王麗麗，李正大

(長沙學院電子信息與電氣工程學院，湖南 長沙 410022)

1 引言

大學物理實驗課是我國普通高等學校物理學專業(yè)學生的必修實驗課，也是高校中理工科類專業(yè)學生的必修基礎(chǔ)實驗課，輔助大學物理理論課，幫助學生更好地理解掌握大學物理知識與技能，了解解決物理問題的過程與方法。而大學物理實驗作為一門基礎(chǔ)實驗課程，還可以對高校理工科類專業(yè)學生進行科學實驗基本訓練，是本科生接受系統(tǒng)的實驗方法和實驗技能訓練的開端，在人才培養(yǎng)中具有其他課程不可替代的重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，學生經(jīng)過大學物理實驗課程的訓練后，在實踐與科學研究中的內(nèi)驅(qū)力提升，動手實踐的能力提高?？茖W的、有效的大學物理實驗課程教學有助于幫助學生養(yǎng)成良好的科學素養(yǎng)，提升學生的實踐與科學研究能力。

2 以教師為中心的傳統(tǒng)實驗教學方式

我國高校理工科專業(yè)學生的大學物理實驗課程一般開設(shè)在大學一年級和大學二年級，不同院校不同專業(yè)開課學時不等。作為一門必修實驗課程，大學物理實驗涵蓋力學、熱學、光學、電磁學以及近代物理學等知識點，實驗項目種類繁多。目前，各個高校根據(jù)自身的實驗教學條件，開設(shè)哪些實驗項目一般由開課實驗室確定，或者學生可以根據(jù)自己專業(yè)、興趣愛好等在學?，F(xiàn)有條件中選擇實驗項目。

我國高校的大學物理實驗教學過程一般是學生課前預習，課上先由教師講解實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗儀器、實驗內(nèi)容、注意事項等內(nèi)容，再演示實驗，然后學生按照教師或教材所講步驟重復實驗，測量數(shù)據(jù)，驗證結(jié)果。傳統(tǒng)教學模式具體如下。

（1）實驗預習。課前預習是學生在相應(yīng)的實驗項目課前完成的，是否完成的標準一般以學生是否書寫了實驗預習報告為判斷依據(jù)。但學生常常只是把課本抄寫一遍，并沒有真正掌握本次實驗?zāi)康?、原理等，沒有達到預習的目的。

（2）實驗操作。實驗課上，教師一般將實驗背景、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗?nèi)容與步驟以及注意事項等內(nèi)容進行詳細的講解，并且演示操作實驗過程，學生只需要將教師的操作行為復制一遍，記錄實驗數(shù)據(jù)即可。完成一個實驗項目，學生可能不需要預習，不需要理解掌握實驗原理，不需要具備相應(yīng)的物理知識，只復制操作過程，將實驗數(shù)據(jù)記錄到已給定的表格中。尤其對于非物理專業(yè)的學生，由于物理實驗不是專業(yè)課實驗，很多學生可能只是為了取得學分，并沒有掌握相應(yīng)的物理知識，實驗方法與技能、實驗素養(yǎng)也不能得到訓練、提高。

（3）實驗評定。因?qū)嶒灢僮髦袑W生人數(shù)較多，教師不易掌握每個學生的實驗操作情況，實驗評定一般依據(jù)學生的實驗測量數(shù)據(jù)，導致實驗評分重結(jié)果，忽視實驗操作過程，實驗成績不能反映學生的實踐能力等。

傳統(tǒng)的教學模式以教師為中心，學生只是被動的重復實驗步驟，忽視了學生實驗課程過程中的主觀能動作用，不利于學生實踐能力和創(chuàng)造創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)教學模式注重的是結(jié)果，可以實現(xiàn)知識的驗證和傳授，但忽視了實驗過程中能力和科學素養(yǎng)的培養(yǎng)。

此外，湖南省大學生物理競賽由理論考核和實驗考核兩部分組成，其中實驗考核更側(cè)重考查學生的實驗設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。而物理實驗的傳統(tǒng)教學方式，使得學生在物理競賽實驗考核中缺乏競爭力。因此大學物理實驗課不僅要傳授物理知識，系統(tǒng)的訓練學生的實驗操作能力，同時更應(yīng)注重培養(yǎng)學生的設(shè)計探究能力和創(chuàng)新能力，提高競賽競爭力，推動工科專業(yè)發(fā)展，促進傳統(tǒng)工科向新工科轉(zhuǎn)化。

3 以學生為中心的新型實驗教學方式

3.1 實驗項目的選擇

大學物理實驗課程的實驗項目可以分為三大類：基礎(chǔ)型實驗、綜合型實驗、設(shè)計探究型實驗。課程開設(shè)可分為必做實驗和選做實驗，必做實驗項目占據(jù)總實驗項目的50%-60%，其他問選做項目。必做實驗項目可根據(jù)學生專業(yè)特點確定，把物理實驗與學生專業(yè)聯(lián)系起來，充分體現(xiàn)物理實驗的重要性。選做實驗項目由學生根據(jù)自身專業(yè)特點、未來發(fā)展方向、興趣等選擇，其中學生自選的實驗項目中設(shè)計探究型實驗占自選項目50%及以上，防止學生因設(shè)計探究型實驗相對較難而只選基礎(chǔ)型或綜合型實驗。設(shè)計探究型實驗項目增加，可促進學生在實驗課程中思考、創(chuàng)新，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。同時，實驗室教師根據(jù)實驗教學條件，增設(shè)設(shè)計探究型實驗項目，增加學生選擇的多樣性，更好的為各個專業(yè)服務(wù)。

本文以我校功能材料專業(yè)學生為研究對象，必修實驗項目中除基本的物理實驗項目外，側(cè)重增加了與材料性能參數(shù)測量的實驗，如拉伸法測量金屬絲的楊氏模量、鐵磁材料的磁滯回線和基本磁化曲線的測量等，使物理實驗適應(yīng)學生專業(yè)需求與發(fā)展，為學生專業(yè)實驗的開設(shè)打好基礎(chǔ)，更好地為專業(yè)發(fā)展服務(wù)。

3.2 落實實驗預習的目的

教師利用“學習通”、實驗虛擬仿真軟件等教學工具，輔助完成實驗預習。為使實驗預習的目的落實，任課教師可以利用“學習通”教學軟件，把每一個實驗項目內(nèi)容甚至演示視頻上傳到軟件平臺上，并且針對每個實驗項目設(shè)置問題，學生可以直接利用手機隨時隨地完成初步預習。學生在“學習通”APP 上預習時除了閱讀觀看必要的教學資料外，同時回答問題提出疑問，教師可以查看學生閱讀情況及回答問題情況，判斷是否預習及預習中遇到的難題，既可以檢查督查學生預習，同時可以掌握學生預習中的疑難點，真正落實預習目的。文字及視頻資料預習后，還可以利用科大奧銳開發(fā)的實驗虛擬仿真系統(tǒng)，對實驗進行仿真，加深對實驗原理、實驗內(nèi)容的理解，簡單了解實驗儀器操作方法，觀察實驗現(xiàn)象及規(guī)律。另外，還要求學生查閱文獻、書籍、網(wǎng)絡(luò)等，找出該實驗在生活、工業(yè)、科研或自身專業(yè)上的應(yīng)用，或者其他實驗測量方法、改進措施等，提高學生學習興趣和動機，培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。

因為疫情影響，2020 年春季學期我校采用“學習通”與虛擬仿真軟件結(jié)合，進行物理實驗課程教學。從學生實驗仿真結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，實驗操作成績出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。經(jīng)實驗數(shù)據(jù)分析及學生實驗操作調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對仿真系統(tǒng)軟件操作熟練程度對實驗分數(shù)影響較大，實驗原理及實驗儀器操作實際學習情況并不能從實驗分數(shù)中得到反饋，可見實驗室實操必不可少。但實驗仿真數(shù)據(jù)及規(guī)律、現(xiàn)象，能幫助學生明確實驗?zāi)康?，了解實驗物理?guī)律，達到實驗預習的目的?！皩W習通”與虛擬仿真軟件結(jié)合進行實驗預習，利用教材、課件、教學視頻、仿真軟件等工具，可以讓學生從實驗原理、實驗操作到實驗現(xiàn)象觀察全面的認識實驗，避免了傳統(tǒng)的從教材到實驗報告本的簡單抄寫預習方式，真正達到了預習的目的。任課教師可以通過“學習通”及仿真軟件系統(tǒng)實時查看學生預習情況，并督促學生按時完成實驗預習。

3.3 實驗教學過程角色“翻轉(zhuǎn)”

根據(jù)班級學生人數(shù)、實驗項目數(shù)量及實驗教學工作量等，將學生分組，每個小組承擔一個實驗項目的課堂講解任務(wù)。每個實驗項目分為實驗背景、實驗原理、實驗儀器及操作、實驗應(yīng)用、實驗方法和儀器改進措施等五部分，每小組里每一個學生至少承擔一個部分內(nèi)容的資料查閱及講解。根據(jù)實驗預習及實驗講解內(nèi)容，以小組形式進行討論。講解任務(wù)分配好后，明確學生每部分必講解的知識點，防止重難點內(nèi)容遺漏。

小組討論時，除對疑難點物理知識點的討論外，重點引導學生對本實驗在實踐中的應(yīng)用、實驗方法及實驗儀器等改進措施上的討論。小組討論不僅加深學生對物理知識的理解，培養(yǎng)物理思維及方法，同時培養(yǎng)學生的探究精神和創(chuàng)新精神。此種教學方法增加了學生的學習積極性，促使學生更好地掌握物理實驗知識，同時培養(yǎng)學生在實驗課程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，提高實驗技能和創(chuàng)新能力。

4 教學方式變革中遇到的問題

（1）課堂教學效果有待提高。學生課前準備不足，對講解的實驗項目知識掌握不夠透徹，且不能較好地把教學內(nèi)容用簡練的文字傳達給學生。小組分工及團體合作能力有待提高，存在個別學生渾水摸魚現(xiàn)象。資料查找能力有待提高，對實驗應(yīng)用及實驗方法改進缺少創(chuàng)新性。個別學生能針對實驗現(xiàn)象及實驗數(shù)據(jù)，采用多次測量或改進實驗方法等措施減小實驗誤差，但多數(shù)學生還缺少主觀能動性。

（2）考核方式有待研究。因無法量化課前準備工作，且無法簡單通過講授效果評估學生工作量，所以對考核方式還有待研究。希望能改進考核方式，合理評估學生工作量，最終達到提高學生學習動力、學習興趣，切實提高學生的實驗?zāi)芰?、探究?chuàng)新能力，為大學生物理競賽儲備力量，同時推動學生在專業(yè)學習中創(chuàng)新，提高我校的人才培養(yǎng)質(zhì)量。

5 總結(jié)

我國高校理工科專業(yè)學生的大學物理實驗課程一般開設(shè)在大學一年級和大學二年級，不同院校不同專業(yè)開課學時不等。作為一門必修實驗課程，大學物理實驗涵蓋力學、熱學、光學、電磁學以及近代物理學等知識點，實驗項目種類繁多。目前，各個高校根據(jù)自身的實驗教學條件，開設(shè)哪些實驗項目一般由開課實驗室