能夠滿足教學要求。但是目前承擔實驗課程的教師較少，教師目前的課時量都很大，沒有太多時間開放實驗室供學生自由選擇實驗進行自主的操作。未來需要在教師數(shù)量上做進一步的補充，安排更多的開放性實驗。同時準備開通網(wǎng)上模擬實驗，使學生可以在網(wǎng)上進行模擬，提前了解實驗內(nèi)容，抓住實驗重點難點，并能更直觀的熟悉儀器，能夠模擬儀器的操作，課上可以有重點地進行實驗。

(二)計算機的應(yīng)用不足

現(xiàn)代社會計算機應(yīng)用非常普及，據(jù)調(diào)查美國大學有1/3的實驗用計算機進行必要的實驗數(shù)據(jù)采集、控制實驗過程，作圖、計算等幾乎100%用到計算機[5]，大大提高了學生計算機的使用能力。在我國的大學物理實驗中普遍存在計算機使用較少的問題。為提高學生應(yīng)用計算機的能力，目前我們在一些實驗的數(shù)據(jù)處理中，讓學生用Excel表格來處理數(shù)據(jù)和作圖。比如在單擺實驗中用Excel表格的計算功能來計算轉(zhuǎn)動慣量，讓學生在Excel表格中輸入公式計算數(shù)據(jù)；在利用霍爾效應(yīng)測量磁場實驗中讓學生用Excel表格計算數(shù)據(jù)并作圖。但是相比國外大學，我們?nèi)匀淮嬖谟嬎銠C使用較少及使用程度較低的問題，未來還需將物理實驗更多地與計算機相結(jié)合。

四、結(jié)語

大學物理實驗課程作為一門重要的公共基礎(chǔ)課，對學生綜合能力的培養(yǎng)起著非常重要的作用。如何提高學生的積極性和主動性，提高教學質(zhì)量將是一項長期的系統(tǒng)工程，需要學校、教師等共同協(xié)作。我們將不斷地研究、探索，以期將“大學物理實驗”建設(shè)成為精品課程。