充分利用綜合性實驗培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)

邢紅宏， 梁承紅， 張紀磊

（海軍航空工程學(xué)院基礎(chǔ)實驗部理化實驗中心，山東煙臺 264001）

0 引言

實驗教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力的重要手段，而大學(xué)物理實驗作為一門必修基礎(chǔ)實踐課，是學(xué)生進入大學(xué)以后接受系統(tǒng)實驗方法和實驗技能的開端［1］。隨著時代的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，物理實驗教學(xué)中的新理念、新內(nèi)容、新手段不斷涌現(xiàn)，實驗課不再依賴理論課，逐漸成為獨立于理論課而自行發(fā)展的新體系。實驗項目也不再以傳統(tǒng)的力、熱、電、光、原子和近代物理來劃分，而是按照教學(xué)內(nèi)容和訓(xùn)練方式將課程結(jié)構(gòu)分為基礎(chǔ)性實驗、綜合性實驗、設(shè)計性和自主性實驗及創(chuàng)新實踐活動四個教學(xué)層次，各個層次各有側(cè)重［2-4］。在綜合實驗階段，由于實驗項目不僅包含一些經(jīng)典物理實驗，也涉及物理前沿問題和當(dāng)前的高新技術(shù)，項目多學(xué)生自主選擇范圍大，授課方式也以學(xué)生自主實操為主，對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)將起到重要的作用，在大學(xué)物理實驗中占的比重越來越大，日益受到重視。

1 綜合性實驗設(shè)置的意義

在基礎(chǔ)性實驗階段本著囊括基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、基本實驗技能的訓(xùn)練和基本測量方法等內(nèi)容，選擇實驗項目涵蓋力、電、光等方面，不求高、新、尖，但要充分展現(xiàn)基礎(chǔ)性、實踐性。像示波器的使用、干涉法測幾何量等，教師的講解可以面面俱到，要對學(xué)生進行超常規(guī)的基本物理實驗技能的嚴格訓(xùn)練，確保學(xué)生熟悉實驗室的規(guī)定及實驗課的流程、掌握實驗數(shù)據(jù)的處理方法，能夠獨立完成實驗報告，使學(xué)生具備一定的實驗?zāi)芰Α；A(chǔ)性實驗階段的主要任務(wù)就是打牢基礎(chǔ)，但是學(xué)生的培養(yǎng)只停留在這個階段，僅僅滿足于在教師抱著走的前提下完成一些常規(guī)的實驗項目，對學(xué)生動手能力的鍛煉和綜合素質(zhì)的提高顯然是不夠的。按照人才培養(yǎng)方案及大學(xué)物理實驗課程標準的要求，在完成基礎(chǔ)性實驗后將進入綜合性實驗的學(xué)習(xí)。

綜合性實驗是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識和基本操作技能的基礎(chǔ)上運用某一課程或多門課程的綜合知識，對學(xué)生實驗技能和實驗方法進行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實驗［5-6］。通俗地講綜合性實驗要求在兩個方面具有綜合性：①在知識點上要有綜合性，內(nèi)容涉及一門課程的兩個主要章節(jié)以上的多個知識點或兩門以上相關(guān)課程的綜合知識;② 在實驗手段上要有綜合性，所使用的實驗儀器和實驗手段應(yīng)包括物理學(xué)兩個或兩個以上的分支，學(xué)生需要應(yīng)用不同的知識和不同的實驗技能才能完成［7］。因此綜合性實驗要求學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識和基本操作技能后才開設(shè)，主要是培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析能力、實驗動手能力、數(shù)據(jù)處理能力、查閱資料能力、運用多學(xué)科知識解決問題的能力［8］。綜合性實驗所體現(xiàn)出的實驗內(nèi)容的復(fù)合性、實驗方法的多元性、實驗手段的多樣性、人才培養(yǎng)的綜合性［9］，更有助于展現(xiàn)大學(xué)物理實驗在培養(yǎng)學(xué)生動手能力和綜合素質(zhì)方面的重要作用。

縱觀近代物理基礎(chǔ)性實驗的發(fā)展，可以清楚地看到：物理實驗是新理論、新技術(shù)、新儀器發(fā)明的先導(dǎo)與源泉，它不僅推動物理學(xué)科本身的發(fā)展，而且是其他相關(guān)學(xué)科革命的動力。如果把對近代物理學(xué)發(fā)展和對現(xiàn)代科技有重要影響的實驗項目引入實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，將會大大豐富物理實驗課程的教學(xué)內(nèi)涵與提升物理實驗課程的整體水平，對于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)將起到很好的作用。由于基礎(chǔ)性實驗階段的主要目的是給學(xué)生夯實基礎(chǔ)，因此實驗項目的選擇難免會把側(cè)重點落在基礎(chǔ)上，演示性、驗證性的實驗項目偏多［10］。綜合性實驗學(xué)時多，更適合安排這些實驗項目。從這個意義上說，綜合性的大學(xué)物理實驗在創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)中，具有得天獨厚的優(yōu)勢［11］。綜合性實驗的授課方式以教師引導(dǎo)學(xué)生自主實操為主，把學(xué)生推到了教學(xué)的主體地位，有利于充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并且由于我們在實驗項目選擇上的匠心獨具，會使學(xué)生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)所學(xué)的理論知識在實踐中得到運用，各學(xué)科的知識也是相互聯(lián)系而不是孤立的，勢必增強學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，讓教學(xué)過程形成良性循環(huán)，學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到穩(wěn)步提高。

2 綜合性實驗的實施

2.1 實驗項目的選擇

綜合性實驗開設(shè)的目的是鞏固學(xué)生在此之前的學(xué)習(xí)成果，進一步學(xué)習(xí)近代物理各個領(lǐng)域的知識、技術(shù)和方法，使學(xué)生掌握較為復(fù)雜、精密、現(xiàn)代化儀器的操作，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識的能力。所以設(shè)置的實驗項目不僅要精、還要緊跟時代的進步，有助于更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情與強烈的求知欲，開闊學(xué)生的眼界和思路。因此為使學(xué)生了解新技術(shù)和新方法，我們開設(shè)了傳感器綜合實驗、磁阻效應(yīng)、核磁共振等;為使學(xué)生掌握較為復(fù)雜和精密儀器的使用，我們相應(yīng)的選擇了激光干涉調(diào)制通信、雙棱鏡干涉實驗;高溫超導(dǎo)實驗、黑體輻射、CCD光柵光譜儀等實驗則充分地利用了計算機技術(shù)。總之，選擇綜合實驗項目要從多個角度出發(fā)，基本原則就是充實和活躍學(xué)生的物理思想，培養(yǎng)學(xué)生在比較復(fù)雜的條件下，觀察現(xiàn)象、測試數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、綜合判斷、解決問題的綜合分析能力，使學(xué)生的實驗綜合素質(zhì)得到加強。

2.2 教學(xué)模式和方法選擇

和基礎(chǔ)實驗相比，綜合性實驗應(yīng)充分尊重學(xué)生特長，鼓勵學(xué)生個性發(fā)展，從傳授知識轉(zhuǎn)變到側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰Α？芍笇?dǎo)學(xué)生選擇切合專業(yè)特點和本身感興趣的實驗項目，為專業(yè)學(xué)習(xí)作鋪墊。大學(xué)物理綜合性實驗共有20個實驗項目，學(xué)生可根據(jù)自己的興趣和專業(yè)特點從中選擇4個項目，每個項目3學(xué)時。按照課程標準，大學(xué)物理綜合實驗要求在教師指導(dǎo)下，由學(xué)生獨立完成每一個實驗，每個綜合性實驗就是一個小課題。教師不再像基礎(chǔ)和基本實驗采取全面講解的模式，授課方式以學(xué)生自主實操為主，真正體現(xiàn)以學(xué)生為中心、由教師加以引導(dǎo)的綜合實驗教學(xué)模式［12］。為了達到良好的教學(xué)效果，教師須抓住課前預(yù)習(xí)、課中實操、課后總結(jié)三個環(huán)節(jié)。

教師在實驗前可通過校園網(wǎng)詳細介紹各個綜合性實驗項目涉及的相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科或交叉學(xué)科的內(nèi)容和知識、所用實驗儀器的結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)，推薦相關(guān)參考資料，還通過網(wǎng)上選課系統(tǒng)設(shè)置了針對每個實驗項目的預(yù)習(xí)題，涵蓋實驗原理、實驗儀器、實驗內(nèi)容及實驗數(shù)據(jù)處理等相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生只有通過了預(yù)習(xí)題的測試才能選擇相應(yīng)的實驗項目，并且要求學(xué)生就儀器的選擇、實驗方法采用、實驗過程中應(yīng)注意的問題等方面寫出預(yù)習(xí)報告，以這樣的方式督促學(xué)生課前查閱資料進行準備，在于調(diào)動學(xué)生自身的主動性，使其自覺學(xué)習(xí)和運用不同領(lǐng)域的知識。凡事預(yù)則立，充分的預(yù)習(xí)是課內(nèi)高效率地獨立完成實驗的基礎(chǔ)。

課內(nèi)實操是完成實驗的關(guān)鍵。實驗前教師首先請學(xué)生詳細閱讀自己所做項目的實驗說明書，修改預(yù)習(xí)報告，特別強調(diào)需要關(guān)注針對該項目實驗操作過程中的注意事項，對實驗流程確實是心中有數(shù)了才可以開始實驗。在實驗進程中，教師應(yīng)注重啟發(fā)引導(dǎo)，根據(jù)實驗過程的具體進展情況以及出現(xiàn)的問題，有針對性地組織學(xué)生討論，鼓勵學(xué)生在實驗中多動腦筋、獨立思考，形成學(xué)生主動參與、教師解答指導(dǎo)的互動式教學(xué)氛圍。學(xué)生能力的提高是從不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題中鍛煉出來的，因此一定要讓學(xué)生切切實實地進行實際操作，不能光看不練。綜合性實驗的結(jié)果對學(xué)生能力的依賴程度更高，需要學(xué)生一絲不茍地操作，對于實驗現(xiàn)象學(xué)生要認真觀察，尤其是對于出現(xiàn)的與理論結(jié)果不符的情況更要追根溯源，不放過一個小的細節(jié)，不要籠統(tǒng)地以為是實驗誤差就打發(fā)了，或是隨意更改實驗數(shù)據(jù)應(yīng)付，每種現(xiàn)象的出現(xiàn)都是有其原因的，引導(dǎo)學(xué)生從多角度仔細分析原因，才能鍛煉學(xué)生綜合運用多種知識分析解決問題的能力，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)［13］。

實驗后的歸納、反思、總結(jié)是實驗的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生在實驗室操作時由于受學(xué)時所限，基本上都是把重心放在如何在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗，對解決實驗過程中出現(xiàn)的問題也缺乏深入思考，實驗結(jié)束后不進行及時的總結(jié)，無法給學(xué)生留下深刻的印象，時間長了難免會有遺忘和混淆的情況。綜合性實驗對學(xué)生的要求不是僅僅完成完整的實驗報告即可，更注重于學(xué)生實驗過程中對問題處理時的所思所想，要求學(xué)生對實驗進行總結(jié)，比如是如何發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，運用了哪些相關(guān)知識解決問題，是否還有更好的解決方法，同樣的實驗項目是否還有不同的實驗方法，相應(yīng)的知識和方法還可以用在哪些實驗項目和實際生活中。在做完每一個實驗后進行這樣的提煉和感悟，才能真正鍛煉學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力和創(chuàng)新精神，使學(xué)生的實驗技能和綜合素質(zhì)得到更好的培養(yǎng)。

3 結(jié)語

綜合性實驗項目的選擇比較關(guān)鍵，應(yīng)立足于綜合實驗的界定標準，選擇實驗規(guī)模適中。規(guī)模太小，達不到鍛煉;規(guī)模太大，則會受限于學(xué)時數(shù)而使實驗流于形式。另外還應(yīng)注意在實驗內(nèi)容、實驗材料、實驗技術(shù)和方法等方面對綜合實驗進行適時改革更新，增強實驗教學(xué)的時效性、實用性和先進性［14-15］。在對學(xué)生的綜合實驗進行評價時不應(yīng)局限于是否有理想的結(jié)果，可以把關(guān)注點放在學(xué)生在整個實驗過程中分析問題、解決問題、理論聯(lián)系實際等方面的表現(xiàn)。

總之，只有在項目選擇、教學(xué)模式、評價方式等方面體現(xiàn)出綜合性實驗的特點，才能使綜合實驗確實發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的功能，提升大學(xué)物理實驗在人才培養(yǎng)方面的作用。

（References）：

［1］ 孫家軍.改革物理實驗教學(xué)培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)實驗?zāi)芰Γ跩］.中國冶金教育，2008（6）：33-35.

［2］ 蘇學(xué)軍，張 勇.大學(xué)物理實驗［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009.

［3］ 張 清.加強綜合設(shè)計性物理實驗的初步實踐［J］.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，18（2）：105-106.

［4］ 朱世坤，聶宜珍.綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)的探討［J］.大學(xué)物理實驗，2007，20（4）：87-90.

［5］ 周鮮成.規(guī)范綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)的探索與研究［J］.實驗技術(shù)與管理，2007，24（7）：103-104.

［6］ 朱志彪，高 山.設(shè)置綜合設(shè)計性實驗提高學(xué)生綜合素質(zhì)［J］.實驗室研究與探索，2010，29（7）：238-240.

［7］ 王秀杰，方莉俐.大學(xué)物理綜合性實驗的創(chuàng)新嘗試— —金屬電阻率的精確測量［J］.大學(xué)物理實驗，2007，20（3）：27-28.

［8］ 李志濤.高校綜合性、設(shè)計性實驗與高素質(zhì)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)［J］.今日科苑，2008（14）：257.

［9］ 江月玲.綜合性實驗教學(xué)的實踐［J］.中山大學(xué)學(xué)報論叢，2007，27（1）：61-65.

［10］ 陳淑文，方利廣，胡 萍，等.物理實驗課程的整體優(yōu)化與實現(xiàn)［J］.實驗技術(shù)與管理，2010，27（10）：152-154.

［11］ 陳執(zhí)平.大學(xué)物理實驗課培養(yǎng)創(chuàng)新能力的幾點思考［J］.南平師專學(xué)報，2003，22（4）：73-75.

［12］ 謝明杰，宋 嵐，汪業(yè)菊，等.微生物綜合設(shè)計性實驗的組織與實施［J］.實驗技術(shù)與管理，2010，27（11）：137-138.

［13］ 高允峰，賁延平.論在物理實驗中開展綜合性和設(shè)計性實驗的必要性［J］.長春師范學(xué)院學(xué)報，2004，23（4）：125-127.

［14］ 成協(xié)設(shè)，劉 薇，王立金.開展創(chuàng)新性實驗教學(xué)實現(xiàn)理論到創(chuàng)新的有效對接［J］.實驗室科學(xué)，2011，14（1）：200-202.

［15］ 吉愛國.綜合性實驗教學(xué)模式的探討與實踐［J］.實驗室研究與探索，2007，26（1）：94-96.