高職院校課題型物理實驗的實踐與探索

隨著高職院校教學改革的深入，現(xiàn)在大部分院校物理課的教學課時數(shù)被大幅度地壓縮，還有一些院校直接取消了物理課。物理教師不能一味強調(diào)物理教學對培養(yǎng)學生的能力有多重要，埋怨學校對物理教學不重視，而要對物理教學進行必要的改革，以不斷適應高等職業(yè)教育的發(fā)展要求。

作為學生最先接觸的實驗類課程，物理實驗具有其他理論教學不可替代的作用，但當前的物理實驗教學存在不少的問題:

(1)實驗教學內(nèi)容陳舊，類型單一;

(2)實驗教學采取灌輸式教育方式;

(3)實驗教學過程以學生“做會”實驗，實驗結(jié)果符合要求為基本目標，只重結(jié)果，忽視過程。

為了克服上述的弊端，我們嘗試從物理實驗教學的改革入手，以“選修課”的形式開設課題型物理實驗，改革傳統(tǒng)的物理實驗教學模式。這種思路和方法具有較強的創(chuàng)新意識，我們認為是物理實驗教學改革的必由之路。

我們嘗試的“課題型物理實驗”教學模式是以“強化操作規(guī)范、重視思維能力和設計能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識、提高綜合素質(zhì)”為指導思想，在完成基礎實驗的前提下，以“物理選修課”形式開展“課題型實驗”教學，將物理實驗內(nèi)容組合構(gòu)建為一系列實驗課題，使學生在探索、比較、總結(jié)中學會分析問題、解決問題，培養(yǎng)研究、設計能力和創(chuàng)新能力。為此，我們做了以下幾個方面的工作。

一、改革物理實驗課程教學體系，建立以“課題研究型”實驗為主體的教學內(nèi)容體系。

1.確立物理實驗課程教學體系，為“課題型物理實驗”作出準確的定位。

物理實驗課程體系的改革從上世紀50年代開始一直延續(xù)到今天，目前最佳的物理實驗課程體系是:基礎性物理實驗、設計性探索式物理實驗、設計性探究式物理實驗和設計性研究式物理實驗。

基礎性物理實驗我們在五年制高職學生第一學年已開設，基本內(nèi)容包括:

(1)實驗基本知識的學習，包括實驗數(shù)據(jù)的記錄與處理，測量結(jié)果的正確表達，有效數(shù)字的概念與運算，等等。

(2)實驗基本儀器的使用，包括力、運動、電、磁、光的各種實驗的常規(guī)儀器的操作，如游標卡尺、螺旋測微計、物理天平、溫度計、氣墊導軌、打點計時器、常用電學儀表、光學器具等儀器的應用，包括這類儀器的正確讀數(shù)，規(guī)范操作。

(3)基本實驗方法的學習，如比較法、補償法、混合法、模擬法、平衡法、基本放大法等。

以上教學內(nèi)容是通過10個左右的簡單實驗的開設而完成的，兩人一套儀器，強調(diào)獨立完成，有較詳細的實驗講義，實驗后每人都必須完成實驗分析報告。

通過基礎性物理實驗的開設，學生了解了做實驗的一般過程，具有了一定的實驗技能，掌握了必要的實驗方法，有一部分學生在實驗過程中顯示了較強的實驗動手能力，有很強的獨立意識和創(chuàng)新能力，能在實驗中提出自己的觀點，如在實驗裝置上提出一些改進的意見，能對得出的實驗數(shù)據(jù)能作出理性的、客觀的分析，甚至能對一些實驗方法提出質(zhì)疑。這些學生具備科學研究的基本素質(zhì)，正是我們進行“課題型物理實驗”的主體和對象。

通過學習和討論，我們將“課題型物理實驗”定義為建立在基礎性物理實驗基礎上的設計性探索式物理實驗，這類實驗要求學生能運用所學知識和實驗技能獨立探索物理問題。研究的基本方法是由個別到一般的歸納法，人為地控制某一變量，找出另一變量的變化，從而得出和完善結(jié)論。實驗的開設方式是只給題目和器材，不給方法和答案，學生在一個個問題的引導下自己查閱資料和設計裝置深入進行探索和完成實驗。

2.建立以“課題研究型”實驗為主體的教學內(nèi)容體系。

(1)以設計性、綜合性、應用性作為“課題研究型”實驗的主要特點，使研究型實驗成為教學內(nèi)容的主體。我們在確定課題內(nèi)容時，采取了三方面的措施:一是對原有實驗項目在深度、廣度上進行擴展，如“眼鏡度數(shù)的研究”就是“測量透鏡的焦距”在實驗廣度上的擴展，“特殊固體和液體的密度測定”就是基礎實驗“物體密度的測定”在實驗深度上的擴展;二是開設自制半成品實驗，讓學生通過設計、選材、組裝、調(diào)試、檢驗，在實驗結(jié)束之后制作出具有實際效應的產(chǎn)品，如學習“自動控溫元件及電路設計與研究”后制作電熱毯;三是開發(fā)、設計新實驗，如“交流電橋的研究”。

(2)為了突出“課題研究型”物理實驗的特色，我們以課題論文的形式編寫實驗講義，確定“重視原理、突出方法、強調(diào)思維、簡化步驟”為編寫的整體思路。每個實驗課題講義由五個部分組成:①課題意義及要求;②提供儀器及材料;③開題報告及預習;④課題內(nèi)容及目標;⑤課題結(jié)論及論文。

學生在一個個問題的引領下，自己查閱資料和設計裝置，以做課題的方式來完成實驗。如“單擺的研究”主要是探究單擺周期T與擺長l的關系，雖然理論上推導的關系T=2π學生已經(jīng)了解，但是在實驗上怎么來探究這個關系呢?首先提出一個假設，設計一個數(shù)學模型，也就是一個初步判斷:假定單擺的周期T與擺長L滿足關系式T=AL，可能是線性關系，或者是指數(shù)關系，也可能兩者同時存在;然后進行數(shù)學推導:對關系式T=AL兩邊取對數(shù)得lgT=BlgL+lgA;最后設計實驗裝置，改變擺長L測出對應的周期T;獲得五組數(shù)據(jù)以后用作圖法確定A、B兩個待定量，代入原式，再與理論關系比較。這才完成了對單擺周期與擺長關系的全面探究。

二、摸索出一套以“課題研究”為中心、包括從選題到結(jié)題等六個環(huán)節(jié)的教學體系。

“課題研究”教學模式是以教師啟發(fā)為主導，學生獨立研究為主體的交互式教學體系。該模式主要包括以下幾個教學環(huán)節(jié):①選擇課題;②查閱資料;③設計方案;④研究實踐;⑤綜合分析;⑥課題報告。

在“課題型物理實驗”選修課上，學生根據(jù)實驗講義，自主選擇課題，然后根據(jù)選題要求、提供的器材和參考文獻目錄，自查資料，針對問題寫出開題報告和設計方案，教師審核后到開放式實驗室獨立設計完成所選課題內(nèi)容，最后得出結(jié)論，寫出相應的論文式實驗報告，在小組宣讀并答辯合格后，由教師給出相應的得分。學生在一學期的選修課中需要完成3—4個課題型實驗。這種教學體系為愛好物理實驗、有動手能力、有獨立意識和創(chuàng)新精神的學生提供了發(fā)揮潛力的場所。

三、探究嘗試“課題型實驗”的主要教學方法──啟發(fā)式教學法。

在“課題型物理實驗”的教學過程中，教師與學生保持經(jīng)常性的討論交流。在實驗過程中發(fā)現(xiàn)學生在走彎路或遇到挫折時，我們不會立即指出并加以糾正，而是換一種教學方法，用啟發(fā)式進行教學，針對學生在實驗過程中所遇到的問題，進行集體討論，發(fā)掘問題的癥結(jié)所在，不勉強學生接受他人的觀點，希望學生按自己的思路和方法進行實驗，有時小小的失敗可能帶給他們的是更大的收獲，這樣更加開闊了他們的思維，提高了他們的實踐能力，讓他們用研究的心態(tài)來做實驗。

四、建立行之有效的多元化實驗考核體系。

根據(jù)多年的教學經(jīng)驗，我們一致認為對學生實驗成績的測評，應注重于對學生實踐創(chuàng)新能力的評估，課題實驗的結(jié)果不是一份普通的實驗報告所能全部涵蓋的。我們要求學生把在實驗過程中進行探索的過程，其中感興趣的問題，獲得的結(jié)論，甚至所經(jīng)歷的失敗，以報告或論文的形式總結(jié)出來，可以通過組織答辯、研討等方式來進行。為了指導學生撰寫“課題型物理實驗”報告(或論文)，我們編寫了《物理實驗論文寫作指導》。

實驗成績的測評，應注重實驗的過程，進行多角度的綜合測評，因此我們建立了多元化實驗考核體系。

1.強調(diào)隨堂考核，突出素質(zhì)評價。

在考核學生成績時，我們采取過程性評價與終結(jié)性評價相結(jié)合的形式。在日常實驗教學中注重對包括操作技能、實驗態(tài)度、心理素質(zhì)、創(chuàng)新精神等在內(nèi)的實驗者綜合素質(zhì)進行全面考查。

2.拓寬考核渠道，多種形式并進。

在考核中，我們增加了“物理實驗課題答辯”這種新穎的考核形式，它參照論文答辯的形式，分陳述和問題辯論兩部分，目的是考查學生口頭組織和表達的能力，這也是學生今后工作、學習、生活中的一項基本能力。