問題引導的實驗為本大學物理教學

陶永梅，朱素華，張惠國

（常熟理工學院 物理與電子工程學院，江蘇 常熟 215500）

大學物理是理工科院校各專業學生都要學習的一門基礎課，是涉及到各個學科并與科技前沿、實際應用緊密聯系的課程。大學物理的教學，一方面是為學生打好必要的物理基礎，另一方面是使學生初步學會科學的思維和研究問題的方法，起著增強適應能力、開闊思路、激發探索和創新精神，提高科學素質等重要作用［1，2］。

由于大學物理涉及的面廣，不同專業對大學物理的具體要求不一樣，教學過程中通常將大學物理分為多個層次，分別針對不同學習要求的學生展開。實際教學中，針對學生在學習大學物理時興趣不高，學習效果差的情況，教研組對大學物理教學方法進行了探索。針對理工科院校應用型教學要求，提倡以學生為主體，問題為引導的分級教學；單獨設計課后習題，讓習題更接近實際應用；同時重視實驗教學，將實驗直接引入課堂，從各種實驗環節提高學生的動手與探究能力；另外，重新配置了教學資源，采用主講與助教配合的教學模式。

一、問題引導，分級教學

（一）內容選擇

大學物理具有內容多，教學對象廣的特點。其內容在教學過程中需要有一定的選擇。《新課程研究》2012年第4期的文章“工科大學物理教學改革的思考”給出了內容設定的三條選擇依據［3］：1）教學內容要背景化、過程化即教學內容的選取要與學生所學專業有聯系，能結合學習的專業知識來講解教學內容。2）教學內容要新穎化、實用化。3）物理課堂教學中增加一定量的物理學史知識，可以通過活躍課堂氣氛，達到激發并保持學生興趣的目的，從而將學生的被動學習變為主動學習。

在具體實施中，我們針對應用型理工院校的專業特點，將大學物理從內容上分為A，B，C三個類別，側重點和內容有所不同，和專業相關性較強。大學物理A針對電類、計算機及機械等專業的學生；大學物理B針對化學、材料和生物等對實驗和動手能力要求高的專業；大學物理C針對軟件工程、網絡工程等專業。

（二）形式選擇

講課過程中，我們注重對物理思想的闡述和物理規律如何用實驗演示出來，而不去過多的追求嚴格的公式推導。用較多的時間提出問題，啟發學生思考，并引導學生進行討論。實際教學中，課堂氣氛較為活躍。課堂上有了問題的引導，學生的參與程度較高，充分展示了學生創造性的思維能力，拓展了學生的思維訓練。同時，講課時我們以實用性的問題為引導，針對不同專業對相應內容進行著重講述，比如對計算機專業的學生可以結合電磁學、光學的知識，分析光盤、磁盤的讀寫原理及鼠標定位的工作原理；而對電器專業，重點介紹如何運用電磁感應、渦電流知識分析電磁灶等電器工作原理。

（三）習題構建

大學物理的一個重要環節是例題的講解和學生的習題訓練，針對應用型本科專業的培養要求，在習題選擇上根據生產實踐和科研中所涉及的真實物理現象和物理問題，重新編寫例題和習題，而不是針對抽象的模型來編寫。同時，我們根據物理學的發展以及各專業的需要及時調整內容，使例題和習題充分體現物理在科技上的實際應用。這樣增強了學生學習物理的興趣，有利于培養學生解決實際問題的能力［4］。

二、開展課前演示實驗，重視實驗教學

物理是一門以實驗為基礎的學科，實驗在教學中具有極其重要的作用。著名物理學家楊振寧指出，“現象是物理學的根源”［5］。通過實驗，難以理解的物理原理被轉化為直觀的物理現象，潛移默化中學生提高了學習興致與探究熱情。我們結合以問題引導的大學物理教學過程，進一步強調了大學物理的實驗教學，主要從課堂演示實驗、開放實驗平臺、自制實驗儀器、多媒體教學工具等四方面展開了教學的研究與實踐。

（一）課堂演示實驗

物理演示實驗是通過對具體物理現象的展示和將抽象的理論形象化，可以使學生通過觀察演示實驗所表現出來的現象，激發他們的好奇心和求知欲［6］。在每節物理課前，我們根據授課內容做一個小實驗，提供學生可感知的物理知識，讓學生猜想實驗的結果，可以同時按照學生的思路進行實驗，演示過程中強調與學生的互動。演示實驗的直觀性和生動性吸引了學生的注意力，增強了學生對物理現象的關注度，從而逐漸引導學生進入物理世界。中國科學技術大學物理教學實驗中心在此方面開展了較多的研究實踐［7］。

課堂教學是在有限的時間內把規定的內容詳細準確地傳授給每一位學生，這就要求教師熟練掌握演示設備的技能，準確地演示實驗現象。課堂演示也對演示設備有一定要求，演示設備要求體積較小，便于攜帶，方便演示。如電磁學部分的靜電風輪、避雷針等實驗就非常適合課堂演示［8］。

演示實驗能讓抽象的概念變得直觀。比如在磁場能量的講解中，通過小燈泡和大電感的并聯，閉合開關斷開后燈泡仍有一段時間是亮的，可用于引導學生尋找能量的來源，掌握抽象的磁場能量的概念。演示實驗也能將學生的思維充分調動起來，如在講“楞次定律”時，可安排與學生互動的演示實驗，引導學生自己設計實驗方案并親自動手演示，將結果同楞次定律的內容進行比對，從而實現對定律的理解和掌握。

部分難以用簡單儀器演示的實驗也可以借助多媒體手段完成。如演示“帶電粒子在磁場中的運動”時，由于傳統的靜態圖很難達到效果，可以利用多媒體展示帶電粒子在磁場中的圓周或者螺旋運動以此分析討論粒子的運動軌跡和磁場強弱、粒子電荷以及運動速度的關系［9］。

（二）大學物理實驗開放平臺

在重視實驗教學的同時，大學物理教研組利用江蘇省教育廳于2005年批準建設“江蘇省基礎課教學示范中心建設點”的契機，對原有的物理實驗平臺進行了改建，規范了實驗室的管理。經過七年的努力，形成了重視實驗教學的大學物理教學體系，建成了具有先進教學理念的物理實驗教學平臺。平臺實現了開放式的電子管理，學生能夠在網上注冊和選擇相應的實驗，并利用實驗中心的網絡資源完成實驗前的預習。實驗室有專人坐班負責，在預定的工作時間，經過登記的學生可自由進入實驗室完成相關的實驗，實驗過程中有專職實驗教師和學生助教的現場指導。

（三）自制實驗儀器

物理實驗現象體現了物理學的規律，給同學們一個清晰的物理圖像。而獲取這個現象的過程，則進一步重現了研究探索的過程。同時這一過程將物理知識和實際應用緊密結合，訓練了學生理解和運用物理知識的綜合能力。在教學過程中，讓學生分組進入開放實驗室，在高年級學生的帶領下完成實驗儀器的制作訓練，并利用自制儀器測量或重現一些簡單的物理現象。在力學實驗中，我們進行了一系列儀器的制作。比如重力加速度實驗，我們分別利用微型計算機的串行口和并行口，通過編程制作毫秒計以及搭建光電監測放大電路，簡易的完成了加速度的測量。新制作的儀器可以被多個實驗組分時共用，滿足實驗中加速度的測量［10］。又如在彈性模量測試的實驗中，我們改進了傳統的拉伸法測彈性模量，利用縱振動測量方法，通過駐極體話筒收集音頻信號，再放大整形，然后由計算機串口接收處理，達到了較好的測量效果［11］。在電磁學、光學實驗中，我們也進行了磁滯回線描繪自動化、弱振動測試系統等儀器的改進工作［12，13］。通過學生參與物理實驗儀器的制作，培養了學生學習物理的興趣，重現了研究開發過程，在驗證及探究物理原理時培養了提出問題、解決問題的能力和動手能力。

三、教學隊伍的配置及要求

（一）大學物理教學的教師配置

在問題引導，重視實驗的大學物理教學過程中，問題的討論和實驗的演示占據了不少時間，主講教師在課堂上一般講述的例題較少，而對于習題的答疑解惑時間也較少。針對這種情況，我們給一個主講教師配備了多個助教，協助主講教師的教學與輔導，彌補了習題和答疑交互的不足。助教一般由物理專業的高年級優秀學生擔任，負責帶領小組學生做練習題并討論答疑。

（二）對任課教師的要求

在新的講課模式中，要求教師有較寬的知識面，能綜合運用各個學科的知識，引導學生積極的分析與討論相關物理現象，并要求有較強的動手能力，嫻熟的完成各種演示實驗。教師在上課前對課程的內容和講解方式要做充分的備課，講課時思路清晰，生動活潑，與學生能充分的互動。同時，教師要能跟蹤科研前沿，拓寬學生視野，能夠運用新的工具，完成數據的分析處理。

四、結 語

大學物理教學肩負著培養學生邏輯思維能力和抽象思維能力、提高學生分析、解決問題能力和實踐操作能力的重任。本文從應用性本科院校的物理學習入手，提出以問題引導實驗為本的大學物理教學方式，對大學物理教學方式進行了探索。教學實踐表明，以問題引導實驗為本的大學物理教學能夠活躍課堂氣氛，激發學生的思維能力，并能有效提高學生的動手能力。

［1］潘宇，潘曉，李麗.現代科學技術與普通物理教學［J］.科學咨詢（科技管理），2011，11：98.

［2］鄭福昌.在大學物理教學中如何培養學生的創新精神［J］.科技信息（學術研究），2007，08：8 6.

［3］管薇.工科大學物理教學改革的思考［J］.新課程研究（中旬刊）.2012，255（04）：8 6-8 7

［4］蘇亞鳳，徐忠鋒.從美國伊利諾伊大學香檳分校的大學物理課程教學特點淺談我國大學物理教學改革［J］.大學物理，2011，30（10）：48-51.

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［7］陶小平，黃環，孫臘珍.力學演示實驗教學體系的建設與作用［J］.物理實驗，2011，31（7）：40-44.

［8］蔡洪濤，張天杰，姜衛粉.演示實驗在大學物理教學中的應用［J］.華北水利水電學院學報（社科版），2011，27（1）：18 9-190

［9］鄧科.演示實驗與大學物理教學［J］.中國科技信息，2012，03：121

［10］汪逸新，張惠國.微機串行口數據采集與一組力學實驗研究［J］.大學物理，2004，23（9）：37-40.

［11］汪逸新，鄔正義.縱振動及彈性模量智能化測量［J］.物理實驗，2000，20（5）：15-17.

［12］殷旭東，汪逸新，徐勇峰.磁滯回線的微機化測繪［J］.常熟高專學報，2000，14（4）：29-32.

［13］汪逸新，潘啟勇，鄔正義.微機在弱振動光干涉檢測實驗中的應用［J］.大學物理，1999，18（11）：32-35.