大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式、方法、手段改革與實(shí)踐

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題，對(duì)國(guó)內(nèi)外高校的教學(xué)情況進(jìn)行了深入調(diào)研和分析。結(jié)合黑龍江科技大學(xué)教育理念和辦學(xué)特色，提出了關(guān)于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式、方法和手段方面的改革措施，通過在部分學(xué)生中開展探索性改革實(shí)踐，已經(jīng)初步取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革；教學(xué)模式；創(chuàng)新意識(shí)

作者簡(jiǎn)介：閆凱（1979-），男，黑龍江富錦人，黑龍江科技大學(xué)工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，講師；朱波（1977-），女，滿族，遼寧錦州人，黑龍江科技大學(xué)工程訓(xùn)練與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中心，講師。（黑龍江 哈爾濱 150022）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江科技大學(xué)教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JY12-178）、黑龍江科技大學(xué)教研項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JY13-184）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）26-0089-02

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等院校理工科專業(yè)學(xué)生接觸較早的一門基礎(chǔ)課，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的重要課程。學(xué)生通過學(xué)習(xí)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程而受到基本知識(shí)、基本技能、基本方法的訓(xùn)練；通過實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力、實(shí)踐能力、數(shù)據(jù)處理能力等科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

美國(guó)、德國(guó)等一些西方發(fā)達(dá)國(guó)家的高等院校對(duì)物理實(shí)驗(yàn)十分重視，在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)方面各有特色。例如，美國(guó)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要針對(duì)低年級(jí)學(xué)生，提倡實(shí)驗(yàn)的趣味性，將深?yuàn)W的物理原理寓于趣味之中；而德國(guó)實(shí)驗(yàn)教學(xué)卻要求學(xué)生在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須查閱大量參考書籍，需要掌握一定量物理原理知識(shí)，大多數(shù)德國(guó)學(xué)校提倡由學(xué)生自行組裝簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)儀器，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作與數(shù)據(jù)采集等工作。[1]

國(guó)內(nèi)一些高等院校的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍然延續(xù)傳統(tǒng)的教學(xué)方法，這已不再與當(dāng)代大學(xué)生的知識(shí)水平及學(xué)習(xí)要求相適應(yīng)。傳統(tǒng)的灌輸式教學(xué)已無法滿足他們的要求，所以對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革迫在眉睫。目前，全國(guó)各高校都在進(jìn)行著物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，并取得了一定的成績(jī)。國(guó)內(nèi)一些兄弟院校，如哈爾濱工業(yè)大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、黑龍江大學(xué)等針對(duì)學(xué)生自身的不同層次、不同專業(yè)，也相應(yīng)地對(duì)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)做出了適合本校學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)改革，且頗見成效，開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的新局面。[2-4]

根據(jù)黑龍江科技大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱“我校”）“大德育、大工程、大實(shí)踐”的三大教育理念和“一二三四”辦學(xué)方略，以及培養(yǎng)基礎(chǔ)理論扎實(shí)、工程實(shí)踐能力強(qiáng)、具有創(chuàng)新意識(shí)的應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課的特點(diǎn)和兄弟院校的經(jīng)驗(yàn)，也進(jìn)行了教學(xué)改革，在對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐過程中取得了良好的效果。

一、教學(xué)模式改革

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，教師預(yù)先制定好實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生只需要按部就班依照既定實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一般都會(huì)取得比較好的結(jié)果。這對(duì)于提高學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理的理解、操作技能的培養(yǎng)是有一定積極的作用，但不能更好地開發(fā)學(xué)生的獨(dú)立思考與創(chuàng)新意識(shí)，不利于培養(yǎng)具有開拓精神、實(shí)踐動(dòng)手能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才，顯然弊大于利。

當(dāng)代的學(xué)生更希望得到的是一個(gè)輕松愉快的實(shí)驗(yàn)環(huán)境、完善的實(shí)驗(yàn)條件以及感興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而不愿受到條條框框的束縛。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)模式會(huì)使學(xué)生漸漸失去學(xué)習(xí)的積極性，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也就變成了一種形式，進(jìn)而失去了設(shè)置該課程的意義。

為了提高實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課的興趣，真正意義上提高學(xué)生的實(shí)踐能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革勢(shì)在必行。想要提高學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課程的積極性，首要因素就是要改變過去的教師“牽著”學(xué)生走的消極做法，給學(xué)生更多的自由。為實(shí)現(xiàn)此目的，近兩年來實(shí)驗(yàn)室放開了選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的權(quán)利，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目分層設(shè)置，必修的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目占所開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的20%左右，且都是訓(xùn)練基本實(shí)驗(yàn)技能的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。而對(duì)于其余的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣、能力、以及學(xué)科專業(yè)的特點(diǎn)，有針對(duì)性地進(jìn)行選擇，從而鍛煉和提高自己的實(shí)際應(yīng)用能力。這樣的做法加大了教師的工作量，但是對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)課的興趣起到了積極的作用。同時(shí)，我校設(shè)置了自學(xué)實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供完善的實(shí)驗(yàn)條件，讓學(xué)生在課余時(shí)間有機(jī)會(huì)來到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行一些深入的思考和研究。

采取相應(yīng)辦法加大了綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)力度，這其中有許多的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是與生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)的。例如，電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)（學(xué)生自行設(shè)計(jì)電路，并進(jìn)行連接調(diào)試，以實(shí)現(xiàn)不同的功能）、色散關(guān)系的研究實(shí)驗(yàn)（利用分光計(jì)、棱鏡、光柵等光學(xué)元器件研究光波長(zhǎng)與折射率的關(guān)系等問題）、微波分光儀實(shí)驗(yàn)（利用微波分光儀，研究微波的干涉、衍射、偏振等特性）等，所需的知識(shí)都是理工科學(xué)生應(yīng)掌握的基本知識(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，能夠進(jìn)行充分的準(zhǔn)備與思考，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的仔細(xì)斟酌、推敲，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析與解決，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化處理，在鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考與創(chuàng)新能力的同時(shí)，將物理實(shí)驗(yàn)課的知識(shí)深入淺出地傳授給學(xué)生，效果十分理想。

近年來，進(jìn)行教學(xué)模式改革的同時(shí)，對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，結(jié)果表明，95%以上的學(xué)生都意識(shí)到了實(shí)踐課程的重要性，并且能夠以飽滿的精神狀態(tài)去學(xué)習(xí)研究；70%的學(xué)生能夠在課余時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室來進(jìn)行操作技能的鍛煉，10%的學(xué)生能夠在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、自學(xué)實(shí)驗(yàn)室等進(jìn)行探究性、創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)，這對(duì)于提高大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量無疑是十分重要的。

二、教學(xué)方法改革

伴隨著教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變，物理實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)方法同樣需要進(jìn)行相應(yīng)的改革，以配合其達(dá)到最理想的效果。為此，在實(shí)驗(yàn)室教師進(jìn)行廣泛調(diào)研與深入探討的基礎(chǔ)上，形成了以下的教學(xué)方法改革。簡(jiǎn)明扼要地說，也就是新的課程體系建立后，針對(duì)不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)要求，采用不同的方法去培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、動(dòng)手的能力、實(shí)踐的技巧與創(chuàng)新的意識(shí)，在此進(jìn)行一些較為深入的探究：

1.對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)教師主要采用啟發(fā)式教學(xué)方法

在教學(xué)實(shí)踐中，僅僅保留了6個(gè)經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。教師在授課過程中通過講解其巧妙的設(shè)計(jì)思想與物理背景，啟發(fā)學(xué)生去思考，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程的興趣，使得學(xué)生較好地掌握誤差理論的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，準(zhǔn)確地繪制曲線、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予合理的說明、撰寫合格的實(shí)驗(yàn)報(bào)告；并加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物理實(shí)驗(yàn)儀器基本操作技能的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生步入科學(xué)物理實(shí)驗(yàn)研究的氛圍，為其他的后續(xù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2.對(duì)于技術(shù)性、基本測(cè)量實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)教師主要采用引導(dǎo)式、討論式教學(xué)方法

需要教師將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目拓展到生產(chǎn)實(shí)踐中去，在授課時(shí)將經(jīng)典的手段、實(shí)際生產(chǎn)中重要的技術(shù)以提出問題、學(xué)生發(fā)言、自由討論的方式傳授給學(xué)生，讓學(xué)生掌握并形成慣性思維，加強(qiáng)其實(shí)際的應(yīng)用能力。這樣的手段可以讓學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中積極思考、發(fā)言、探討，將所要學(xué)習(xí)的知識(shí)牢牢記在心里，并且通過實(shí)際操作來鞏固記憶，進(jìn)一步了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要過程與基本方法，并強(qiáng)化學(xué)生能夠運(yùn)用物理理論對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、判斷，達(dá)到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求。

3.對(duì)于綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，采用研究式、答辯式教學(xué)方法

在教學(xué)過程中，教師只需給出實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總體要求和目標(biāo)，由學(xué)生或獨(dú)立或分組去研究項(xiàng)目、查閱資料、設(shè)計(jì)方案、選擇儀器、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理，并完成報(bào)告，提交給教師并答辯。

在此類實(shí)驗(yàn)中學(xué)生更具主動(dòng)性，能夠積極與教師交流探討，能夠查閱大量的資料，并且互相提問以解決疑難、關(guān)鍵問題，最終順利完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。尤其對(duì)于創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，學(xué)生自擬課題，利用課余時(shí)間設(shè)計(jì)方案，由教師論證可行性，在條件允許的范圍內(nèi)提供所需儀器與耗材，學(xué)生自行獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)研究。如果實(shí)驗(yàn)超出條件允許的范圍，亦可通過計(jì)算機(jī)仿真與模擬來實(shí)現(xiàn)，最后以論文形式完成報(bào)告并進(jìn)行答辯。

通過此類實(shí)驗(yàn)過程的鍛煉，不僅能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、靈活地運(yùn)用知識(shí)和技能解決實(shí)際問題的能力，更加鍛煉了學(xué)生獨(dú)立思考、勇于探索、勇于實(shí)踐、不斷進(jìn)取的創(chuàng)新精神，同時(shí)對(duì)于教師教學(xué)水平能力提升也是十分有益的。

三、教學(xué)手段改革

現(xiàn)代化的教學(xué)內(nèi)容應(yīng)與現(xiàn)代化的教學(xué)手段和方法相結(jié)合，需與時(shí)代接軌方能發(fā)揮其自身潛力和作用。教學(xué)手段改革必須建立一種適合當(dāng)代科技發(fā)展、有利于培養(yǎng)具有一定的基礎(chǔ)知識(shí)的創(chuàng)新型人才的教學(xué)新體系。

淘汰了許多內(nèi)容陳舊的、對(duì)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力作用不明顯的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，科學(xué)調(diào)整大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，加大引進(jìn)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器與技術(shù)，積極改造和自主開發(fā)儀器設(shè)備，加大技術(shù)性、綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)力度，建立并完善創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)所需的硬件與軟件，積極建設(shè)并利用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)資源，為學(xué)生構(gòu)建一個(gè)現(xiàn)代化的教學(xué)環(huán)境，為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)良好的科學(xué)氛圍。同時(shí)，大力開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，開發(fā)并完善物理實(shí)驗(yàn)課件，建立計(jì)算機(jī)仿真與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，鼓勵(lì)學(xué)生積極開展大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的計(jì)算機(jī)模擬與仿真實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生可以了解更多的知識(shí)與技能。還可以鼓勵(lì)學(xué)生利用該手段將設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)先在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬與仿真，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案等方面存在的問題，避免造成不必要的資源浪費(fèi)。

在教學(xué)過程中需要將現(xiàn)代化的教學(xué)手段應(yīng)用在每一次實(shí)驗(yàn)課堂上。利用計(jì)算機(jī)、投影儀等設(shè)備將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容清晰地展示給學(xué)生，將操作環(huán)節(jié)尤其是關(guān)鍵步驟直觀、動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，這樣就避免了教師演示實(shí)驗(yàn)時(shí)因?qū)W生人數(shù)多而效果不好的不足。

四、小結(jié)

通過對(duì)教學(xué)模式、方法與手段的改革，已經(jīng)為學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)氛圍。堅(jiān)持以學(xué)生為主體，以學(xué)生的學(xué)習(xí)要求為準(zhǔn)則，以學(xué)生的提高與進(jìn)步為目標(biāo)把主動(dòng)權(quán)交給學(xué)生，讓其主動(dòng)學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考，充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，大大地激發(fā)了其學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生成績(jī)與往屆相比有了明顯的提高。通過舉行兩屆大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽看出，學(xué)生參與積極性、完成競(jìng)賽題目質(zhì)量、綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力均有了顯著的提高。個(gè)別同學(xué)完成的競(jìng)賽作品獲得了校里多項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)。

時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，作為高等教育的一門重要基礎(chǔ)課，大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課也要順應(yīng)時(shí)代潮流。因此，在這樣的時(shí)期進(jìn)行了與時(shí)俱進(jìn)的教學(xué)改革，并取得了相應(yīng)理想成果。大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)課程在提高學(xué)生的動(dòng)手能力、實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識(shí)的同時(shí)，也為我校“大德育、大工程、大實(shí)踐”的教學(xué)理念注入了新鮮的血液。

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（責(zé)任編輯：王意琴）