楊 帆 宋建民 劉書華

(河北農(nóng)業(yè)大學理學院 河北 保定 071001)

教育部2018年召開的全國高等學校本科教育工作會議提出了高等教育要堅持“以本為本”“四個回歸”的方針，強調(diào)了本科教育是大學的根和本，把本科教育放在了人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略核心地位.大學物理實驗是高等學校本科階段的重要基礎課之一，是理工農(nóng)醫(yī)類本科生進入大學后最先接觸的實驗課，是其接受系統(tǒng)的實驗理論、實驗技能和方法訓練的開端，在培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、實踐能力、科學素養(yǎng)和實事求是的科學態(tài)度等方面具有非常重要的作用.然而，當下大學物理實驗課教學仍存在一些問題，主要有：(1)實驗教學中大多還是教師先講原理和步驟, 然后學生“照方抓藥”進行操作，不利于學生自主學習能力、創(chuàng)新能力的提高.(2)由于課堂時間有限，課堂上學生忙于完成實驗，不能對實驗現(xiàn)象和實驗過程進行更仔細深入的探究.(3)實驗課堂模式單調(diào)，缺乏互動，學生學習興趣不濃.(4)成績評定主要看報告和實驗數(shù)據(jù)結(jié)果，成績不能體現(xiàn)對綜合實驗能力和實驗收獲的評價[1].諸如上述問題的存在，限制了大學物理實驗在人才培養(yǎng)中作用的發(fā)揮.近年來國內(nèi)外大學物理實驗教學改革一直沒有間斷，更新教學理念，實施了MOOC和SPOC翻轉(zhuǎn)課堂等教學方法手段[2]，這些都為教學質(zhì)量的提高起到了積極作用，但仍有諸多方面需要改進提高.比如；改革大多是關(guān)注如何教，對學生如何學關(guān)注不足；重視知識講授，對培養(yǎng)學生學習能力、研究能力、創(chuàng)新能力關(guān)注不足；針對以上問題，如何突出物理學的思維方法，體現(xiàn)物理學的應用價值，更好地發(fā)揮物理課在人才培養(yǎng)中的作用，如何提高學生學習興趣，提高學習能力、創(chuàng)新能力和可持續(xù)發(fā)展能力，都是值得進一步探討的重要課題.本工作將研究性學習教學理念應用于大學物理實驗課教學，以學生為主體，教師為指導，讓學生在研究中學習，在學習中找到方向去進一步研究開拓，提高學生自主學習能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)，取得了良好的教學效果.

1 改革思路

研究性學習是指在教師的指導下，讓學生以科學研究的方式，主動獲取知識，從而提高其發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題等能力的一種教學模式.大學物理實驗一般都是小班上課，是一種基于項目的學習，實驗強調(diào)任務驅(qū)動和學生間的合作交流，而研究性學習教學模式的特點是自主性、探究性、過程性以及實踐性，這與大學物理實驗教學的目標是非常一致的.因此，研究性教學模式非常適用于大學物理實驗的日常教學[3].

將研究型學習理念應用于大學物理實驗教學中，首先要轉(zhuǎn)變思路，要從知識傳授型向能力培養(yǎng)型課堂轉(zhuǎn)變，始終貫徹以學生為主體，教師為主導的教學理念，明確實驗課的主角是學生，教師只是組織者、指導者和幫助者，實驗課的目的主要是培養(yǎng)學生的思維能力、分析問題、解決問題的能力，而不是僅僅讓學生完成課堂實驗內(nèi)容.教師要引導學生將每一次實驗當作一項研究活動，使學生在每一階段都要主動學習，主動探究，經(jīng)歷探索和發(fā)現(xiàn)規(guī)律的研究過程，在研究中學到知識，在學習中培養(yǎng)能力，獲得知識和能力雙收獲[4].

2 教學設計

首先，優(yōu)化大學物理實驗內(nèi)容，以實驗方法為主線，以懂原理、會操作、知應用為目標，兼顧力學、熱學、電磁學、光學、近代物理學內(nèi)容，對實驗項目進行了統(tǒng)籌分析和優(yōu)化，去掉了靜電場描繪和計數(shù)器等驗證性實驗；新增了電子秤設計和指針式溫度計設計等設計性實驗項目，減少了驗證性實驗，增加了設計性實驗比例，還增加了課外拓展實驗環(huán)節(jié)，加強對學生設計創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

建立了大學物理實驗學習平臺，網(wǎng)站涵蓋了我校大學物理實驗開設的全部實驗項目，每個項目都包括以下6個方面的內(nèi)容：(1)預習導讀，引導學生有的放矢地預習.(2)實驗講解及操作視頻、PPT、實驗文本資料,學生通過觀看視頻，如同身臨其境做了一遍實驗,使學生提前熟悉實驗的操作，課堂上則有更多時間動手操作，觀察實驗現(xiàn)象，分析物理成因.(3)預習測試題，供學生自測預習效果.預習題緊扣實驗內(nèi)容，只要預習題過關(guān)，實驗內(nèi)容就基本已經(jīng)掌握.(4)思考題，供學生課后完成.(5)課外拓展題，為學生進行課外拓展研究提供方向.(6)實驗報告模板.另外，網(wǎng)站還包括實驗基礎知識庫，比如誤差理論、有效數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理方法、物理實驗方法等物理實驗基礎知識.編制了實驗儀器庫，包括一些常用儀器的圖片，使用方法，注意事項，較復雜的實驗儀器配有操作視頻，網(wǎng)站的建立為學生自主研究性學習提供了有利的支持.

將大學物理實驗教學分為課前引導、實驗操作、課堂交流、撰寫報告、課后拓展研究5個階段.在教學過程中實行線上線下有機融合，課堂教學以實際操作實驗為主.配合啟發(fā)式、對比式、聯(lián)想式、討論式、探究式教學法，每一個階段都激勵學生的研究性學習熱情.

課前引導階段：給學生布置課前預習問題，引導學生結(jié)合網(wǎng)絡平臺和實驗教材，研究學習實驗要做什么、用什么儀器、怎么做、為什么這么做等問題，通過學習平臺自主進行預習測試，90分以上者可以進入實驗室進行操作，鍛煉學生自學能力.

實驗操作階段：由于學生通過預習對原理等基本內(nèi)容已經(jīng)掌握，因此，教師不再重述原理和步驟，只介紹實驗背景和現(xiàn)實應用，提高學生學習熱情，對于實驗內(nèi)容和實驗原理、注意事項等問題進行翻轉(zhuǎn)課堂教學，讓學生講解，教師補充.在實驗過程中，學生要研究實驗方法，實驗過程、實驗現(xiàn)象，實驗結(jié)論.對學生實驗過程中出現(xiàn)的問題，教師不要急于糾正，讓學生自我研究、自我發(fā)現(xiàn)、自己糾正，必要時教師可以啟發(fā)學生分析、思考、得出結(jié)論，讓學生體驗研究的推理分析過程，體驗解決問題后的成功和快樂.教師要課堂巡視，對學生的實驗表現(xiàn)和實驗過程中出現(xiàn)的問題進行記錄、思考、歸納.

課堂交流階段：學生都做完實驗后，進入交流階段.首先小組內(nèi)(4～5人)進行討論，然后推舉代表，進行全班交流.代表要求輪流制，鍛煉學生在公眾前表達和展示自己的能力.討論的問題根據(jù)實驗內(nèi)容而定.可以是學生實驗過程中遇到的問題、解決方法、實驗現(xiàn)象的分析解釋(比如,如果電位差計測量電動勢實驗的校準過程中，檢流計指針始終偏向一側(cè)而無法指零，會有哪些可能的原因等)，也可以是對某一個實驗的擴展及應用探討(比如，牛頓環(huán)實驗測量透鏡的曲率半徑實驗中，可以讓學生討論，如何利用等厚干涉測量液體的折射率等).通過討論交流，學生們研究和分享在實驗中遇到的困難和解決問題的思路和過程，分享自己的收獲和體會， 鍛煉學生們的分析探究能力和團隊合作精神[5].

撰寫報告階段：撰寫實驗報告是實驗課的一個重要內(nèi)容，是加深學生對知識的認識和理解,從被動學習轉(zhuǎn)為主動探索，并能培養(yǎng)其綜合分析能力和提高表達能力的一個重要階段，為了與研究性學習模式相適應，我們建立了新的實驗報告模版.其中實驗目的、實驗儀器利用填空的方式，實驗原理給定字數(shù)限制，要求用自己的語言簡明闡述，包括必要的公式或示意圖，鍛煉學生們的總結(jié)概況能力.新實驗報告模版還添加了新的項目“實驗反思”，主要包括：(1)實驗中遇到了哪些困難，你是如何解決的.(2)實驗中發(fā)現(xiàn)了哪些未料想到的實驗現(xiàn)象，試分析其產(chǎn)生原因.(3)簡要總結(jié)實驗收獲、心得或體會.這樣的實驗報告模式，學生不能只抄講義，而是需要通過研究、分析、總結(jié)才能完成，與經(jīng)典實驗報告模式相比更能促進學生進行研究性學習，提高分析問題、解決問題的能力，更能反映學生真實的實驗能力和研究性學習的收獲.

拓展研究階段：本階段在課外進行，以題目的方式為學生自主拓展學習指出方向與思路.學生根據(jù)教師提供的拓展題目或方向(學生也可以自己選題)進行進一步研究學習，提交研究報告.報告可以是對實驗相關(guān)理論進一步探討，也可以是對實驗方法的改進，也可以是對實驗內(nèi)容的現(xiàn)實應用.進行實驗理論拓展研究的要提供詳細的研究報告；進行新實驗設計或?qū)σ延袑嶒炌卣垢倪M的項目需要提供完整的設計方案和實驗數(shù)據(jù).課外拓展項目不要過多，每學期一至兩個即可.

3 改革實驗成績評價體系

學生實驗成績的考核和評價是實驗教學的重要組成部分，為此制定了跟蹤實驗全過程的成績評價體系，力求比較準確反映真實的學生實驗能力和水平，并能激勵學生學習熱情[6].不但把預習、操作、實驗報告納入考核指標，也將研究學習能力、分析問題能力、創(chuàng)新能力考慮在內(nèi).細化了評分標準，督促和激勵學生認真做好每一個學習環(huán)節(jié).實驗成績(滿分100分)=課內(nèi)實驗成績×90%+拓展實驗成績×10%.課內(nèi)實驗成績：包括預習10分，由網(wǎng)上學習平臺預習答題直接給出；實驗過程50分，其中，正確使用儀器完成測量10分，發(fā)現(xiàn)問題自行解決10分，正確列表如實記錄實驗數(shù)據(jù)10分，實驗數(shù)據(jù)在合理范圍內(nèi)(包括有效數(shù)字正確，單位正確)10分，積極參與討論交流5分，實驗結(jié)束后規(guī)整復原實驗儀器5分；實驗報告40分，其中，實驗報告的完整規(guī)范性10分，正確處理實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)果、正確表達、圖示實驗結(jié)果10分，討論實驗結(jié)果、完成誤差分析10分，反思與思考10分.拓展實驗成績由課外拓展研究報告評定，根據(jù)報告撰寫的深度、廣度、理論表達、實驗方案的科學性、實驗設計的可操作性等方面給分.

4 實施效果

通過兩個周期的教學實踐，教學效果明顯提高.主要表現(xiàn)在：(1)通過研究性學習教學模式，利用我們的大學物理實驗網(wǎng)絡教學平臺，線上線下有機融合，將通識簡單知識線上自主進行，線下更多的時間留給了自主實驗操作和課堂討論，激發(fā)學生去發(fā)現(xiàn)問題，思考問題，解決問題的主動性，教學效果大大提高.(2)隨著學生自主學習、自主研究能力的提高，看著講義“照方抓藥”做實驗的現(xiàn)象基本消滅，儀器損壞率降低.(3)課堂操作中，學生問“怎么做”的少了，問“為什么”的多了，提高了學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力.(4)新實驗報告模板使用，使學生在撰寫實驗報告過程中，通過對實驗的反思，對實驗現(xiàn)象的解釋，不但更加深入理解實驗原理，而且鍛煉學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力.(5)跟蹤全過程的成績評定方法，更加促進了學生踏踏實實進行每一步鍛煉的主動性.

5 結(jié)束語

本工作將研究性學習理念運用于大學物理實驗教學，在教學過程的每一階段，都以學生為主角，教師為指導，引導學生自主進行學習、研究、交流，體驗研究過程，培養(yǎng)其學習能力和開拓創(chuàng)新能力.在如今這個知識更新日益加快的時代，終身學習能力顯得尤為重要，培養(yǎng)能力比傳授知識更重要.實踐表明，研究性學習教學模式可以有效培養(yǎng)學生的自主學習能力、分析解決問題的能力、創(chuàng)新能力，因此，這種教學模式在人才培養(yǎng)中將發(fā)揮越來越重要的作用.