從創(chuàng)新能力培養(yǎng)角度探討廣西高校《熱學實驗》的改革

摘要 從調(diào)查分析廣西各高校熱學實驗的現(xiàn)狀入手，結(jié)合我區(qū)各高校及其生源的特點，提出了以培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力為出發(fā)點，從實驗課時、內(nèi)容模塊、教師配備、實驗教學方式等提出了改革措施。

關鍵詞 廣西高校《熱學實驗》創(chuàng)新能力

一、廣西高等院校物理專業(yè)熱學實驗現(xiàn)狀

進入21世紀，全國各高校加大了課程改革力度。大學物理各類實驗課程改革方案也相繼出臺，許多學校大刀闊斧，在實驗內(nèi)容、實驗教學方式、實驗管理等方面進行了前所未有的探索實踐，如西安電子科技大學、西安交大、西北輕工等一些“西北路軍”及清華、北大等一些名校相繼采用了一種被稱為富有“生命力”的實驗教學形式，收效顯著。為了了解廣西高校目前熱學實驗的一些情況，我們分別走訪了廣西師大、廣西民大、廣西師院、欽州學院4所高校了解物理專業(yè)開設的熱學實驗情況，現(xiàn)介紹如下：

1 實驗課時安排情況

幾所學校都把熱學實驗與力學實驗開設在同一個學期，除了廣西民大在第三學期開設外，其余均在第二學期開設，廣西師院與欽州學院開設的熱學實驗課時是15學時，廣西師大開設18學時，廣西民大開設21學時。

2 實驗內(nèi)容的開設

各學校選擇的熱學實驗教材均是楊述武主編的，高等教育出版社出版的普通物理實驗(一、力學、熱學部分)第三版，開設的熱學實驗大致相同，主要從以下的內(nèi)容選做5至7個不等，每個實驗用3學時的課時。

(1)混合法測定固體的比熱容。(2)用拉脫法測定水的表面張力系數(shù)。(3)金屬線脹系數(shù)的測量。(4)良導體導熱系數(shù)的測定。(5)用毛細管法測定水的表面張力系數(shù)。(6)液體粘度的測定。(7)冰的比熔解熱的測量。(8)泊肅葉公式的研究。

3 實驗教師隊伍情況

這幾所學校在實驗教師配備方面大致一樣，完成一個實驗需要兩位教師配合，一位是專門負責實驗室的管理，維修，并完成實驗進行前的準備工作，另一位則是專門負責講解和指導學生進行實驗的教師。

4 實驗教學方法情況

每周做一個實驗，每個實驗3學時；實驗課一般采用2～3個實驗為一輪小循環(huán)，每個實驗開出6組不等，盡可能做到一人一組；學生需提前預習實驗，教師利用約1學時講授實驗原理、儀器使用方法、實驗內(nèi)容；剩下的時間為學生自主實驗時間，教師則進行指導糾正。教學形式換句話說就是教師先介紹，學生再操作，總共在3學時內(nèi)完成一個實驗，課后完成實驗報告。

5 評價學生實驗成績情況

各學校對學生的實驗成績評定不盡相同，廣西師范學院給學生的成績由平時實驗操作和實驗報告兩部分構成。欽州學院學期成績結(jié)構為：平時成績占60％，考試成績占40％。平時成績主要以平時實驗表現(xiàn)和實驗報告為依據(jù)；考試則采用筆試形式，考核內(nèi)容為課程里做過的內(nèi)容，主要包括實驗原理、實驗方法、數(shù)據(jù)處理、儀器使用、注意事項等。廣西師大與廣西民大學期成績主要也是由平時成績和操作考試兩部分組成。

從以上4所學校的具體考查情況來分析，目前廣西大部分的高校在實驗課方面依然看到很多90年代的實驗教學模式和管理模式，基本情況如下：(1)熱學實驗作為一門獨立課程開設。(2)熱學實驗內(nèi)容幾乎是經(jīng)典物理熱學內(nèi)容，屬于驗證性實驗，實驗內(nèi)容的更新緩慢。(3)受課時限制，安排六個實驗左右，每個實驗3節(jié)時，提供給學生的實驗學習與訓練空間較小，實驗教學層次梯度不明顯。(4)實驗過程學生機械地按講義操作，主動思考設計較少，常常出現(xiàn)教師包辦代替“抱著走”的現(xiàn)象。(5)實驗手段、設備相對落后。

從對學生的走訪中了解到，這樣的實驗教學方式和模式使學生的理解能力、動手能力等都得不到應有訓練，相當一部分學生認為做熱學實驗沒有意思，許多學生實驗數(shù)據(jù)和實驗報告相互抄襲，實驗變成了重復的驗證，失去了其如何創(chuàng)新的“做物理”的功能，這種情形很不利于學生的能力培養(yǎng)。

二、改革探索

對于廣西各高校來說，熱學實驗是在第二學期開設，屬于實驗生活的開始階段，而且學生多數(shù)來自農(nóng)村和邊遠山區(qū)，學習基礎、實驗能力較差，因而多數(shù)學生對實驗充滿好奇但又帶有些恐慌。因此在這一階段，通過充分的基礎實驗儀器的操作訓練，來增強他們的自信心；激發(fā)興趣。同時通過實驗，使學生意識到世界不是那么簡單，真正懂得什么是真實的物理世界，懂得如何去研究物理問題。這是這一階段我們開設熱學實驗的目的。

改革方案是：以服務學生為主，在時間空間上給予保證，實驗指導上給予支持，設計合理的實驗內(nèi)容和恰當?shù)慕虒W方式讓學生充分體驗做物理的過程。具體如下：

1 增加課時，打開實驗室是改革的前提

物理學是一門實驗科學，沒有足夠的實驗是很難真正領會物理思想的。美籍華人丁肇中在他獲得諾貝爾獎的頒獎大會上說“我希望通過我得到諾貝爾獎能提高中國人對實驗的認識”，他是在呼吁我們提高對物理實驗的重視度，加強基礎理論教育與加強基礎實驗教學并重。因此我們應該在課時上邁開改革的第一步，即增加課時。

以往的課時安排是與力學一起開設，如果以一學期18周計算，每周3學時，也就是共54學時，其中54學時分三個階段，誤差理論分析原理階段(約用二周6學時)，力學實驗階段(約10周30學時)，熱學實驗階段(約6周18學時)。這么分配下來，每一階段的時間都很緊，實驗是做了，但達不到目的。我們認為，這一階段培養(yǎng)學生做實驗的自信心和興趣是很重要的，誤差理論分析原理也很重要，它是力學，熱學實驗乃是后續(xù)各科實驗共同的誤差分析基礎，因此要詳細，至少要安排3周(9學時)的時間。在以后具體的實驗中還要不斷的提到。剩下的15周，力學實驗與熱學實驗平行進行，各都有15周(45學時)的課時，由各科支配。 其次是打開實驗室，提高實驗室的利用率，調(diào)動學生的積極性。打破“儀器只見一面，房子只進一次”的舊實驗教學模式，滿足學生提出的有機會預習實驗，補做重做實驗，多做實驗的要求。把實驗室打開，鼓勵、幫助和引導學生多做實驗，為學生提供足夠的條件，以便在實驗過程中充分發(fā)揮他們的主觀能動性，使學生置身于一種富有探索和創(chuàng)造性的學習環(huán)境中。積極主動地思考，分析問題，使他們受到一種類似于專業(yè)科研人員搞科研的那種訓練，實驗種類大幅度增加，調(diào)動了學生的主動性，強化了能力培養(yǎng)，提高了教學質(zhì)量，推動了實驗室建設。

2 實驗內(nèi)容模塊化，逐層遞進，部分內(nèi)容動態(tài)變化

從調(diào)查的情況上看，目前廣西各高校熱學實驗內(nèi)容都選擇了幾個經(jīng)典的驗證性實驗，主要目的是幫助學生理解物理理論，驗證物理結(jié)論，了解基本的物理儀器。但在內(nèi)容及能力培養(yǎng)上都沒有體現(xiàn)層次性，加上課時的限制和保守的教學觀念和教學模式，往往使這一目的難以達到。

我們認為，這～階段的主要目的是通過充分的基礎實驗儀器的操作訓練，來增強學生的自信心；通過基本的經(jīng)典實驗的訓練，來幫助他們對物理理論的理解及加強對一般的科學研究過程有些了解；通過豐富有趣，聯(lián)系生活實際的設計性實驗來激起學生對做實驗的興趣。因此實驗內(nèi)容應分三個模塊：儀器原理及操作模塊；基本經(jīng)典實驗模塊；設計性實驗模塊。

儀器原理及操作模塊(安排2周6學時)：這一階段學生需要掌握第二階段所使用儀器的原理、構造、調(diào)整及使用方法，并嘗試進行一些簡單的測量。如果經(jīng)過這段時間的實物訓練還認為不夠熟練的學生，還可以向?qū)嶒瀱T預約到實驗室多練習操作直至熟練。這樣有利于使學生在進行基本實驗教學時有同一起點，樹立他們的自信心，為下一階段的實驗作好準備。

基本經(jīng)典實驗模塊(安排5周，15學時，做5個實驗)：在這階段選擇5個基本的經(jīng)典實驗進行基本實驗技能和基本測量方法的系統(tǒng)訓練，目的是讓學生初步了解到物理實驗的系統(tǒng)方法，了解科學研究過程的嚴謹性。基礎實驗與物理課堂聯(lián)系在一起，主要配合物理課內(nèi)容的講授，通過學生親自動手做實驗加深對物理概念的理解。

選做設計性實驗模塊：(安排8周24學時)，這一階段我們給出大量的聯(lián)系實際的生活小實驗，小設計分成幾組，每一組4或5個小實驗小設計供學生選做。這些實驗與生產(chǎn)實際結(jié)合，注重引導學生獨立去分析解決一些較為簡單的實際問題，難度不高但內(nèi)容豐富，而且每個實驗后都提出些討論題，要求學生認真研究，目的是激發(fā)學生用物理方法探索物理規(guī)律的熱情，提高他們動手動腦能力，使課外創(chuàng)新、研究等類型的設計有了發(fā)展的空間，很適合大學低年級學生的能力培養(yǎng)。

3 教師配備

配合以上改革，在教師配備上也相應做些調(diào)整，主要配備三方面的人員：一個專職實驗教師、一個實驗室主要負責人、從高年級中選出幾個優(yōu)秀的學生當實驗助教。

專職實驗教師是實驗課程的核心指導教師，有很好的理論和豐富的實踐經(jīng)驗，負責與實驗室負責人討論設計實驗，培訓帶實驗的實驗助教，并檢查他們的工作。第一階段與第二階段的實驗一般都是由實驗助教帶的，這些實驗助教要經(jīng)過約一星期的脫產(chǎn)培訓，合格后方可上崗，設計實驗則往往由專職實驗教師親自帶實驗，實驗助教輔助專職實驗教師與學生討論實驗設計方案。

實驗室主要負責人一般不帶實驗，主要負責出主意，排實驗，提供和維修實驗儀器。負責按專職實驗教師要求準備實驗，設計配置新實驗項目和實驗室的管理。

實驗助教負責和協(xié)助相應的實驗任務外，還要協(xié)助開放實驗室的管理，有了實驗助教，實驗室開放的時間得到增加，比如星期六、星期天，學生要做實驗，可讓實驗助教代替教師管理教學，還可以將學生的問題意見等隨時反饋給教師，使教學不斷改進，師生間的關系亦更加密切。

4 實驗教學方式的改革

教學活動的開展以“學生是主體”為教學原則，教學中注重應用啟發(fā)式、討論式、研究式教學方法，最大限度的激發(fā)學生做實驗的熱情，探索現(xiàn)實生活物理現(xiàn)象的熱情，慢慢的培養(yǎng)學生做物理的興趣。

(1)強調(diào)預習

通過實驗前的預習使學生了解要測量什么物理量，達到什么目的。但是課外進行實驗預習，僅限于理論上了解，效果又不理想，因此，做實驗的學生在實驗前一周來實驗室做準備是很必要的。弄清楚本次實驗的實驗原理，步驟，測量的內(nèi)容，并設計好測量表格，由實驗助教檢查過關才能進行實驗。

(2)選擇性開放實驗室

在正常實驗課的時間開放實驗室外，在自習課或是周末由學生實驗助教來打開實驗室，給想來做實驗或預習實驗的學生創(chuàng)造條件。開放實驗室，可以充分，有效地利用實驗室資源以及現(xiàn)代實驗技術和手段，進行多種模式，多種方法的教學探討，從而搞活實驗教學，是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的重要環(huán)節(jié)。預習開放，學生在實驗前看書預習不太明白時，可隨時到實驗室對照儀器預習或上機仿真預習，從而改變了學生實驗前預習不足的狀況。

(3)基礎實驗強調(diào)操作規(guī)范，注意細節(jié)，強調(diào)實驗原理與測量內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系

在這一階段，學生要嚴格按照操作規(guī)范進行測量和調(diào)整儀器，學習實驗數(shù)據(jù)的顯示和分析，建立對任何測量結(jié)果的不確定度的概念，用給定的儀器設備練習使測量結(jié)果最佳化的基礎技術，練習撰寫實驗科學報告，討論實驗結(jié)果。學習掌握典型物理實驗的基本思路，操作方法，實驗技巧和研究方法。這些實驗要做正式實驗報告，期終要考試。

(4)設計性實驗強調(diào)培養(yǎng)學生研究熱物理興趣，提高綜合能力

設計性實驗應成為師生互動過程，提高學生在實驗過程中的能動性，整個實驗學生是主角，實驗室由學生支配，實驗儀器，實驗內(nèi)容由學生選擇，實驗教師只是參與討論，鼓勵和要求學生去接觸，摸索。學生可以發(fā)揮自己的獨創(chuàng)性。這類實驗注重從實際出發(fā)，注重實驗內(nèi)容的趣味性和聯(lián)系實際，實行分層次，開放式的教學。學生通過討論的方式交流各自對實驗設想，介紹實驗方案匯報實驗測試和分析結(jié)果，讓學生從知識運用技能訓練，語言表達能力和歸納總結(jié)方面得到鍛煉。

(5)設置實驗室的資料庫

實驗室中應備有較齊全的參考文獻和資料，以書寫的形式存放于小資料室或以文檔的形式存放于電腦中、網(wǎng)頁上，學生做實驗時可以隨時查找自己需要的資料，所有的學生都可以很方便地在實驗室的網(wǎng)頁上查到自己所需的實驗指導材料。

5 測評方式的改革

從調(diào)查的情況可知，大多數(shù)院校采取兩部分來測評實驗成績：平時的實驗報告+期末操作實驗考試。我們認為，測評應注重學生實際的能力表現(xiàn)，測評方式應趨向“綜合化”。主要包括儀器操作考試，實驗基礎理論，誤差理論，設計能力，課堂討論，實驗報告，及口頭報告等方面，由助教綜合評定學生實驗成績。

(責編 覃柏生)