大學物理實驗教學改革的探討

劉俊娟

(石家莊機械化步兵學院 河北 石家莊 050083)

魏增江

(石家莊理工職業學院 河北 石家莊 050083)

物理實驗教學是培養學生知識與能力、理論與實踐相結合的教學活動，也是學生全面掌握理論知識、鍛煉科學思維、培養應用能力和孕育創新意識的重要環節．如何保證實驗教學的質量，培養學生的創新精神和實踐能力成為一項全新課題.本文結合我們兩學院物理實驗教學改革的基本情況談幾點粗淺的認識．

1 當前高校物理實驗教學存在的問題

1.1 教學思路和方法

傳統的普通物理實驗教學活動一般過程為教師在講述實驗的目的、原理、步驟及其數據處理時，過于全面，并在黑板上有詳細的板書．學生在做實驗時只是跟著教師的思路走，不動腦筋、不思考，照著教師講的方法很快完成實驗.能力強的學生發揮不出優點，而能力弱的同學又掩蓋了不足，忽略了學生認知過程中的主觀能動性，束縛了學生的思想，限制了對學生創新精神和創新能力的培養．如用示波器觀測波形時，調節“Level”旋鈕，得到一個穩定的波形，便于觀察和測量.但問學生為什么調節“Level”旋鈕，波形就穩定了，不少同學說不知道，或根本就沒有想過這個問題．

1.2 教學內容與手段

內容偏重經典實驗和驗證性實驗，綜合性、設計性、探索性實驗偏少.測試手段和儀器比較陳舊，與現代科學的工程技術發展水平形成較大的反差．目前的課程設置大多是為了驗證理論內容上的一些原理、現象，是課堂教學內容的重復和驗證，從而使部分學生對實驗產生應付的現象.實驗課過后，一部分學生仍處在“三個不透”的狀態：對實驗儀器了解不透，對實驗原理理解不透，對實驗技能掌握不透．這就在不同程度上壓抑了學生的個性發展和學習積極性，束縛了學生創造能力的發揮．

教學手段相對滯后，大多仍采用單層次教學方式，忽略或不重視與計算機多媒體和網絡相結合的現代化教學手段．實驗考核內容單調、落后、繁瑣，強調的主要是筆試成績和平時成績，以及重復的操作成績；體現不出該學科的特點和優勢，“高分低能”的現象較為嚴重．

2 物理實驗教學經驗總結

物理實驗教學改革任重而道遠，是每一位物理教師應該深思的課題．我們在實驗教學改革的實施過程中，有成功的經驗，也有失敗的教訓；有成績，也有缺點．

2.1 優化整合實驗內容

普通物理實驗體系相對完整，但題目過多.在不削減物理內容的前提下，重新修訂物理實驗課程標準，適當精減必做實驗題目，增加綜合性、設計性實驗題目，提高開出實驗的物理內涵和趣味性含量．

2.2 因材施教培養優秀學生

以選修課形式開設的綜合性、設計性實驗.開放實驗室，既體現實驗開設的全方位，又滿足個性化的要求．

2.3 將科研成果轉化為新實驗

針對實驗選題的局限性，及時地將教師和學生的科研成果轉化為新的物理實驗；設計開發了既可以用于科學研究、又適合于大學物理實驗教學的“金屬薄膜電阻率的測量”、“磁性薄膜的磁電阻測量”等實驗，使得實驗題目分布范圍廣，而且各有特色.實驗內容不斷更新，既有深度，又有廣度，形成教學科研一體化的良性循環．

2.4 修舊利廢挖掘資源潛能

在教學設備投入有限的情況下，利用現有設備資源，充分開發其應用價值和探究潛能，對學生在課余時間開放.學生通過對舊儀器的拆卸、開發、優化配置和修舊利廢，提高實驗技能，培養創新精神和創造能力．

3 物理實驗教學改革的幾點思考

3.1 將“物理思想”與物理實驗相融合培養學生的綜合實驗能力

要培養學生的綜合實驗能力和研究物理規律的能力，將一個具體的實驗置于整個學科的發展鏈條之中.例如楊氏雙縫干涉實驗是光學實驗中討論分波陣面雙光束干涉具有代表性的實驗．在今天看來無論從實驗原理，還是實驗技術上都是比較簡單的．如果做這個實驗只是教給學生一種測量光波波長的方法，而忽略了其中豐富的“物理思想”，實驗的意義就不那么重要了；因為用這種方法測量光波波長的精度并不高，實用意義不大．然而，在光學發展史中，楊氏雙縫干涉實驗具有里程碑意義．在人們認識光的本質的過程中關于光的波動說和微粒說之爭延續了將近3個世紀.牛頓堅持光的微粒說，使波動說的確立經歷了一次又一次的磨難．與此同時，惠更斯提出了著名的惠更斯原理，并推導出光的反射定律和折射定律．這只是用波動的觀點解釋了某些光學現象，沒有進一步的實驗證明．直到19世紀初，托馬斯·楊用雙縫干涉實驗演示了雙光束干涉現象，提出了“干涉原理”，為光的波動說的最后勝利奠定了基礎．此后又經過菲涅耳、泊松等人對衍射的理論和實驗研究，終于使波動說得到普遍的承認．

回顧歷史，我們看到物理學的發展過程中，一種理論和一個有重要意義的實驗誕生都有其歷史淵源和時代背景.如果在教學實踐中能引導學生了解所做實驗的時代背景，每一個實驗理論的驗證都有其艱辛的過程，將其中的物理思想與物理實驗相融合，培養學生研究物理規律的能力和探索精神．

3.2 將“物理模型”與物理實驗相結合鍛煉學生的科學思維能力

要想產生光的干涉，就必須弄清產生光的相干條件，然后才能獲得相干光束的方法．而這些都必須建立在光傳播過程中的波陣面運動有一清晰圖像的基礎之上．可以肯定楊氏對惠更斯原理理解得非常透徹，并且發展了惠更斯的波陣面模型，賦予相干涉的性質，即從同一波陣面上激發的次級波都有相同的頻率、位相和振動方向.楊氏使這一模型變得更生動形象，更富有物理意義．這也是我們必須理解雙縫實驗的關鍵之處．現在看來，這一切似乎很自然、很簡單，然而，當時的波動說在困境中竭力抗爭，干涉理論處在萌芽狀態，還沒有任何人用實驗方法獲得干涉現象.在這樣的情況下，做成功這樣一個實驗是需要很大的探索勇氣和精湛的實驗技巧的．最關鍵的是楊氏對光的傳播和干涉有一個清晰而生動的物理模型和概念，才有可能設計一個有創新意義的實驗．在實驗教學中忽略了模型和概念，等于抽掉了實驗的精髓，就連真正理解一個實驗也是不可能的.因此，將物理模型融在其中，鍛煉學生的科學思維能力和創新意識是非常必要的．

3.3 將物理實驗與高新科技相結合培養學生的創新實踐能力

高新科技是當代科學技術前沿的知識、人才和投資密集的新技術群，其特征主要表現在牽引性、戰略性、高效性、滲透性等；對發展生產力、促進社會文明、增強國防實力起著先導作用．例如，在激光相關的實驗中，可以介紹激光的具體應用，如激光雷達、激光武器、激光手術、激光受控熱核反應等方面；激發學生的學習興趣和學習動力，使學生主動的掌握實驗原理和實驗裝置，有目的、主動地進行操作，啟發學生主動獲取知識、培養學生創新實踐能力．

3.4 將仿真實驗與物理實驗相結合培養學生探索解決問題的能力

把傳統實驗和現代計算機技術有機的結合，可使學生在實驗中受益，對學習物理實驗的興趣大增.這種教學模式以學生為中心，培養學生主動發現問題，探索解決問題的能力，使學生的學習積極性、主動性、協作精神等各方面綜合素質得到提高．但是開發虛擬實驗是一個復雜的過程，它不僅需要開發者熟悉實驗原理、實驗儀器等相關的物理知識，而且還要求開發者能夠熟練使用相關的計算機軟硬件.同時還需不斷地測試，從使用者(學生)那里收集反饋信息并不斷完善．它涉及到的某些方面的問題需要所有實驗教師的共同努力，學生的大力配合和相關部門的支持，才能使這一教學改革深入的開展下去，使虛擬實驗在提高實驗教學質量方面發揮作用．

物理實驗教學改革，為傳統的物理實驗教學融入了現代化實驗教學的成份，增添了充滿活力的元素，提高了物理實驗教學的層次和水平，培養了學生的科學實踐能力和科學實踐素養．物理實驗教學改革的全面實施，標志著一個全新的物理實驗教學平臺已經形成，等待我們的是進一步拓寬思維，打破定勢，通過大膽設想和科學創新，實現物理實驗教學改革大跨躍．

參考文獻

1 王秀敏，孫會娟.高?；A物理實驗教學改革的探索.中國電力教育，2008(3):98

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