工科大學物理實驗課程教學改革嘗試和研究

王征　朱祥

摘要：簡述了鄭州輕工業學院物理實驗教學改革的新進展，詳細論述了物理實驗教學在大學教學中的定位、作用以及課程體系和教學方法的改革，并將實驗教學與應用實踐相結合，開拓了學生創新素質培養物理實驗教學新的教學模式。

關鍵詞：物理實驗；教學改革；創新能力

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）24-0076-02

物理實驗課教學是高等理工科院校對學生進行科學實驗基本訓練的必修基礎課程，是本科生接受系統實驗方法和實驗技能訓練的開端。在培養學生嚴謹的治學態度、活躍的創新意識、理論聯系實際和適應科技發展的綜合應用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。[1，2]鄭州輕工業學院十分重視大學物理實驗課程的教學和建設，物理實驗中心為河南省實驗教學示范中心。為提高物理實驗教學質量，對課程的教學內容、教學體系進行調整和改革，將基礎物理實驗分為基礎實驗、提高性實驗、綜合性實驗和課題型應用性研究實驗，建立了新的教學模式，提高了學生的動手能力和實驗素質。

一、實驗教學定位與規劃

大學物理實驗是全校理工科院系各專業學生的一門重要的必修基礎課。物理實驗課程不僅為提高學生的實驗基本技能打下了良好的基礎，而且可以培養學生的思維方法、研究能力和創新精神。[3，4]更新教學觀念，是深化教學改革的前提和保證；轉變人才培養模式，是全面推進素質教育和深化教學改革的核心問題。根據高等學校人才培養目標要求，實驗中心確立了實驗教學理念和實驗教學定位。

1.理念定位

將實驗教學與理論教學相結合，通過物理實驗更深入地了解和掌握物理學基本規律與原理；能力培養與素質提高相結合，強調嚴謹的科學態度，實驗操作和實驗報告都要一絲不茍。課程實驗與工程訓練、創新設計、科學研究有機結合，建立創新素質培養課題型物理實驗。以學生為本，知識、能力、素質協調發展，培養具有實驗創新能力的應用型人才。

2.地位定位

把實驗教學作為提高教學質量、培養創新型應用人才的基礎性工作，把實驗室作為校內理工科專業學生基本實踐能力和創新能力培養的主要基地。

3.目標定位

以省級實驗教學示范中心為契機，面向應用、注重實踐、強化能力、培育創新型應用人才；建設一支觀念新、素質高、能力強的教師隊伍；深化課程體系、教學模式、教學內容、教學方法改革。

二、實驗教學改革

傳統的物理實驗教學，教學內容陳舊，教學方法和手段較落后，已不能適應新時期人才培養的要求。近年來，鄭州輕工業學院物理實驗課程教學改革一直在不間斷進行，結合學院實際情況制定了適合自身特點的物理實驗教學方案，并分步實施。

1.課程體系改革

鄭州輕工業學院是以工科為主的學校，絕大部分專業為工科，涉及電氣、自動化、機電工程、化工、計算機、食品工程、電子科技、材料等方向；學生的基礎實驗能力培養十分重要，對物理實驗教學要求較高。物理實驗課程結構必須以基礎為核心，確保基礎實驗教學任務的落實和完成。在此基礎上開出一定數量的綜合應用性、設計性實驗和研究探索性實驗，以拓寬學生的知識面，激發學生的學習興趣，啟迪學生的創新思維，為基礎和專業實驗架起橋梁。主干課程結構的設置分為四個臺階：[5]第一臺階——基礎實驗部分。主要包括基礎實驗理論（實驗誤差和數據處理，占課程比例的10%左右）和基礎實驗（占課程比例的30%左右）。基礎實驗主要包括基本測量方法及基本儀器操作，多數實驗項目以技能性實驗內容為主，例如轉動慣量的測量實驗、分光計的調整使用實驗等。第二臺階——提高性實驗部分。占課程比例的20%左右。實驗項目無論是內容還是涉及的儀器操作都高于基礎實驗，內容更為豐富，儀器種類增加，復雜程度有所提高，例如聲速測量綜合實驗、霍爾效應實驗等。第三臺階——綜合應用性實驗部分。占課程比例的20%左右。該部分實驗為系列實驗，內容以物理原理為基礎，向近現代科學技術領域延伸。實驗內容由淺入深，逐步漸進，涵蓋了3～4個實驗內容，進行系統訓練，學時為10～12個，例如電光聲光磁光效應實驗、多用電表設計改裝實驗等。第四臺階——設計性實驗部分。占課程比例的20%左右。在完成上述三個臺階層次的實驗教學基礎上，根據學生的知識水平和操作能力，選出4～6項設計性實驗內容，學生可以根據自身專業特點和興趣選取一項學習，從實驗方案、資料收集、儀器選擇、線路設計與制作到測試與數據處理全過程獨立完成，每項實驗學時為10～12個左右，例如熱力學綜合實驗、電學綜合實驗、光學綜合實驗。在實驗教學實施過程中，基礎實驗、提高性實驗必做，綜合性、設計性實驗選做，形成基本實驗分層次、綜合設計性實驗分專業、分系列的項目體系和教學模式。

除主干課程外，另設置有輔助性教學手段，主要包括：一是引入網絡環境支持的計算機仿真物理實驗遠程教學系統。該系統有豐富的實驗項目資源和良好的操作界面，是一種新型實驗環境和教學手段。學生在任何時間和任一地點均可上線學習，全面開放，任意選擇，是主干實驗課程的有效擴展和補充，它可以幫助學生預習實驗課程，深化教學內容。二是全面開放“物理演示與探索實驗室”。學生可以隨時進入實驗室觀察豐富多彩的實驗現象，操作演示實驗儀器，研究實驗原理，提出演示實驗儀器設計新思路、新方案等。三是開出部分近代與綜合應用物理實驗供學生自選。

2.教學方法與手段改革

轉變傳統實驗教學觀念：改變以教師為主體、系統講解、全程指導、學生被動接受的教學模式，形成以學生為主體、全面開放實驗室和實驗項目、由學生自主選擇、教師講解、指導結合課堂討論、發表見解等多形式的引導啟發式教學模式。實施多元化實驗教學方案：實驗教學全面推行多媒體課件授課，增加信息量，豐富實驗項目內涵。引入網絡化仿真實驗，提高實驗預習效果及觀察探索研究性實驗，多方位、多角度提高學生的實驗能力。全面推行網絡選課：改變傳統實驗教學由教師統一分組、統一安排實驗內容和時間的做法，在完成教學大綱規定學時的前提下，凡選做實驗將全部實驗由學生根據個人專業特點、興趣自主選擇，充分調動學生的學習興趣和實驗操作積極性。在實驗教學中，充分利用各種工具軟件進行自主實驗設計，如MATLAB、Pspice、Labview等，這些工具軟件是工程應用中的常用工具，使學生更好地理解設計參數對實驗結果及設計結果的影響，加強學生對實驗的理解，培養學生的工程設計能力。推行實驗教學多元化考試方法：根據新的課程體系要求，制定科學合理的實驗考試細則、每個階段采取不同的考核方式和要求。第一、二臺階實驗教學：實施實驗基本理論和操作測試；第三臺階研究性物理實驗教學：要求學生在完成系列實驗后提交專題實驗論文；第四臺階：要求學生提交設計性實驗報告書（統一模板）及相關設計成果。

三、實驗教學與應用實踐相結合，提高學生創新能力

實驗中心始終重視實驗教學、科研和工程實踐的緊密結合。積極組織優秀高年級學生和廣大青年教師聯合申報校內各種創新素質培養項目，并免費開放實驗室各種儀器設備，激勵學生和教師參與自主性實驗的開發，充分調動學生學習的積極性，提高青年教師的業務水平。為了培養學生的工程應用能力和創新意識，讓學生貼近工程實踐，實驗中心成立了“電子工坊”科技小組。由指導教師提出課題，例如“飛思卡爾”智能車制作、太陽能充電裝置的研究等，讓學生運用在實驗教學中獲得的基礎理論和各項技能提出設計思路并親自動手實現，激發了學生強烈的實踐求知欲和主動思考、勇于創新的能力。

四、結束語

物理實驗教學改革體現了以學生為中心，以專業為指引，因材施教，使學生的求知欲望得到了滿足；利用基礎實驗提高了學生的基本實驗理論和技術水平，利用高階實驗夯實了學生的專業實驗基礎，學生學有興趣、術有專攻，最大限度地調動了學生的學習積極性和主動性，大幅度提高了物理實驗的教學質量和學生的創新能力。這些有益嘗試在省級實驗示范中心申請過程中得到專家一致好評，并順利獲得立項。

參考文獻：

[1]任洪梅.在物理實驗教學中培養學生的創新思維能力[J].中國電力教育，2008，（2）：97-98.

[2]呂斯驊，段家忯.全面改革物理實驗教學體系與內容 培養有堅實基礎的創新人才[J].大學物理，2003，22（1）：34-36.

[3]徐志君.面向21世紀物理課程改革和發展的思考[J].實驗室研究與探索，1997，（5）：1-3.

[4]凌銀海.自主物理實驗的運行和作用[J].實驗室研究與探索，2002，21（5）：26-28.

[5]呂斯驊.基礎物理實驗選題問題[J].大學物理，2006，25（5）：1-3.

（責任編輯：孫晴）