現代物理農業發展趨勢下農林院校物理實驗教學改革

摘 要:本文分析了農林院校物理實驗教學的現狀，針對農學生物類專業的大學物理實驗，進行了包括教學指導思想的轉變、教學內容的選擇，教學方式的調整等方面的改革，以適應新形勢下對應用型人才培養的需求。基于初步的教學實踐，闡述其對于培養學生積極性及提高大學物理實驗教學效果的積極意義。

關鍵詞:物理農業 物理實驗 教學改革

中圖分類號:G64文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0151-02

1 引言

大學物理實驗是大學物理課程中的重要組成部分，是培養學生觀察能力、實際操作能力的重要手段，也是提高學生整體素質的一個重要環節[1]。對于農林生物類專業學生來講，雖然探索內容不多，卻是進入大學后受到試驗方法和實驗技能系統訓練的開始。在培養學生用實驗手段去發現問題、分析問題和解決問題的能力方面起著重要的作用，同時也為學習后續實驗課程，乃至今后獨立進行科學實驗研究打下良好的基礎。本文立足于我校的物理實驗教學實際，結合高等農林院校物理實驗教學的現狀，在發展現代物理農業背景下，就物理實驗教學與農學生物專業如何銜接和融合，在授課方式和仿真實驗等方面提出改革方案并進行了教學實踐。

2 農林院校農學生物類專業物理實驗教學現狀分析

長期以來，高等農林院校的《大學物理實驗》課程教學總體水平尚處在一個較低的層次上，始終無法突破儀器配置、學時設置和傳統教學模式瓶頸，與培養適應面向社會需求的應用型人才的要求相去甚遠。

2.1 學生缺乏學習物理實驗的積極性

對于高等農林院校農林生物類專業的學生來說，普遍認為大學物理和實驗課程無論是對眼前的學習，還是對將來的考研和工作都不起什么作用，學習缺乏積極性，基本是按照老師講解的步驟按部就班的操作，嚴重存在“走過場”的現象。學生對實驗的認知停留在表面的操作上，很少考慮更深層次的實驗細節和實驗目的，更不會進行實驗自我總結，這對于鞏固理論知識、擴展學生思維，增強創新能力是很不利的。物理專業和工科的物理實驗項目已形成較為完整和系統的知識架構。對于農林院校的物理實驗項目設置，一般是從中抽取部分實驗作為農林生物類學生的實驗內容，而很少去考慮根據農科物理實驗自身的個性和特點來選取實驗項目，且傳統的教學模式教師很少提及物理原理和技術在農業生物專業中的應用。這也是在農林院校的農科學生中造成物理無用論和缺乏積極性的原因。

2.2 儀器設備不適應教學要求和科技進步

由于歷史原因和物質條件的限制，在大部分高等農林院校，物理實驗器材長期得不到更新，只能不斷重復使用已不適應時代要求和不能反映現代科技進步的“古董”儀器。另外，一些價格昂貴的近現代物理實驗儀器，除了一些有物理專業的重點農林院校，在國內大部分兄弟院校更是鮮有配置，即使勉強開設了一些近現代物理實驗項目，局限于師生比例和課時，也很難達到預期效果。

3 農林院校大學物理實驗教學改革實踐

針對以上問題，我們以本校農科生物類學生為對象，做了一些有益改革和探索。

3.1 構建農科物理實驗體系

鑒于傳統的農科物理實驗項目均來源于工科實驗的翻版或簡化卻并沒有體現農科物理的特色，這不利于現代物理農業新概念的倡導和培養高素質的農業和生物科學應用型人才的需求。考慮到課時的限制和農科物理實驗自身的特點，同時又要和現代科技接軌，我們分別從力學、電磁學和光學方面選取實驗，完善了農科物理實驗項目體系。這些實驗項目即能夠體現物理科學實驗的基本思想和研究方法，又與農學和生物學密切相關。比如在農業科學研究和生產實踐中具有重要意義的液體表面張力系數測定實驗，選用硅壓阻力敏傳感器進行測力[1]。實驗中，學生可以學習到力轉化為電信號進行測量的思想，接觸到硅壓阻力敏傳感器這一較先進和現代的儀器，更重要的是該實驗項目對力學、電學和農學、生物學進行了很好的融合，能夠使農林生物類專業的學生充分認識到物理在其本專業的重要作用，激發了學生學習的積極性。

3.2 強化現代物理農業概念

由于農學生物類專業學生先入為主的物理“無用論”，再加上物理實驗教學內容體現不出現代科學技術成分以及傳統的物理實驗教學模式使得學生處于被動狀態，針對這一現狀，我們從改變學生思想入手，在物理實驗課教學模式和講授內容上引導學生對實驗相關物理的原理、工程技術、研究方法等在農業和生物領域的應用進行初步了解，強化以電、磁、聲、光、熱等物理學原理為基礎的現代物理農業概念。這樣可以從本質上調動學生對物理實驗的興趣，讓學生在思想上有較大轉變，認識到物理對他們是不可或缺的，自然也就調動起學生對物理實驗的興趣，主動學習實驗原理、認真進行實驗操作和數據處理。例如電子束實驗項目，可以從電子束輻照技術在食品殺菌、保鮮和電子束輻照防治農業害蟲等物理工程技術在現代農業中的應用和研究前沿展開。模擬法測繪靜電場的實驗可以融入電場處理種子、分選種子、空間電場防病促生技術、電場果蔬保鮮的應用及其產生的電場生物學效應等現代科技前沿[2]。這些在學生看來與農業、生物毫無關聯的物理實驗，通過教師適度的引導，不僅能夠讓學生懂得學習這門課程的重要性和必要性，而且拓寬了學生的知識面，開闊了學生的視野。

3.3 利用演示實驗和仿真實驗緩解教學資源不足

隨著計算機軟件技術的高速發展，物理仿真實驗作為一種重要的實驗教學輔助手段，在很多高校已經應用到教學中并逐漸走向成熟，取得了良好的教學效果[3～4]。但就普通院校尤其是農林院校尚處于起步探索階段甚至空白狀態。我們基于以學生為本和農科院校物理實驗教學現狀進行了物理仿真實驗的初步探索。

農科物理實驗與理工科一樣也應該與社會發展接軌，讓學生感受到現代科技進步以及走向社會后能夠學以致用。以我校物理實驗室開設的“示波器的原理和使用”為例，由于教育資源的制約，實驗室使用的是單蹤示波器和函數發生器，而絕大多數科研單位、大中型相關企業所用均為雙蹤示波器，教學內容遠遠跟不上市場更新和社會需求。學生一旦在以后的學習和工作中遇到使用比較廣泛的雙蹤示波器，可能會產生挫敗感。我們通過仿真實驗使學生了解雙蹤示波器的結構和各按鍵及旋鈕的作用，并進一步探索使用和測量方法，很好的提升了學生層次。同時，由于仿真軟件可操作性及重復性好，并配有語音解說及動態原理圖，詳細的解釋了物理實驗的原理和操作步驟，并且實驗的時間和空間不受客觀條件限制，可以盡量讓學生自己去摸索和探究，以強化其獨立思考和解決問題的能力，增強其求知欲。

在普通農科院校教學資源相對匱乏、物理學課程定位邊緣化及課時進一步縮減的背景下，農科院校開設比較前沿的現代物理實驗是不現實的，同時傳統的大學物理實驗不能反映現代信息處理、農業遙感、激光等高科技技術在現代農業中的廣泛應用。為完善學生的物理學知識結構，有必要讓學生接觸一些比較前沿的現代物理實驗。因此，在普通農科院校中利用演示和仿真實驗作為有益補充更顯其重要性和緊迫性。我們從物理實驗的客觀規律出發，兼顧農林生物類專業的特點，選取一系列的近現代演示和仿真實驗作為真實實驗的有益補充。比較典型的有核磁共振、超聲波探測實驗、光的偏振、音頻信號的光纖傳輸實驗等物理演示實驗;全息照相、微波布拉格衍射實驗、聲光效應、氫原子光譜、弗蘭克-赫茲實驗等物理仿真實驗，共計20個實驗供學生選擇。這在很大程度上緩解了教學儀器的緊張，擴展了學生的視野，收到較好的效果，得到學生的普遍認同。

4 結語

在農科大學物理實驗的教學過程中，注意物理與農業和生物領域的銜接和融合，在思想根源上轉變學生的物理“無用論”觀點，更利于激發學生學習物理實驗的主動性和積極性，提高課堂教學質量和效果。利用演示和仿真實驗進行輔助實驗教學，有力的突破了儀器陳舊和匱乏的瓶頸，為課堂注入了新的活力，有利于增強學生的綜合素質和知識面。但是在實施實驗教學過程中，也存在一些必須注意的地方。首先，定位要準確，物理實驗有其自身的特點、規律和優勢，對物理在農業和生物領域的應用的講解絕不可在授課過程中舍本逐末，喧賓奪主。其次，演示實驗和仿真軟件有其自身的局限性，比如實驗環境過于理想化就是仿真軟件無法克服的缺陷[5]。所以真實實驗是仿真實驗無法替代的，在教學過程中，真實實驗為主、演示和仿真實驗為輔的地位是不可改變的。

參考文獻

[1] 柴麗娜，涂海華，等.大學物理實驗[M].北京:中國農業出版社，2010，8.

[2] 高雪紅，吳俊林.高壓靜電場在農業中的應用及其作用機理的物理微觀解析[J].現代生物醫學進展，2008，8(3):567～570.

[3] 黃英群，王秀娥，等.計算機仿真實驗在物理實驗教學中的應用[J].大學物理實驗，2011，24(2):91～92.

[4] 張東升.應用大學物理仿真實驗系統創新物理實驗教學模式[J].中國現代教育裝備，2007，11:96～97.

[5] 裴明旭，劉波.大學物理仿真實驗的應用于反思[J].江蘇技術師范學院學報，2010，16(6):73～76.