趙玉連 郭俊旺 李艷聰

（天津農(nóng)學(xué)院 天津 300384）

2017 年2 月，綜合性高校工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會在復(fù)旦大學(xué)召開，“新工科”概念被正式提出，以新工科為背景的高等工程教育改革迅速開展。工科專業(yè)課程中，大學(xué)物理實驗是工科專業(yè)的基礎(chǔ)課，學(xué)生通過學(xué)習(xí)該課程，不僅可以加深對大學(xué)物理理論內(nèi)容的理解，掌握基本實驗方法、實驗技能，更為重要的是提高學(xué)生解決實際問題的能力和科學(xué)研究能力。為了適應(yīng)新工科發(fā)展的需求，本文對本校大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題進行了分析，并對教學(xué)改革措施進行了討論。

1 大學(xué)物理實驗教學(xué)中存在的問題

（1）學(xué)生對大學(xué)物理實驗課興趣不高。由于大學(xué)物理實驗課安排在一年級，一年級學(xué)生基礎(chǔ)課程較多，物理學(xué)科本身學(xué)習(xí)難度大，需要投入大量的時間和精力去學(xué)習(xí)。學(xué)生精力有限，課程難度大，因此對于物理實驗的學(xué)習(xí)缺乏興趣。雖然布置預(yù)習(xí)作業(yè)，但是很少有學(xué)生主動預(yù)習(xí)實驗，實驗課做實驗前，雖然老師講解實驗，由于時間限制，不會介紹太詳細(xì)。學(xué)生實驗準(zhǔn)備不足，容易出錯，實驗進度慢，影響了實驗教學(xué)效果。

（2）教學(xué)方式缺乏創(chuàng)新。在目前各高校實驗教學(xué)過程中，教學(xué)過程一般是：教師講解實驗原理和儀器的使用步驟；教師演示實驗；學(xué)生做實驗，教師指導(dǎo)；學(xué)生處理實驗數(shù)據(jù)和撰寫實驗報告。在此過程中，學(xué)生被動地學(xué)習(xí)知識，按部就班地按照設(shè)定的要求操作，學(xué)生一般不需要自己根據(jù)實驗要求設(shè)計實驗方法和選擇實驗儀器。學(xué)生按照老師安排好的內(nèi)容操作，記錄數(shù)據(jù)，完成實驗，整個實驗過程學(xué)生沒有思考實驗的方法，實驗的步驟，是否可以改進，這樣學(xué)生對實驗課興趣不高，收獲并不大。

（3）教學(xué)條件落后。近幾年，高校學(xué)生人數(shù)迅速增加，教學(xué)規(guī)模不斷擴大。對于大學(xué)物理實驗來說，實驗班級和人數(shù)較多，教學(xué)安排非常集中，實驗儀器設(shè)備在短時間內(nèi)頻繁使用，個別儀器設(shè)備出現(xiàn)問題不能及時維修。實驗儀器能否正常使用影響著實驗的操作過程和學(xué)習(xí)效果。學(xué)生操作有問題的儀器時，會遇到更多的困難，也影響了實驗結(jié)論，從而影響教學(xué)效果。

2 大學(xué)物理實驗教學(xué)改進措施

2.1 讓學(xué)生認(rèn)識到大學(xué)物理實驗的重要性

在農(nóng)業(yè)院校，大學(xué)物理及大學(xué)物理實驗課課時不多，常常不被重視。教學(xué)過程中，教師應(yīng)使學(xué)生認(rèn)識到物理學(xué)是自然科學(xué)的基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)大學(xué)物理，工科學(xué)生能學(xué)習(xí)到專業(yè)課必備的基礎(chǔ)知識，通過學(xué)習(xí)大學(xué)物理實驗，學(xué)生能夠掌握基本的實驗方法和技巧，會使用常用儀器，掌握實驗基本操作技術(shù)，具有自主實驗?zāi)芰?，而且通過綜合性和設(shè)計性實驗，能提高學(xué)生分析與解決實際問題的能力，創(chuàng)新能力等新工科人才要需要具備的能力。讓學(xué)生認(rèn)識到大學(xué)物理實驗這門課的重要性，學(xué)生在上課過程中才會更主動地學(xué)習(xí)。

2.2 將傳統(tǒng)的教學(xué)方式與現(xiàn)代教育技術(shù)相結(jié)合

將現(xiàn)代教育技術(shù)運用到大學(xué)物理實驗教學(xué)當(dāng)中，教學(xué)方式不斷改進，推動了大學(xué)物理實驗教學(xué)的發(fā)展。教師可以通過線上線下相結(jié)合的方式教學(xué)。教師將實驗課程的相關(guān)材料，包括實驗的視頻，通過網(wǎng)絡(luò)提前發(fā)給學(xué)生，在課前讓學(xué)生獨立自主地預(yù)習(xí)，了解實驗的背景,對實驗?zāi)康摹嶒炘?、儀器的使用方法和注意事項等進行初步了解，并自行設(shè)計記錄數(shù)據(jù)的表格。這樣，實驗課上教師對實驗講解和演示實驗的時間明顯縮短，能留出更多的時間讓學(xué)生進行實驗操作。而且，學(xué)生對實驗原理進行了預(yù)習(xí)，在課上更容易理解相關(guān)知識，實驗操作更順利，更主動思考。例如：萬用表的使用這一實驗，學(xué)生通過課前預(yù)習(xí)，了解萬用表的使用方法，在課堂上教師無須再講解。對于難度較大的實驗，例如：示波器的原理與使用，在學(xué)生預(yù)習(xí)后，教師只講解重點內(nèi)容即可，不必像傳統(tǒng)教學(xué)對每個功能都一一介紹，學(xué)生還可以在操作時查看資料，既節(jié)省了教學(xué)時間，又突出了重點內(nèi)容。

在課堂講解時，不僅可以使用PPT，還可以使用CCD 技術(shù)，把不易觀察到的實驗現(xiàn)象展現(xiàn)在屏幕上，學(xué)生看起來更直觀。例如：牛頓環(huán)實驗，使用CCD 技術(shù)讓學(xué)生在屏幕上觀察牛頓環(huán)的調(diào)節(jié)，讀數(shù)，學(xué)生更易于理解。學(xué)生在操作時，錯誤明顯減少。

2.3 多種教學(xué)模式相結(jié)合

傳統(tǒng)教學(xué)模式，教師對各個環(huán)節(jié)都一一詳細(xì)講解，學(xué)生只需按照步驟逐步操作，如果遇到問題或困難，學(xué)生向老師或其他同學(xué)求助，老師或同學(xué)會提示或協(xié)助完成，很少的學(xué)生能獨立思考并解決困難。學(xué)生實驗的目標(biāo)就是順利做完實驗，得到預(yù)先設(shè)計好的合理結(jié)果。經(jīng)過這樣的實驗過程，大部分學(xué)生對實驗失去了興趣。要改變這種狀況，物理實驗教學(xué)模式就要進行改革，不同實驗項目采用不同教學(xué)方式。在當(dāng)前各高校物理實驗內(nèi)容設(shè)置上，驗證性實驗占大部分，綜合性、設(shè)計性實驗較少。驗證性實驗要求學(xué)生掌握基本實驗方法和技能，如：長度測量，示波器使用、萬用表使用等，其次要求學(xué)生能掌握基本實驗方法，如平衡法、示蹤法、圖形法等。設(shè)計性實驗則要求學(xué)生根據(jù)實驗要求，自己查找資料、設(shè)計實驗方法、選擇實驗器材、設(shè)計實驗步驟并獨立完成實驗。

我們針對現(xiàn)有的實驗項目，不同類型的實驗采取不同的教學(xué)模式。為了讓學(xué)生掌握基本實驗技能，打下良好的實驗基礎(chǔ)，驗證性實驗采用傳統(tǒng)教學(xué)模式。如：長度測量。綜合性、設(shè)計性實驗，兩至四人一組，設(shè)置實驗?zāi)繕?biāo)，讓學(xué)生自行討論，分工協(xié)作，目的是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、實際操作、團隊協(xié)作的能力。

2.4 創(chuàng)新實驗內(nèi)容

通過學(xué)習(xí)國內(nèi)外大學(xué)的改革經(jīng)驗，我們對現(xiàn)有物理實驗教學(xué)內(nèi)容進行了優(yōu)化和創(chuàng)新。在內(nèi)容設(shè)置上減少和改造驗證性實驗，充實了綜合性實驗，設(shè)計性實驗。例如：德國一些大學(xué)的實驗課，對實驗提出問題和要求，學(xué)生自主設(shè)計實驗方法、選擇實驗儀器并組裝，再測量數(shù)據(jù)。其中，測量透鏡焦距的實驗是基礎(chǔ)的測量實驗，我們通常讓學(xué)生按實驗要求和實驗內(nèi)容一步一步完成透鏡焦距的測量，學(xué)生的積極性不高。而德國的大學(xué)讓學(xué)生自己組裝望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡，用組裝的儀器再進行觀察和測量，學(xué)生的興趣很高，實驗過程鍛煉了學(xué)生的實踐能力、創(chuàng)新能力。我們借鑒這些先進的教學(xué)方法，根據(jù)現(xiàn)有的儀器設(shè)備，對實驗內(nèi)容進行改進。測量透鏡焦距的實驗，實驗?zāi)繕?biāo)不變，要求有所增加，給學(xué)生若干焦距的透鏡，學(xué)生根據(jù)提供的元件，自己選擇透鏡組合進行實驗，并總結(jié)如何選取透鏡才能使實驗順利完成而且測量精度高。學(xué)生分組討論，分工操作。學(xué)生學(xué)習(xí)興趣明顯提高，不僅加深了對測量透鏡焦距原理的理解，也提高了學(xué)生的協(xié)作能力、創(chuàng)新能力。

天津大學(xué)采取了多學(xué)科交叉的方式改革物理實驗教學(xué)，他們在現(xiàn)有實驗基礎(chǔ)上進行改造，尋找物理與工科的交叉點，開發(fā)出多學(xué)科融合的實驗。實驗操作時，各專業(yè)學(xué)生組成團隊，根據(jù)各自專業(yè)優(yōu)勢進行分工協(xié)作。培養(yǎng)了學(xué)生跨學(xué)科研究的能力，為新工科人才培養(yǎng)提供了經(jīng)驗。我們根據(jù)現(xiàn)有實驗條件，將開發(fā)更多的綜合性、與各專業(yè)結(jié)合的實驗內(nèi)容，以適應(yīng)新工科人才培養(yǎng)的需要。

2.5 改進課程考核方式

近年來，我校大學(xué)物理實驗課程一直采用傳統(tǒng)的考核方式，即平時成績+期末考試成績。期末考試采取筆試形式，并且所占比重較大，而平時成績的區(qū)分度并不大。采取這種考核方式，學(xué)生成績主要由期末考試決定，期末考試側(cè)重考察學(xué)生的基礎(chǔ)知識，學(xué)生的操作能力，分析解決問題的能力及創(chuàng)新能力不能得到有效考查。在這樣的考核方式下，有些學(xué)生為了獲得更高的分?jǐn)?shù)，把精力放在如何記住基本知識，如何做各種題目。有些學(xué)生在課堂上操作熟練，認(rèn)真，積極主動解決問題，但在成績上沒有多少差異，損傷了部分學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，大部分學(xué)生只是按老師的要求做完實驗，得到數(shù)據(jù)，課堂效果并不理想。為了全面考查學(xué)生的實驗?zāi)芰?，我們對物理實驗的考核方式進行了調(diào)整，提高了平時成績的比重，平時成績也不僅僅是實驗報告的成績，改為課前預(yù)習(xí)、課上操作、課后寫實驗報告等整個學(xué)習(xí)過程都進行評價。要求學(xué)生課前對實驗進行預(yù)習(xí)，并寫出實驗報告的預(yù)習(xí)部分。課堂上，教師對學(xué)生的表現(xiàn)詳細(xì)記錄，作為平時成績的重要依據(jù)，課后學(xué)生完成實驗報告。教師根據(jù)學(xué)生預(yù)習(xí)、課上操作、課后的表現(xiàn)綜合給出平時成績。期末考試則根據(jù)不同專業(yè)的要求，采取實驗操作、撰寫課程總結(jié)、筆試等多種方式進行考查。通過改進課程考核方式，學(xué)生學(xué)習(xí)更加積極、主動，動手能力、解決問題的能力明顯提高。

3 結(jié)束語

大學(xué)物理實驗是工科學(xué)生的必修課程，通過大學(xué)物理實驗課程的學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新能力，新工科建設(shè)對大學(xué)物理實驗教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)和要求，我們從教學(xué)方法、教學(xué)模式，實驗內(nèi)容、考核方式等多方面進行了改革，將為新工科人才培養(yǎng)發(fā)揮重要作用。