改革物理實驗課程體系 實踐物理實驗開放式教學

張 平，錢憶平

（常熟理工學院 物理與電子工程學院，江蘇 常熟 215500）

科學源于實踐，物理源于實驗。物理學是一門實驗科學，古往今來，物理學的發展和創新無不與物理實驗密切聯系。因此，基礎物理實驗教學理應成為培養學生創造能力的重要環節。然而，長期以來，基礎物理實驗的教學模式、教學內容陳舊，教學方法、教學手段單一。學生只要按教材上的步驟做,就能順利地完成實驗。這種實驗教學方式在一定程度上限制了學生的主動性與積極性，很難激發他們獨立思考的興趣和激情，抑制了學生個性的發展，不利于創新人才的培養。近年來，常熟理工學院物理學基礎實驗中心為了全面貫徹落實學校的辦學思想，努力把學校辦成特色鮮明，質量著稱的應用型品牌大學，緊緊抓住建設省級實驗示范中心的機遇，以努力培養應用型、創新型人才為目的，對基礎物理實驗的課程體系、教學內容、教學方法和考核標準等方面進行了改革與實踐。目前，這些改革已初見成效。

一、建立系列化、層次化的課程新體系

在知識爆炸和課時壓縮的形勢下，過分強調課程的完整性、系統性顯然是不合適的，也是不可能的。實驗中心在對原有實驗課程體系進行認真細致的分析后，根據以培養應用型、創新型人才的教學目的和本二學生的認知規律，按由淺入深、循序漸進的教學原則，取消了實驗課程按傳統的力、熱、電、光、近代物理這種單一學科分支結構的劃分方法，建立了系列化、層次化的實驗課程體系和教學內容。課程體系可分為五門課程、九個層次：（1）基礎理論：主要介紹誤差理論，不確定度的評定，有效數字的計算，實驗數據的常用處理方法等實驗基礎理論。（2）預備實驗：挑選最基本的實驗，實現學習模式由中學傳統模式向大學自主學習模式轉變。（3）基礎實驗：進行嚴格的基本實驗思想、基本實驗方法、基本實驗技能訓練，養成良好的科學實驗習慣。（4）綜合實驗：鞏固學生在基礎實驗階段的學習成果、開闊學生的眼界和思路，提高學生對實驗方法和實驗技術的綜合運用能力。（5）研究與設計性實驗：通過查閱資料，擬定和實施實驗方案，設計撰寫實驗報告的“準科學實驗”的全過程接觸，激發學生主動思考、探索、研究的欲望。（6）現代物理實驗：了解與當今科技發展相適應的新技術、新方法，掌握必要的知識點。（7）近代物理實驗：掌握對物理科學發展起重要作用的幾個關鍵性實驗及其實驗思維方法。（8）研究與探索實驗：以培養科學研究能力為主要目的。（9）物理真奇妙演示實驗：主要內容可分為三塊：基礎物理演示實驗；半定性、半定量的操作實驗；展示科技發展新成果的演示實驗。這種課程教學體系，在最大程度上適應了對不同年級、不同能力學生的教學需求。

二、構建時間、內容全方位開放的實驗教學新模式

縱觀國內外物理實驗教學的現狀,實驗室開放已成為一種趨勢，開放的實驗教學體現了“以人為本”的教學新理念，把學習自主權交給學生，給予了學生很大的自由度。學生可自己安排實驗時間，可根據自身的基礎和所學專業，選擇自己感興趣的實驗項目進行自主學習。促使學生主動、積極地學習和思考，有利于培養學生的發散思維能力、獨立分析問題、解決問題的能力和創新能力。面對新的形勢、新的教學理念，實驗中心實施了形式多樣的開放性實驗，并制定了一整套規章制度，建立了由實驗教學，網絡預約選課、設備管理及網上評教等模塊組成的中心管理平臺，提高了中心的管理水平和工作效率，也為學生自主學習提供了保障。實驗的開放形式有以下四種類型。

（一）教學計劃內的必修課程《大學物理實驗》實行了在時間上和內容上的全方位開放

時間開放：一年級學生的課內時間大部分都有理論課，因此實驗中心利用了全部的課外時間(包括雙休日的白天和周一至周日的晚上)將實驗室全面開放，學生可通過網上預約進行實驗；

內容開放：《大學物理實驗》的計劃學時為57學時，實驗中心開出的實驗時數超過了120學時，可選實驗項目個數超出計劃實驗項目數百分之一百以上。

所以，學生可合理安排學習時間，自主挑選適合自己能力、特長和興趣的實驗項目進行實驗，以達到以人為本、因材施教，優秀學生脫穎而出的教學效果。

（二）開放性的選修實驗課程

以設計性、研究性實驗為主的《現代物理實驗》和《研究與探索實驗》是針對理工科部分優秀學生開放的實驗。該類實驗通常利用雙休日向學生開放，由中心提供場所、儀器設備，并規定在一個學期內完成2～3個研究項目，寫出相應的研究報告或小論文。而學生可以自行組建小團隊，根據研究內容，自擬實驗方案和步驟完成相關任務。設計性、研究性實驗的開設，滿足了這部分學生的求知欲望。

（三）創新型的科技活動

組織開展了全國大學生科技作品競賽、電子設計競賽、校級、省級的大學生創新訓練計劃項目等以學生為主的科研活動，實驗中心有專門的指導老師和學生進行一對一的、不定時的指導，地點通常在指導教師的辦公室和研究室，學生的自主研究和師生的共同討論，培養了學生的創新意識，提高了學生的科學研究能力。

（四）全力打造學生自己的實驗室 傾情培養學生的創造能力

《學生課余實驗研究室》是一個正在建設中的學生自己的實驗室，是實驗中心與物理與電子工程學院學生會科協共同管理的供學生課余時間學習、研究的實驗室。實驗室的主要設備為淘汰、報廢的舊設備，本著“拆壞無過，修好有功，創新有獎”的原則，鼓勵感興趣的同學自行動手對舊設備進行改造、拼裝、修復甚至創新等自主性學習研究。在那里，基礎差、動手能力弱的學生，不必縮手縮腳，只管大膽嘗試；而實驗基礎較好的學生,也將有了自由施展的“用武之地”。實驗中心計劃配備二名有實踐經驗的老師作為實驗室的顧問，為學生提供理論和技術的支持。同學們得到這個消息，積極性非常高，他們摩拳擦掌，準備在自己的小天地里干一翻“事業”。

三、激發學生學習積極性，建立全新的考核標準

《大學物理實驗》是面向全校理工類專業學生開設的重要基礎課，課程的全方位開放和學校的計劃學時形成了一對矛盾。如果按學校的計劃學時進行實驗，將造成設備資源的嚴重浪費，因為中心開出的實驗數超出了計劃學時的一倍以上，學生完全有超計劃實驗的條件和時間，中心鼓勵他們多做實驗，多訓練自己，但在沒有任何“激勵”（加學分，有難度）機制的情況下，學生的積極性不高，實驗室開放第一學期，竟無一人多選實驗。為了解決這樣的矛盾，充分調動學生學習的積極性，充分利用實驗室的設備資源，中心反復討論研究，制定了一套全新的考核標準。在新的標準中，實驗總成績的評定采用了“分值積累制”。根據實驗的難易不同，完成不同的實驗，所得的“分值”也將不同，學生必須自行選擇、完成一定數量的實驗，從而積累一定量的“分值”，根據分值的多少可獲得合格、良好、優秀等不同等級的實驗成績。而一個實驗的成績，則要綜合考查學生的預習、操作、實驗報告等多種因素后才能評定（如：“分光計的調整和使用”實驗的“分值”為12，學生完成該實驗的成績為80分，則可獲得的分值為9.6）。新標準的實行，極大地調動了學生的學習積極性，他們樂意多做實驗、選做難度大的實驗。實驗中心對第二學期(2008-2009學年度第一學期)學生的實驗情況進行了統計，結果顯示：該學期參與實驗的人數為799人，其中有271人超計劃完成了實驗，占33.9%；2007級自動化2班超計劃完成的人數達到了36人，占班級人數的80%；更有部分學生完成實驗的總數超過了計劃的25%以上。事實表明，只要我們動腦筋、想辦法，學生的學習熱情是可以被調動起來的。學生在談到實驗考核新標準時說道：新標準的實施可以鼓勵學生多做實驗，而多動手、多訓練，對培養各方面的能力是非常有利的。還有學生談到：原來在農村中學就讀，很少做實驗，動手能力很差，剛開始做的幾個實驗成績都很低，如果按原來的做法，只做規定的幾個實驗，那就與取得好成績無緣了。現在好了，可以通過多選實驗來彌補這種遺憾，一方面經過更多的訓練，動手能力提高了，另一方面還得到了較好的實驗成績。

實驗室的全面開放，提高了學生自主學習、自主探究的能力，學生發表論文的數量和質量正在逐步上升。實驗創新成果豐碩，在全國大學生科技作品競賽、電子設計競賽等多種競賽中均取得了優異的成績。

總之，為了培養創新人才，實驗中心在物理實驗教學的各個環節進行了一些探索和實踐，取得了一些成果。實踐表明，實施開放式實驗教學，不僅激發了學生學習的主動性和積極性，而且增強了教師的責任感，強化了實驗室的管理，最大限度地利用了實驗室資源,實現了對學生因材施教，循序漸進,學以致用的教學目標，提高了教學質量。我們嘗到了教學改革的甜頭，感到這方面的工作大有可為，還要繼續努力。

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