開放型大學物理實驗教學的探討*

趙愛清 楊大鵬 溫隨群

(華北水利水電學院數字與信息科學學院 河南 鄭州 450011)

1 概述

近年來，開放型物理實驗教學已成為高等教育改革的一種新型教學模式和培養學生創新能力的重要措施，其意義和作用非常明顯.很多重點高校已經實行了開放型物理實驗教學，并取得了良好的教學效果.

華北水利水電學院物理實驗室承擔著全校大學物理實驗的教學任務，每年上實驗課的學生多達3 000余人.以往物理實驗課程的教學模式較為單一，教學內容比較陳舊.另外，由于課時限制，當學生在實驗課上遇到問題時，教師沒有充足的時間去啟發、引導學生如何解決問題，只能簡單地替學生排除問題.結果學生只知道如何做，卻不知道為何做，很大程度上抑制了學生的創新思維.原應非常有趣的一門實踐性課程反而讓學生感到枯燥無味；學生做實驗時忙于應付，測完數據立即走人，寶貴的實驗資源未能很好地發揮培養學生能力和素質的作用.

2 開放型實驗教學的模式和特點

2.1 教學內容開放

華北水利水電學院是理工科院校，很多專業都要求學生有較強的動手能力和扎實的實驗技能.這些能力和技能，都要通過實驗課程的學習來逐步培

*華北水利水電學院教育教學改革研究項目“物理實驗教學示范中心建設研究與實踐”，項目編號：077124

養.對于剛入學的大一學生，在應試教育的影響下，高中時動手做實驗的機會很少.比如一個簡單的電路實驗，面對電路圖思路很清晰，可具體動手做時才發現問題非常多.電阻箱三個量程具體用哪個？滑線變阻器三個接線柱怎么連？這些在做題中很少遇到的小問題可能在實驗中就決定了實驗的成功與否.而這些基本功的培養就要通過大學物理實驗的學習來完成.可見，物理實驗課對于理工專業的學生是非常重要的.

但讓所有專業都開設同樣的實驗課，顯然是不合適的.例如示波器實驗，有的專業只要求掌握示波器基本的使用方法，有的專業則要求不僅能熟練使用示波器，還必須掌握示波器的檢測功能.因此，根據具體情況我們設計了不同內容、不同要求的示波器實驗，如用示波器測量被測信號的電壓和頻率、測量二極管的特性、用示波器判斷電容、電感、電阻等器件.

再如涉及傳感器的一系列實驗，有的專業在大三開設傳感器專門課程，那么這個專業的學生就可以多選做一些和傳感器相關的實驗，便于以后能更好地學習專業課；而對于其他專業的學生，可以少選做一些.

另外，物理實驗課內容的設置還應當根據學生的興趣、能力的不同而有所區別.有的學生對物理實驗懷有濃厚的興趣,為滿足其求知欲，可以讓他選擇更多的實驗來做.

由于以上原因，我們把物理實驗課程分為必做實驗和選做實驗兩類.把一些涉及到基本技能和方法的實驗安排為必做實驗，要求每個同學必須完成；把涉及到特殊專業需求等內容的實驗安排為選做實驗.每個學生必須完成一定數量的選做實驗，可以多選；多選的實驗計學分讓學生根據自己專業需求和個人興趣自由選擇，從而在面廣量大的基礎物理實驗中實現實驗內容的開放.

如“示波器的使用”、“單縫衍射”、“牛頓環”、“惠斯通電橋”、“楊氏模量”等基礎實驗可以列為必做，而像“熱敏電阻”、“超聲波在空氣介質中的傳播速度測量”等實驗可以列為選做.根據教學效果可以逐步增加一些設計性或近代物理實驗作為選做實驗，為一些探索能力強的學生提供學習的平臺.

2.2 教學時間開放

在時間上，我們也采用開放的模式.學生不再按班級上課，而是根據自己的時間安排選擇合適的時間上課.在統一規定的時間內，要求學生必須完成幾個實驗(基礎實驗)，但在什么時間做什么實驗由學生自己選擇，而且學生若覺得自己完成的某個實驗不成功，還可以另選時間重做，直到成功為止.對難度較大的設計性實驗和創新性實驗，可以分多次的時間完成.

3 相應的實驗室建設

要滿足開放型實驗教學，需要進行一些硬件建設.

3.1 開通網上選課系統和網上教學指導交流平臺

開發“開放型實驗室管理系統”，學生可通過校園網登錄系統，進行實驗預約.可自由選擇實驗時間和指導教師，查詢已選擇的實驗項目、時間、地點以及已做過的實驗成績.該管理系統具有生成上課學生名單、統計實驗成績、設定實驗輪次和限選實驗項目等功能；系統還可自動完成對已預約實驗而曠課的學生進行警告及禁選.

由于不按班級上課，很難找到固定的時間輔導，所以需要開通網上教學指導交流平臺，這樣教師通過網絡就可以及時回答學生提出的問題.通過這個平臺，學生自己提出的問題可以得到解答，甚至還可以了解到其他學生提出的問題和解決方法.

3.2 引進實驗教師和增加實驗室

由于開放型物理實驗在教學內容和教學時間上的開放，要求有更多的實驗課教師和實驗室來滿足教學需求.同時，開放式教學對物理實驗教師提出了更高的要求，如要求教師具有精深的專業知識，嚴謹的科學態度，豐富的前沿科學信息和熟練的實踐經驗等.

3.3 安裝多媒體設備

由于多媒體實驗教學可以為學生提供生動活潑、直觀有趣的教學平臺，相比傳統實驗教學模式，多媒體實驗教學更能激發學生學習的興趣，更加有益于學生理解和掌握教學內容，并且可以擴展實驗內容，使學生在短時間內了解更多的實驗背景以及相關的前沿知識.有些實驗現象不易講解，如邁克耳孫白光相干實驗，在d=0附近，實驗現象有很大的變化，僅靠教師口頭表述學生不容易理解.如果能有d趨近于零時的白光相干過程模擬演示，甚至是一些現象圖片，學生就能更好地理解相干過程，并且能更快更好地完成實驗.

3.4 引進近代物理實驗儀器

為了擴展學生的知識面，提高學生的學習興趣，應引進一些近代物理實驗儀器，如原子物理、原子核物理、激光與近代光學、真空、X射線和電子衍射、磁共振、微波、低溫和半導體等領域的相關實驗儀器.這類實驗儀器一般都比較昂貴，可以采取演示的模式，以擴大學生的視野.

4 小結

開放型實驗教學代表的是教學思想、教學內容、教學方法、教學手段的全方位開放.它可極大地促進學生創新思想、創新精神、科技創新能力的培養,讓學生在學習內容和時間上有了更多選擇，提高了學習興趣，并充分利用了實驗儀器，提高了實驗儀器的使用率.

參考文獻

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