物理實驗分層次教學中的能力培養實踐

袁斯偉　王景聚

普通物理實驗是大學理工科學生開設的一門基礎課，是接受系統實驗方法、進行實驗技巧訓練的必修課。實驗教學是培養學生綜合素質和創新能力的重要環節。如何改革實驗教學，提高教學質量，培養具有較強社會適應能力和創新能力的人才，已成為高校實驗教學研究的重要課題。從2003級開始，我系修訂了普通物理實驗教學大綱，打破了普通物理實驗按照傳統的力學實驗、熱學實驗、電磁學實驗和光學實驗開設的模式，建立了基于能力培養的普通物理實驗分層次教學體系。

一、普通物理實驗分層次教學體系

為了培養高素質的人才，特別是培養學生具有創新精神和實踐能力，我們對不適應培養目標的教學體系、教學內容和方法進行了深層次的改革。將普通物理實驗內容分成二年級的必修課和四年級的選修課來完成。我們提出了物理實驗分層次教學的課程建設整體方案及其教學實驗室建設規劃。必修課按理論性、設計性和綜合性實驗開設，而選修課則主要是開設設計性和綜合性實驗。基于實驗基礎性，注重物理實驗項目的共性和個性特征，同時根據分層次課程內容教學需要，提出了的實驗設備優化原則，提高教學內容和實驗技術可拓展性。教學實踐顯示，通過分層次物理實驗教學平臺，既為“通才”教育提供實驗技能訓練和科學實踐能力培養的教學技術環境，也為物理“專才”培養提供了科技創新的技術空間，滿足不同層次學生的教學需要。

二、普通物理實驗分層次教學課程建設

能力培養型普通物理實驗培養方案，以物理實驗課程內容改革為切入點，實施物理實驗分層次教學平臺建設。“普通物理實驗”課程整體依照由淺入深的認識規律按內容層次分三個教學階段授課。第一層次基礎性實驗，注重基本實驗技能培養，學習基本物理量的觀測技術方法，及其正確的實驗數據記錄、分析處理、實驗結果的準確描述和規范實驗報告。第二層次綜合性實驗，充分體現物理研究實際過程，注重實驗方法的綜合運用，培養學生綜合分析和科技創新能力。第三層次設計性實驗，注重基本物理現象的觀測及研究方法，學習實驗設計方法。應該說，第一層次強調基本技能訓練，第二層次突出實驗綜合能力的培養，其教學過程更專注于實驗的物理內涵和物理現象的探索，第三層次培養學生從事科學實驗的能力。為了達到普通物理實驗課程分層次教學目標，我們對普通物理實驗項目進行了整合，進行了課程內容改革和實驗室建設規劃。使實驗項目安排分別注重實驗原理和實驗技術兩方面，注重物理研究的內在聯系。如開出示波器系列實驗、分光計系列實驗和電位差計系列實驗等。實驗相關項目構成課程的單元，由這些實驗單元組合成普通物理實驗課程整體，使整個實驗課程一體化。進一步根據課程整體教學要求，對實驗相關子集中每一項目的教學重點進行調整，使實驗教學內容體現層次結構。在物理實驗分層次教學實施過程中，第一層次和第二層次實驗項目的教學內容面向所有學習物理實驗的學生，第三層次項目內容則進一步分“通才”要求和“專才”要求來設置。前者定位于滿足所有本科學生教學需要，但在傳統的實驗方法上有所提高，有所創新，也有自己的教學特色；后者體現了綜合創新及使用現代化測量手段，它面向學有余力的優良和優秀學生，滿足“優生優培”的教學需要。

三、物理實驗分層次教學實踐

在物理實驗分層次教學實踐中，我們既要實現物理實驗分層次的教學目標，又要兼顧實驗設備資源的合理配置。傳統實驗教學以實驗項目為獨立單元，根據實驗項目各自的教學目的、內容和技術方法，提出儀器設備建設要求。由于忽視明確的課程整體教學定位以及單個實驗項目在課程整體內部的層次化教學分工，更缺乏項目之間的物理原理或實驗技術關聯，從而導致部分設備資源重復建設。因此，基于單元中每一個項目所需的儀器設備在子集中的教學層次定位，測量儀器和實驗主體設備均存在于個性和共性之中。進一步根據層次化課程內容的教學要求，合理利用和配置實驗設備，提高教學內容和實驗技術可拓展性。譬如，聲速測量、RLC串聯諧振等實驗在具有可擴展性的主平臺上，通過不同的實驗配件組合，展開一系列的實驗教學內容。這一建設思想，不僅節省教學費用，而且充分利用教學資源，更重要的是使學生通過具體的實驗對象理解物理研究的內在聯系，提高科技創新能力。基于物理分層次實驗教學要求，在實驗技術配置上，針對不同學習需要的學生，提供不同層次的實驗技術環境，真正達到“優生優培”的目的。如關于示波器的教學，我們首先介紹模擬示波器，在學生掌握了示波器的若干個實驗以后，再進一步學習數字示波器，由淺入深，循序漸進，學習示波器應用的系列實驗。在實驗方法上，我們也進行了相應的改革。如關于楊氏模量的測量，我們首先介紹拉伸法，然后介紹動態法和霍耳位移傳感器法，新舊實驗方法對比，學生從中可以體會到現代實驗技術的進步。

四、結論

物理實驗分層次教學，既優化教學技術手段又提高了實驗教學設備的使用效率，更重要的是，在相同資金條件下，實現采用與實際應用接軌的精密測量儀器或實驗測量技術多樣化的教學技術安排。根據“厚基礎，強能力，高素質”的培養模式和學校培養學生的目標及各專業的要求，依據所設計的實驗項目決定將要配置的實驗器材，要求這些儀器既有經典的又有現代的；既有自動的又有手動的；既有模擬的又有數字的。概括起來就是傳統的和現代的、基礎的和先進的二者兼顧。開出的實驗項目要傳統與現代內容并存；基本方法、基本技能訓練與獨立設計結合。給不同智力、不同需求的學生以充分選擇的余地。這樣可以改變按傳統的力學、熱學、電磁學和光學開設的拼盤式的舊體制實驗，代之以“理論性（基礎性）”、“設計性”和“綜合性”實驗的新的教學體制，使實驗內容由淺入深、循序漸進，達到提高學生素質和培養能力的目標。

參考文獻：

[1]李潮銳.層次化物理實驗教學平臺建設[J].實驗室研究與探索，2005，（5）.

[2] 袁斯偉，王景聚.構建新型實驗教學體系培養高素質的創新人才[J].教書育人，2006，（4）.