大學物理實驗教學模式改革

劉 勇，李 海，聶偉濤，葉 黎

（華南農業大學 理學院，廣東 廣州 510640）

物理學本質上是一門實驗科學，實驗是物理學的基礎.大學物理實驗是涵蓋幾乎所有與自然科學相關的專業的基礎課實踐教學環節，大學物理實驗從力學、熱學、光學和電磁學等自然科學的基礎理論出發，內容涉及氣體、液體、固體，力、光、電場、磁場、熱量，溫度、氣壓、轉動慣量和電壓等自然界中最基礎和最常見的現象和參量.通過大學物理實驗的學習，可使學生正確認識自然現象和規律，建立科學的世界觀，掌握放大法、代替法、對稱法和平衡法等科學的實驗方法.大學物理實驗拓寬了學生的視野，揭示出各種自然現象的物理本質以及各種運動形態的相互聯系與相互轉化，為以后各學科知識的交叉融合，以及培養復合型和創新型人才打下良好的基礎，因此，進行大學物理實驗教學模式改革的研究，以提高大學物理實驗教學質量十分必要.

1 現狀分析

隨著國家對教育投入的增加，大多數高等院校在大學物理實驗的教學硬件上有了很大的改善，已基本實現了每人一套實驗儀器進行實驗，為學生獨立進行實驗能力的培養創造了良好的教學條件.在實驗教學內容體系改革方面，打破光、電、熱、力和近代物理的傳統模式[1]，把物理實驗內容改為基本實驗、初級設計性實驗、設計性實驗、綜合性實驗、研究性實驗和近代物理實驗，在培養學生動手能力和創新能力上有了一定的提高，然而，在教學模式上，多數的院校還比較傳統，基本沿襲學生在課前依據課本預習，老師課堂上在黑板上講解示范，步驟鮮明，學生按部就班，照葫蘆畫瓢完成實驗的實驗模式，這樣的實驗模式相對比較簡單，存在一定的問題：

（1）由于專業不同，部分學生的基礎知識欠缺，導致一方面學生在課前依據課本無法學習和修補相應的知識缺陷，實驗的興趣和學習的主動性大受影響；而另一方面教師不得不根據學生的情況，耗費大量寶貴的實驗課時進行知識的補充講解，學生在學時偏緊的情況下邊學邊做，這樣整個實驗下來，效果自然大打折扣.

學生基礎知識欠缺，很多是由于在中學階段做物理實驗很少，甚至根本沒做過任何物理實驗，即使做過也由于相關的物理實驗比較簡單，與大學物理實驗嚴重脫節，在高考指揮棒的引導下，我國中學在物理教學中一味重視卷面分數的高低，嚴重忽略了學生實際動手操作能力的培養，這些將對他們進入大學后獲取知識的能力以及實驗興趣、實驗素質都有一定影響，同時給高校的實驗教學工作帶來種種弊端和阻礙[1].

（2）學生的認知出現問題.由于實驗時數較緊，教師不可能在課堂上展開太多有關實驗意義及其在相關學科的應用等的介紹，學生容易產生大學物理實驗與自己所學專業關系不大的想法，從而消極對待實驗，敷衍了事.

（3）大學物理實驗在課前預習和課后復習環節存在紙上談兵的問題.實驗前同學們進不了實驗室，看不到儀器，對實驗儀器沒有感性的認識，很多時候看不太懂實驗講義；實驗后又無法面對儀器復習和回想，更不用說進行深入的實驗研究.

（4）實驗學時數偏緊，教師無法進行合理的引導和拓展，學生基本上一門心思趕測數據應付實驗報告，作為一門實踐性很強的教學課程，沒有進行反復操作和探索的余地，是很難達到教學的基本要求.

（5）微機應用、電化教育等多媒體教學手段，以及網絡教學等仍未普及，計算機輔助教學（CAI）的教學作用未能得到充分的發揮.

以上這些問題在包括本校在內的大多數高校普遍存在.針對這些問題，部分著名的高校已經把網絡教學和虛擬實驗引進到大學物理實驗教學中來，開始探索大學物理實驗教學的新模式[2~6].

2 大學物理實驗課程實踐教學模式改革的目的和意義

大學物理實驗課程實踐教學模式改革，其目的主要是要扭轉學生被動學習的局面，以及進一步培養學生的創新能力.

學生學習的好壞，主要由智力因素和非智力因素所決定，非智力因素是指雖然不直接參與認識過程，但對認識過程起直接制約作用的心理因素，主要包括動機、興趣、情感、意志、個性(氣質、性格).在學習活動中，人的智力因素要想發揮最大效能，必須有優良的非智力因素積極參與[7].在校的大學生都經過全國的統考，智力水平一般相差不算太大，智力因素很大程度是由遺傳決定的，而非智力因素主要由后天培養形成，因此，非智力因素對大學生學習效果的影響更為重要.非智力因素主要表現為主動學習，主動學習是學生創新性學習和終身學習的動力源泉.

在傳統的大學物理實驗實踐教學模式下，大學生在進入實驗室做實驗前，連將要操作的儀器設備等都缺乏基本的感性認識，教師只是根據教材進行單一書本現成知識的傳授，顯然，學生很容易會覺得這樣的學習并不需要太多的探究，從而產生不需要對自己的學習負責的想法.要改變這種狀況，就必須扭轉被動學習的局面，建立一個有利于主動學習的學習環境,培養學生的學習興趣、思考能力和分析與解決問題的能力.

真正的主動學習來源于興趣，興趣是學習能力培養的動力.發自內心的興趣能吸引學生的注意力、思考力和想象力，從而促使學生去觀察和思考.大學物理實驗教學模式的改革，就是要通過網絡輔助教學的方式，大力培養學生對大學物理實驗的興趣，促使學生從被動的學習轉為主動學習.

創新精神是一個國家和民族發展的不竭動力，也是一個現代人應該具備的素質，高校的一個重要任務就是培養創新型的人才.“問題”——是大學生科學探究能力和創新能力培養的載體，大學物理實驗實踐教學模式的改革，就是要讓學生通過網絡輔助教學，從各種物理參量測量的奇思妙想中得到啟發，積極參與大學生物理實驗設計大賽，培養其提出問題、發現問題和解決問題的能力，從而達到創新能力培養的目的.

3 基于網絡輔助教學的大學物理實驗課程實踐教學模式改革

隨著教學研究的發展和教學技術的進步，國內大學物理實驗教學呈現以下的發展趨勢[1]：

3.1 教學目標的素質化

通過觀察、思考和操作，使學生正確認識自然現象和規律，建立科學的世界觀和掌握各種科學的實驗方法.通過實驗的設計和實驗報告的規范，對學生進行嚴謹規范的科學探索訓練，提高其創新能力；

3.2 教學內容的綜合化和前沿化

目前，大學物理實驗多從屬于理論教學，為理論教學服務，教學內容受到局限.為了激發學生興趣和學習熱情，促進學生學科知識融合、促進學生創新能力提高，教學內容應更有趣，更具有綜合性和探索性，物理實驗的背景，物理實驗儀器的構造及原理，物理現象及實驗的思考，以及物理實驗在各學科的前沿化應用等都能激發學生主動學習的熱情.

3.3 教學手段的現代化

教學目標的素質化、教學內容的綜合化和前沿化，自然會促使教學手段的現代化.隨著計算機的普及，公眾互聯網，尤其是教育網的建立，為學生利用網絡學習提供了良好的條件.采用集語音、圖片和影像于一體的電子課件在因特網上進行輔助教學，可打破了時間和空間的局限，讓學生在一個較為寬松的情況下形成遠程交互式教學.網絡輔助教學可以激發學生的求知欲和興趣，以及增強主動進行學習和探索的動力.

基于網絡輔助教學的大學物理實驗課程實踐教學模式改革，順應了教學目標素質化，教學內容綜合化和前沿化，以及教學手段現代化的要求，具體采取以下措施對現有大學物理實驗實踐教學模式進行改革：

（1）通過應用集語音、圖片、影像于一體的電子課件在網絡上進行輔助教學，打破了學生進行大學物理實驗學習的時間和空間的局限，物理實驗的背景、原理與拓展，以及儀器的構造、操作要點和使用注意事項等的介紹，可在實驗的預習準備階段給學生一個感性的認識，增加其對實驗原理與操作的理解及自主學習的時間比例，提高實驗效率，為學生進一步提出創新的構想打下基礎；

（2）通過網絡課件，對一些相關的基礎知識，例如：物理實驗的發展沿革、實驗儀器設備的設計過程及其相關科學發現、各種實驗分析方法及其應用進行介紹，超越課本的知識內容，夯實學生的知識基礎；

（3）興趣是學習最好的老師，提高學生的學習興趣是改革的一個重點.通過對最新的科學研究方法、研究技術進行介紹，以及與其他學科相關的物理實驗的演示，促使學生進行學科知識的交匯融合，增加其對物理原理的理解以及提高做物理實驗的興趣，增強其自主進行科學探索的動力；

（4）網絡輔助教學系統與開放實驗室預約相結合，引導學生在熟悉相關儀器及實驗原理的基礎上，提出與本學科相關的創新性物理實驗；

（5）結合每年的廣東省大學生物理實驗設計大賽，開辟論壇進行實驗原理的討論和參賽作品的展示.廣泛發動學生參賽，激發學生積極參與物理實驗科技創新活動的熱情.

4 教學改革的效果與總結

大學物理實驗網絡輔助教學在部分班級推行，收到較好的效果.學生學習的興趣、學習的主動性和實驗效率均普遍提高，實驗完成時間有所縮短，實驗失誤和儀器設備損壞的現象大大減少，主動學習和探索的能力有所增強，報名參加省大學生物理實驗設計大賽的人數不斷增加，在2013年的廣東省大學生物理實驗設計大賽中，華南農業大學參賽學生共獲得一等獎2項，二等獎4項和三等獎2項，成績在全省各高等院校中名列前茅.大學物理實驗實踐教學模式的改革，對進一步提高學生的主動學習興趣、探索能力、創新能力和綜合素質有十分重要的意義.

〔1〕侯秀芳.大學物理實驗預習與復習系統的研究[D].合肥工業大學,2007.

〔2〕吳芳.大學物理實驗網絡教學支撐平臺設計及關鍵技術研究[D].重慶大學,2004.

〔3〕劉平安,丁菲,田文得，等.大學物理實驗網絡教學平臺的建構與應用[J].大學物理實驗，2005(04):79-81.

〔4〕韓彩芹.工科大學物理實驗開放性教學的探索與實踐[D].南京師范大學,2006.

〔5〕殷潔,楊茂田,葛智勇.實現大學物理實驗課程網絡教學的探究[J].中國遠程教育，2002(04):47-49.

〔6〕蓋磊.大學物理實驗教學網站的建設研究[D].中國海洋大學,2009.

〔7〕劉紅委,牛殿慶.21世紀大學生心理健康與成才教育[M].北京:中國商業出版社,2004.