王廣川 謝國亞

【摘 要】 實驗在物理學中具有奠基性的地位，物理規(guī)律是由實驗探索而來的，現(xiàn)代物理學體系也是從伽利略開創(chuàng)實驗體系開始的。文章以電磁理論為例，介紹了在大學物理實驗教學中如何通過實驗探索電磁理論的本質(zhì)和規(guī)律。通過實驗，學生可以直觀地感受到電磁場的基本性質(zhì)，深入理解電磁場的概念，養(yǎng)成自主探索物理規(guī)律的良好學習習慣。

【關鍵詞】 大學；物理實驗；教學；物理規(guī)律；電磁理論

一、大學物理實驗教學的關鍵因素

（一）物理實驗室

先進的實驗室能夠保證學生充分地進行實驗，從而加深對物理知識的理解和認識。較大規(guī)模的實驗室和設備數(shù)量選擇還可以避免實驗時學生過于擁擠或過于稀疏的不利情況，更好地保護實驗設備和學生的安全。發(fā)達國家物理教學已經(jīng)從書本知識教學轉移到實驗室規(guī)律探索上，即使在教室中也大量配備了實驗設備，喬布斯在大學期間就花很多時間在教室擺弄各種電子設備，這為后來蘋果的研發(fā)工作打下了堅實的基礎。發(fā)達國家大學物理實驗室一般都是開放性的，這給學生提供了充分的實驗機會，讓學生能夠在課后自覺、主動地進入實驗室，研究他們喜歡的項目，自主探索物理規(guī)律。高校教師也可以利用物理實驗室取得重大的研究突破，比如麻省理工學院的MIT團隊就充分利用本校的實驗室，將麥克斯韋的電磁方程發(fā)展到納米級別。

（二）以學生為主體

物理規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新理論的發(fā)明都是在主動探索中進行的，我國高校物理學基礎理論和高端科技創(chuàng)新之所以落后于發(fā)達國家，就是因為高校物理教育一直沿用傳統(tǒng)的灌輸式教學方式，教師是教學的主體，學生被動接受，主動思考和探索較少。在大學物理實驗教學中，學生需要具備較強的自主學習和自主探究的能力。當受到問題困擾時，學生需要發(fā)掘自己解決問題的能力，通過自己的思考、實驗和總結發(fā)現(xiàn)問題的答案。因此，在實驗教學過程中，教師應該鼓勵學生自主思考、獨立探究，提高大學生的實驗技能和實踐能力，讓學生主動去動手實驗、探索實驗、總結實驗。大學物理和基礎教育物理相比，其理論性更強，更需要學生自主探索物理規(guī)律，通過與他人的互動和合作發(fā)掘更廣闊的實驗空間，注重合作和創(chuàng)新的能力培養(yǎng)。比如關于電磁理論的理解，如果所有人都局限在機械能和電能的轉化上，就不可能有麥克斯方程突破，光、電、磁力也就不可能統(tǒng)一。

（三）以教師為引導

現(xiàn)代物理教學要實現(xiàn)從理論教學到實踐教學的過渡，就必須轉變教師的角色，讓出他們實驗教學引導者和組織者的身份，“變講師為導師”。在教學過程中，立足于扎實的專業(yè)知識和教育教學的理論知識，結合實際情況，開展變革性的實驗教學活動，提高實驗教學質(zhì)量。合理運用不同的教學方法和方式，注重實驗教學過程中的互動，加強學生的實踐能力和動手能力，培養(yǎng)學生分析實驗數(shù)據(jù)和問題的能力。對于物理專業(yè)和非物理專業(yè)的學生要采用不同的教學方法，物理專業(yè)的學生要重視其基礎理論等方面的研究，非物理專業(yè)的學生要注意激發(fā)他們的興趣。為了進一步探索物理規(guī)律，教師需要幫助學生設計研究性的實驗，根據(jù)學生專業(yè)不同設計不同的研究類型。教師可以帶領學生進行一些研究性的實驗，共同進行項目開發(fā)，在實際項目中更有利于分析物理規(guī)律。

二、大學物理實驗教學的現(xiàn)狀調(diào)查

（一）問卷調(diào)查情況

通過自編《大學物理實驗教學中學生對物理實驗與物理規(guī)律認識現(xiàn)狀調(diào)查》問卷，了解目前在大學物理實驗教學中對物理規(guī)律的關注程度，并分析其原因，以便提出針對物理規(guī)律探索的教學方法。希望通過這樣的調(diào)查，可以解決現(xiàn)行教學中存在的一些問題。

研究對象為本地大學生，隨機發(fā)放了300份問卷。

（二）問卷調(diào)查分析

調(diào)查表主要由17個客觀題和2個主觀題組成，客觀題的選項有2個的、有3個的，也有4個選項的，內(nèi)容主要涉及學生實驗前、實驗中、實驗后對實驗中的基礎理論和實驗結果的認識和重視程度，實驗教學的上課方式，學生對現(xiàn)有教學方式的喜愛程度，學生對于物理實驗的理解，實驗數(shù)據(jù)和結果的反思等。主觀題是學生對物理實驗的建議等。

共發(fā)放300份問卷，回收280份，回收率為93.33%，本次調(diào)查是有效的、真實的。

（三）調(diào)查結果分析

分析得出，75%的學生認識到物理實驗和物理規(guī)律的密切關系，認識到物理學實驗是物理學教學中非常重要的一環(huán)。在這個過程中，學生會親自操作實驗裝置、觀察實驗現(xiàn)象、收集數(shù)據(jù)等，理解實驗對物理規(guī)律驗證的重要作用。因此，大多數(shù)學生認為實驗和規(guī)律是密切相關的。10%的學生僅關注實驗本身，對規(guī)律認識較為薄弱。盡管大多數(shù)學生已經(jīng)了解到實驗和物理規(guī)律之間的內(nèi)在聯(lián)系，但仍有一小部分學生僅僅將注意力集中于實驗本身，對實驗數(shù)據(jù)的處理和實驗結論的推導不深入，對物理規(guī)律的認識相對來說較薄弱。15%的學生能夠深入理解實驗與規(guī)律之間的關系，可以說，實驗是驗證物理規(guī)律的有效手段，然而并不是所有學生都能夠深刻理解這一點。有些學生通過對實驗數(shù)據(jù)的分析和總結，能夠推導出對應的物理規(guī)律，并且能夠在實際應用中進一步理解這些規(guī)律的內(nèi)在本質(zhì)。主觀題方面有學生提出實驗設備不充足，實驗室開放時間還需增長，實驗儀器不夠精細，實驗趣味性不足，自主探索實驗較少。

（四）存在的主要問題

結合課堂觀察發(fā)現(xiàn)，學生的動手操作能力較差，由于基礎教育階段實驗經(jīng)驗較少，一些學生在實驗過程中顯得無所適從。學生獲得的實驗收獲較少，對物理規(guī)律缺乏把握。課程教學較為死板，導致學生的創(chuàng)新能力不足，很多課程要求統(tǒng)一化操作，限制了學生自主思維的發(fā)展。實驗數(shù)據(jù)利用不夠充分，一般只用于誤差分析。重視現(xiàn)有公式和定理的分析，在物理思想方法上不夠重視。教學觀念過于陳舊，還是停留在傳統(tǒng)理論教學思維上，很多教師還沒有在教學革新的高度上認識物理實驗，因此導致實驗目標并沒有達成。

三、基于物理規(guī)律探索的大學物理實驗教學對策

（一）建立基于物理規(guī)律探索的教學觀念

要以學生為主體，以學生發(fā)展為目的，面向尖端科技，尊重學生個體的差異，充分挖掘他們的潛力。通過實驗和探究，讓學生親身感受物理規(guī)律的內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)，使學生對物理規(guī)律有更深入的認識和理解。通過探究物理規(guī)律的相關現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)，引導學生發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的本質(zhì)，培養(yǎng)其獨立思考和創(chuàng)造性思維能力，掌握科學探究的方法和技巧。要注意建立開放、積極、互動和合作的教學環(huán)境，使學生能夠自主參與，增強自覺學習的意識，并通過與他人的交流，開闊視野和提高思維水平。要改變應試教育觀念，注重培養(yǎng)學生實際解決問題的能力，使學生掌握具有實用性的物理知識和技能，為學生日后的科學探索和實踐工作奠定基礎。對于物理專業(yè)的學生來說，更要注重物理規(guī)律的探索，培養(yǎng)他們能夠主動發(fā)現(xiàn)和探索自然現(xiàn)象和物理本質(zhì)的能力。要在實驗中大膽假設，小心求證，像麥克斯韋一樣提出創(chuàng)新的觀點，力爭在物理學理論研究上有所突破。

（二）革新傳統(tǒng)教學模式

首先，要以探索物理規(guī)律為核心，傳統(tǒng)物理教學以數(shù)據(jù)檢驗和物理規(guī)律的驗證為目的，很多實驗只是為了讓學生得到理想中的數(shù)據(jù)。這就導致物理實驗往往是為了貼近數(shù)據(jù)，一些學生發(fā)現(xiàn)自己的實驗偏離了目標數(shù)據(jù)，甚至會數(shù)據(jù)造假。大學物理實驗應該注重學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律和自主探索物理規(guī)律能力的培養(yǎng)，而非過多地糾結驗證實驗原理，這樣學生才能多問幾個為什么，而不是一味相信權威。

其次，改變實驗課是理論課附屬的思想，轉向規(guī)律探索性實驗，力爭在前人研究的基礎上有自己的見解。這就需要教師逐漸滲透物理思想方法，引導學生從已有的知識和經(jīng)驗出發(fā)，自主設計實驗方案，在問題分析過程中總結出規(guī)律，并用這個規(guī)律去解決問題。

再次，實驗要自主操作，而不是照本宣科，按部就班，改變過去教師演示學生模仿的方式。在確保復雜儀器操作安全的前提下，讓學生自己去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，鼓勵他們的創(chuàng)意，調(diào)動積極性，讓學生在實驗中發(fā)現(xiàn)學習的樂趣，找到自己的愛好，建立學習的信心。

最后，要善于利用實驗數(shù)據(jù)和實驗結果分析總結物理規(guī)律，進而思考怎么利用物理規(guī)律解決實際問題，最終達成實驗目標。

（三）基于物理規(guī)律探索的“電磁理論”案例

物理實驗中的“電磁理論”實驗是一個涉及電磁場理論的實驗，旨在讓學生了解電磁場的性質(zhì)和基本原理，掌握電磁場相關的實驗方法和技巧。

四、結語

實驗教學在大學物理教育中具有非常重要的作用，它可以幫助學生更加深入地理解物理規(guī)律和現(xiàn)象。本研究為大學物理實驗教學提供一定的參考指導，具有一定的推廣價值，但是在實驗設計上還需要進一步的研究。

參考文獻：

［1］ 董仕練，唐涵. 以拉曼光譜技術為引：淺談大學物理實驗中的醫(yī)學和物理學科交融［J］. 物理與工程，2022，32（04）：150-155.

［2］ 鄭曉玉，陳宗華，趙炳炎. 與時俱進的大學物理課程思政教學探索——以“電磁感應定律”為例［J］. 職業(yè)教育（漢斯），2022，11（03）：276-28.

［3］ 陸增友，范欽明，崔愷. 基于實驗培養(yǎng)學生思維能力的物理規(guī)律教學——以蘇科版教材“物體的浮與沉”教學為例［J］. 中學物理教學參考，2021，50（11）：38-40.

［4］ 樊代和，魏云，常相輝，等. 基于跨學科創(chuàng)新型本科人才培養(yǎng)的“立”型大學物理實驗課程教學模式研究［J］. 實驗室研究與探索，2022，41（08）：236-241.

［5］ 張建祥，王倩，羅積軍，等. “新工科”和“工程教育認證”雙重背景下大學物理實驗教學改革與探索［J］. 科技風，2022（29）：74-76.

［6］ 檀姍姍，黃蕊，孫宗利，等. 大學物理實驗教學改革的探討與實踐［J］. 物理通報，2021（11）：121-125.

［7］ 姜寒玉，何軍，丁作銘，等. 基于遷移理論提升大學物理實驗教學質(zhì)量的探索與實踐［J］. 大學物理，2021，40（09）：37-41.

［8］ 簡榮華，毛俊雯，沈彩，等. 新工科背景下地方本科高校大學物理實驗室建設研究［J］. 成長，2022（01）：59-61.

［9］ 翟世龍，冀若楠，侯泉文，等. 將超表面融入大學物理課堂教學的探索［J]. 大學物理實驗，2021，34（03）：46-50.