高校物理實驗教學存在的問題及解決方法

高志忠

國務院《關于深化教育改革全面推進素質教育的決定》中指出：“高等教育要重視培養大學生的創新能力、實踐能力和創業精神，普遍提高高校學生的人文素養和科學素質”。實驗教學是高等學校教學體系中一個重要組成部分，因此，實驗教學是高校培養學生創新精神和創新能力的一個重要環節，更是一個獨立的教學體系。改革實驗教學，實行實驗室的全面開放，勢在必行。

一、高校物理實驗教學現狀與存在的問題

傳統的實驗教學模式目前已不適應實驗教學改革的需要，成為阻礙實驗教學改革和實驗教學質量提高的因素。主要表現為以下幾點：

1.思想認識不足，導致實驗教學體系不夠合理。高校長期認為實驗教學是理論教學的附屬環節，只是為了更好地學習理論知識。認為實驗設備、場地、環境的建設是評估的硬指標，不重視實驗教學基本規律和實驗教學創新的研究。

2.設施匱乏或老化，影響實驗室的全面開放。由于高校招生規模的不斷擴大，大多數學校教育資源緊缺、實驗設備難以更新的現象日益突出，再加上實驗室管理模式落后，開放程度低，使得有些專業教學實驗已經名存實亡。如果不能及時引起應有的重視，并加快改革步伐，將對高等工科專業人才綜合素質的培養產生負面影響，嚴重制約著教學水平的提高和人才的培養。

3.教學觀念和方式落后，難以激發學生的興趣 絕大多數實驗課程以“教師為中心”，“重知識、重形式、重驗證”的傾向仍然十分嚴重。

二、高校物理實驗教學改革的構想

1.以素質教育為目標，建立三級實驗教學體系

（1）基本型實驗

本級的實驗教學，一 是讓學生了解實驗設備原理，掌握操作方法；二是讓學生掌握基本的實驗理論和實驗方法。主要開設基本量的測量、基本物理現象與規律的觀察和分析、基本儀器的使用、基本測量方法和實驗技能的訓練，以及不確定度的計算與分析等。本級實驗臺階較低，有利于學生較快適應大學物理實驗的要求。

（2）提高型實驗

包括綜合性、設計性、應用性實驗。本級的實驗教學是讓學生運用所學知識，觀察、分析一些典型的工程技術問題，啟發學生積極思維、勇于創新，接受科研試驗方法的初步訓練，為今后的工作打下堅實基礎。

（3）研究創新型實驗

本級的實驗教學是為了讓學生獨立開展科學研究實驗，對于提高整個實驗教學質量以及檢驗學生學習效果具有重要作用。預設幾個實驗研究方向，讓學生根據自己專業或喜好組成興趣小組，自主設計實驗內容，實驗儀器和方法，在相關教師指導下探索研究。

2.注重現代信息技術在物理實驗中的應用，促進實驗室的全面開放

充分發揮現代信息技術在物理實驗中的應用，開展虛擬、仿真實驗和計算機實測實驗教學，開發計算機輔助實驗教學和多媒體實驗教學軟件（硬件）。這種實驗方式的優點是顯而易見的，但是目前相關實驗項目、內容、形式遠遠沒有真正達到吸引學生主動參與實驗的目的。

利用虛擬實驗，可以保證每個學生都能自己動手做實驗，觀察實驗現象，驗證公式、原理、定理，提高學生實際動手能力。同時，對于難做的實驗，學生可以重復進行實驗，并且不受時間、場地、安全等實際實驗條件的限制，既方便了課堂的實驗演示，增加了課堂內容，同時又可以減少以往實驗中的盲日操作、儀器損壞等現象的發生。

3.創設實驗問題，促進學生創新思維，培養學生的興趣

愛因斯坦曾經說過：“提出一個問題，往往比解決一個問題更重要。”這是因為解決一個問題是已有知識技能的應用，而提出一個新問題需要有創造性的思維能力。問題意識是思維能力的動力，是創新思維形成的基石。強化學生的問題意識是培養學生創新精神的起源，也是培養學生創新能力的核心。在物理實驗教學過程中，教師要盡可能的創設問題情境，鼓勵學生質疑，通過實驗讓學生提出問題、拓寬思路、糾正錯誤、解決疑難。

如牛頓第二定律的研究實驗，牛頓第二定律的表述是這樣的：F= ma（其中F表示外力，m為系統總質量，a為加速度），而學生由實驗求出的經驗公式是F= ka+c，F與a具有線性關系，k與m理論公式相比較，與在誤差范圍內是近似相等的，學生提出為什么會出現一個截距c呢？這時教師要及時引導學生分析原因，從物理系統的運動情況來探討、研究，c是一個力，是運動物體與氣墊摩擦的粘滯阻力、輕線與滑輪的摩擦力綜合作用的結果，是由系統誤差引起的。

通過探究性的實驗訓練，不斷激勵學生通過實驗、觀察、討論等探索手段提出各種問題，讓學生在實驗中掌握探索物理問題的思路和方法，即提出問題→設計問題→實驗探究→討論分析→得出結論。這樣才能使學生樹立問題意識和創新意識，逐步培養學生的探究興趣和創新思維能力。

4.加強實驗技術人員的知識更新

實驗技術人員是實驗室工作的主體，實驗室的一切工作，都需要靠具有創新觀念的人進行策劃和操作。在科學技術發展迅速的今天，要求每個人都不斷更新自己的知識，把終身學習作為自己生活的一部分。只有不斷地加強對實驗技術人員的培訓和接受現代化教育，不斷地更新知識，吸取新知識、新技術、新方法，才有可能在實驗室工作中做出創造性或創新性的事。只有經過各種培訓學習，才能提高實驗技術人員或隊伍的整體素質，從而為實驗室創新工作提供一定的保證。實驗技術人員要樹立以學生實踐為中心以及服務于教學和科研的觀念。為學生提供良好的實踐環境，提高學生的實踐能力；為實驗教學和科研工作提供一個良好的環境條件，保證順利完成教學、科研的各項任務。改變過去實驗室只為實驗教學服務的思想，充分發揮實驗技術人員的才能和智慧，去滿足學生實踐和參與研究的需求。

實驗教學改革是一項長期的系統工程，需要在實驗項目、教學方法、教學模式、實驗教師培養等諸多方面進行不斷的探索，才能逐步擺脫傳統落后僵化的教學體系，形成一種科學、合理、有效的實驗教學新體系。本文通過分析目前物理實驗教學中存在的問題，指出了傳統實驗教學模式的局限性，有針對性地提出了物理實驗教學體系改革的思路，并進行了初步探索與實踐，獲得了較好的教學效果。盡管進一步的深入探索還會遇到很多困難和挫折，但只要我們能堅持從實際出發，以學生為本，正視困難，不斷總結和學習，就能使實驗教學改革朝著正確的方向穩定發展。