大學物理實驗教學改革的探討

張俊

（駐馬店職業技術學院 河南 駐馬店 463000）

大學物理實驗教學在實現知識拓寬、培養學生的實踐能力和創新能力方面，具有獨特的作用，而傳統的實驗教學模式在某種程度上來說只是一種應試教育，而不是素質教育，不利于培養學生的創新能力，嚴重制約著教學水平的提高和人才的培養。改革傳統的實驗教學模式，已是擺在我們面前急待解決的課題。

1 大學物理實驗教學現狀

大學物理實驗教學是物理實驗教學的最為重要的階段。也是大學生進入高校后第一門自然科學實驗課程，除了繼續與中學物理教學保持一定的延續性外，對大學生開展多層次、多元化、多種實驗和研究類型的物理實驗是非常必要的[1-2]。讓學生受到嚴格的、系統的和科學的實驗技能訓練，掌握物理實驗科學的基本知識和原理。培養學生動手能力和分析問題、解決問題的能力；培養學生嚴謹的科學思維方式和創新精神，從而具備適應現代科學發展的綜合能力。

長期以來，基礎物理實驗的教學模式過于單一化，教學內容陳舊以及教學方法和手段缺乏創新。在這種情況下，大學物理實驗教學與中學物理實驗教學的差別僅僅在于實驗內容、可操作性以及實驗對象，這將明顯地降低物理實驗的教學效果。我國大學物理實驗的教學現狀主要表現在以下幾方面：

1）學校對物理實驗的重視程度不夠，實驗經費短缺，無法進行儀器設備的更新，使得許多實驗用品消耗過大的物理實驗在后期基本上停止了開設，影響教學質量。

2）物理實驗的教學時數太少。物理實驗獲得正確的實驗結果需要多次重復的實驗。在如此短的時間內要求學生必須完成一定的物理實驗，這是違背實驗科學發展規律的。

3）物理實驗教師的思想認識和方法急需提高。長期以來，認為物理實驗教學只是物理學科發展的輔助工具，沒有把它看成是一門獨立的課程。物理實驗教師的師資力量也是相對薄弱的。高學歷和高職稱的實驗教師并不多。這將影響到大學物理教學的發展和結果。

隨著知識經濟時代的到來以及科學發展的日益交叉性，培養高素質人才尤其是具有創新精神和能力的人才顯得越來越重要[3]。如何改革日漸死板和單調的大學物理實驗課程將是擺在物理教學工作們面前的一個重要任務之一。對現有物理實驗教學體系改革，充分利用計算機和網絡資源，構建多種虛擬實驗室和網絡，使學生能夠主動參與到物理實驗中去，體會物理實驗中所蘊含的物理思想精髓[4]。

2 大學物理實驗教學新體系

大學物理實驗課程是對學生進行系統的實驗技能訓練，培養學生科學實驗能力和素養的重要的實踐性課程。隨著高等教育受益面的逐步擴大，學生受教育需求多元化，要求大學物理實驗從傳統的“專才”培養轉變成“通才”教育。讓學生掌握科學實驗的基本知識、方法和技巧，具有理論聯系實際、分析和解決實際問題的能力。另一方面，為了與社會發展和科技競爭相銜接，高校需要培養出更多優秀物理專業人才。面對這一似乎矛盾但卻互為促進的教學需要，層次化的課程設置顯得尤為重要。我們考慮了各個分支選題的平衡性和實驗內容的教學可操作性，并在此基礎上給出了層次化課程設置模式：

2.1 基本實驗技能訓練層次

“基本實驗技能訓練”課程是使大學生從抽象的大學物理知識轉化成具體的物理圖景的一個不可缺少的過程。培養學生學習基本物理量的觀測技術方法及其正確的實驗數據記錄、分析處理、實驗結果的準確描述和規范實驗報告，掌握物理實驗通用儀器的操作和使用，掌握分立的物理實驗之后，學生能夠開始進一步實驗綜合能力的培養。

2.2 綜合實驗研究能力培養層次

“綜合設計性實驗”模塊，主要是全方位地培養學生的實驗研究能力和綜合設計能力，引導學生不拘泥于已有的實驗操作，而是提供學生足夠的想象空間，利用前面已經完成的分立的物理實驗知識，使得學生能夠自己動手開展一定的實驗。促進學生逐步有序、有效的提高自身發現問題，解決問題，拓展思維，獨立進行科學實驗的綜合素質。

“綜合設計性實驗”模塊是一個研究系統。需要學生自己動手測量和理論分析數據。學生必須設計和安排一系列的實驗才能夠清楚研究對象的物理性質。然后經過綜合各種實驗數據，找到它們的物理內在聯系，使用已有的物理理論來解釋所觀察到的物理想象。培養學生對科學研究的興趣和深層次認識。

2.3 構建虛擬實驗平臺

隨著科學技術的日新月異的發展，許多重大的科學成果以及技術突破的實現，也促使高等學校的教學模式進行相應的改革。特別是對于大學物理實驗教學，由于它是一門面向幾乎所有的理工科大學生開設的必修課。建立虛擬實驗理論和模型，構建一個實驗的整體平臺，從而達到完善實驗教學的目的[5]。

大學物理實驗作為一門實踐性課程，將虛擬實驗系統引入大學物理實驗教學課堂，開發創造性思維。將虛擬實驗方式和傳統實驗方式結合起來，利用虛擬實驗的異地實時操作和控制功能，突破時間和空間的限制，打破傳統的實驗課程教學模式，實現遠距離操作，發展實驗課程的遠程教學，從時間和空間上保證教學模式的維度發展。通過虛擬實驗靈活和開放的系統構建和設置特點，增加實驗項目之間實驗原理的相關性和多學科交叉性，促進學生掌握本學科知識體系的內在聯系，理解本學科知識體系的邏輯性，了解其他學科知識，加強多學科知識的綜合性，促進學生的知識體系結構廣度發展。

虛擬實驗具有開放創新型實驗項目的方法優勢，具備實驗過程縱向開放性和實驗結構橫向創新性。我們將虛擬實驗這一科學研究方法引入大學物理實驗教學中，與傳統教學方法有效結合，形成了一個大的實驗教學平臺，通過“傳導式”、“反射式”、“遙感式”、“對流式”4種協作形式，培養學生的互助合作精神。革新教學模式和教學方法，從輻合思維和發散思維相結合、理性思維和感性思維相結合、常規思維和異向思維相結合3個方面，促進學生進行自主決策，培養和開發學生的創造性思維。

3 大學物理實驗教學改革目標

盡管開放型實驗教學模式和創新型實驗教學模式作為改革的重要方向已經引起了實驗工作者足夠的重視，然而這些教育模式目前處在初始探討階段，很多具體細節和實施步驟仍然需要清晰化和系統化。應該指出我國的高校實驗教學質量存在著地區間的不平衡、學校間的不平衡、學生素質發展的不平衡以及資金投入的不平衡。這樣大學物理實驗教學改革應該兼顧到這些不平衡，使得實驗教學效果得到很大稱度的提高。相應地，實驗教學改革又不能脫離實驗課程所具有實踐性和重復性等特點，必須同時考慮到實驗教學改革的可操作性。通過對這些教學改革重點的分析，我們希望能進一步完善目前的開放型實驗教學模式和創新型實驗教學模式。下面我們將從以下幾個方面來討論物理實驗課程改革的重點：

1）加強教學內容的前沿性

隨著科學技術的日益發展，一些新的物理理論和實驗也相應地得到關注。高校教授或課題組正在研究的物理實驗項目，希望能夠走進實驗室，讓學生真正感受到學術研究的氛圍。在這些實驗室，學生們能夠做一些輔助性的工作，諸如熟悉實驗儀器、簡單記錄實驗數據和整體實驗數據等。許多大學生能夠進入到課題組參與研究工作。我們認為這可以看作是物理實驗教學的延伸。讓學生能夠接觸最新最前沿的物理實驗內容和知識。

2）提高課程設置的綜合性

提高課程設置的相關性和綜合性。在保證大學物理實驗與中學物理實驗的知識過渡和教學深入的前提下，適當地增加一些非物理或與普通的實驗室儀器操作相關的實驗課程安排。諸如與普通化學實驗和電子工程實驗等建立一定的聯系，設計一些相對簡單的實驗能夠滿足上述教學要求。即從實驗知識的擴大、實驗技術的嚴格訓練和實驗結果的理論分析等方面逐步拓展單純的物理實驗知識空間。擴大學生基礎知識面，培養學生交差學科的能力，提高學生的全面綜合素質能力。

3）培養創新型人才和增強團隊意識

通過大學物理實驗教學改革，不僅使得大學生具有獨立的分析和解決問題的能力，而且使他們的科學素養和綜合素質也得到相應地提高。大學物理實驗課程教學是培養學生團隊意識的一門重要教學任務。通過最初的物理實驗教學，學生的合作精神可以得到一定程度的提高，這樣也對他們今后的課程學習和工作提供很好的整體素質培養。大學物理實驗的教學最終目標就是從思想上和能力上進行人才的培養和改造。從某種意義上將，只有這樣物理實驗的教學改革才算是成功的。

4）改革傳統的實驗考核方法提高教學效果

在對大學生實驗課學習成績進行考核時，主要可分為平時考核和期末考核兩個部分。其中，對平時成績的考核主要可分為預習考核、實驗報告考核和實驗操作考核3個部分。為了更科學地對大學生的實驗課成績進行考核，應大幅度增加平時成績考核分數的比重，可設置為總分數的70%左右。筆者主要就平時成績的考核提出相關的建議措施。

許多大學生在實驗前沒有預習的習慣，且在做物理實驗的過程中抄襲實驗數據及湊數據的現象也很普遍。筆者認為在對大學生學習物理實驗進行考核時，應針對大學生中存在的這些不好的實驗習慣，采用恰當的考核方法:首先，要求大學生在實驗前必須進行預習，并且寫出預習報告。在進入實驗室時提交給實驗教師，沒有提交的學生，應不被允許做實驗，并且對大學生每次實驗前的實驗預習報告進行評分，按一定比例計入學期末物理實驗考試成績中。這樣做的目的是保證學生充分了解該實驗。否則在做實驗時只能依照教材照葫蘆畫瓢，潦草完事，達不到預期的教學目的和效果。而且大學生每次在實驗之前交出預習報告后，實驗教師還應隨機抽取幾名學生，向他們提問預習內容，目的是盡可能減少寫預習報告過程中的抄襲行為。

其次，要對學生的現場實驗操作過程進行評分，主要看每個進行實驗的學生的實驗操作是否規范，是否按實驗儀器操作正確方法來使用實驗儀器，實驗態度如何，遵守實驗室有關規章制度方面做的如何等。以此促使學生養成科學的實驗態度與實驗方法。

再次，實驗教師在對大學生的實驗報告進行評分時，不應過于關注大學生的實驗測量數據與“正確結果”是否相一致，對于只要是在實驗過程中嚴肅認真規范地做實驗并且得出相應實驗結論與數據的學生，即使數據與結論與“標準答案”有一定出入，也應予以肯定，并客觀地給予相應的分數。反之，對于那些有抄襲行為的學生，則堅決不能給高分，直至判為不及格，即使其實驗報告“完美無缺”，以達到矯正錯誤的實驗態度與實驗習慣，培養科學的實驗態度與實驗習慣的目的。對于實驗報告有新意、有創見的學生，則要及時予以表揚和鼓勵，并給出較高的分數。

5）增加多媒體輔助教學演示實驗

大學物理教學中的重點、難點和比較抽象的物理概念，學生理解比較困難[6]。由于實驗條件有限，有些實驗不能進行，無法直接讓學生都觀察到實驗操作過程，從而影響到教學效果。而多媒體輔助教學演示實驗的形象性、直觀性可以很好地解決這一問題，通過演示實驗可以培養和提高學生的觀察能力、思維能力、實踐能力。學生通過對各種實驗設備的觀察，對實驗現象的展示，會提高其觀察能力、思維能力，激發對科學的思考和求知欲。采用多媒體輔助演示實驗可以優化物理課堂教學過程。有助于物理知識的掌握，使學生在做實驗前心里先有一個感性認識。對教學效果和教學質量的提高也能起到積極的促進作用。

6）培養學生創造性思維能力

在大學物理教學中，老師應鼓勵學生在解決問題的各個環節上，要敢于并善于大膽猜想[7]。首先要引導學生大膽實踐、積極實踐。讓學生進行一些邏輯的與非邏輯的預測或猜測，有利用提高學生的思維能力。充分發揮想象力，突破原有的知識圈，朝多方向推測、想象、假設的“試探”性思維過程，通過知識、觀念、方法的重新組合，尋找多種多樣的正確途徑。在物理教學中，要精心創設各種問題情境與討論環境，訓練學生在廣闊的領域內采用新思路和方法解決問題，鼓勵并引導學生進行各種發散思維訓練，對物理事實和規律提出新的解釋和理解，提高他們創造性解決科學問題的靈性和智慧[8-9]。

4 結束語

教育教學改革的不斷深化對實驗教學在培養學生的科學研究能力和綜合素質等方面提出了更高的要求。實驗教學的教學內容、教學模式、教學方法有待革新與完善。虛擬實驗技術的成熟發展和實驗教學改革的迫切需要使得虛擬實驗在教學中的應用從理論研究走向了實際應用。

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