大學物理實驗?zāi)K化教學設(shè)置與實施

董長纓　徐滔滔　謝柏林

【摘 要】本文根據(jù)我校現(xiàn)有大學物理實驗教學存在的問題和不足，提出了大學物理實驗?zāi)K化教學改革的思路。從實驗?zāi)K化教學的設(shè)置和模塊化教學的實施辦法及模塊化教學的評價體系等方面做了教學改革實踐探索，取得了較好的教學效果。

【關(guān)鍵詞】大學物理實驗；模塊化；教學改革

物理學是研究物質(zhì)運動最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學科。物理學從本質(zhì)上看是一門實驗科學。物理實驗在物理學的發(fā)展和物理學教育中占有重要地位。可以說，離開了物理實驗，就無法了解物理學。物理實驗課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(chǔ)課程，是培養(yǎng)學生科學實驗?zāi)芰Α⑻岣呖茖W素質(zhì)的重要基礎(chǔ)。

1 現(xiàn)有大學物理實驗教學模式[1]

目前我校大學物理實驗在大一下學期和大二上學期開設(shè)。實驗內(nèi)容包括基本測量、力學、熱學、聲學、電學、磁學、光學和近代。由于學生人數(shù)多，而實驗儀器設(shè)備臺套數(shù)有限，這些實驗項目被分散在4-5個實驗室里。因此同一時間段上課的學生就分別在這4-5個實驗室，可能有的學生先做力學實驗，有的就有可能先做電學或磁學實驗等。這樣導致很多學生最開始做的并不是最基本的實驗。接受訓練和培養(yǎng)的不是最為基本的實驗理論、基本的實驗方法、基本的實驗技術(shù)和簡單實驗儀表操作技能。這樣學生進入實驗室后，主要依賴老師的講解，對實驗原理理解得不夠透徹，對實驗?zāi)康牟粔蛎鞔_。因此對各層次的實驗不加區(qū)分的混合教學，以及學生課前的預習不理想，都使物理實驗教學難度加大，學生實驗的效果不理想。

2 大學物理實驗?zāi)K化教學設(shè)置

為了使實驗項目的開展順序更符合學生的實驗認知規(guī)律和能力培養(yǎng)的遞進性，我校決定在大學物理實驗中開展模塊化教學改革。

模塊化教育模式主要有“MES”和“CBE”兩種流派。

MES（Modules of Employable Skills，模塊式技能培訓），是20世紀70年代初由國際勞工組織研究開發(fā)出來的以現(xiàn)場教學為主，以技能培訓為核心的一種教學模式。它是以崗位任務(wù)為依據(jù)確定模塊，以從事某種職業(yè)的實際崗位工作的完成程序為主線，可稱之為“任務(wù)模塊”。

CBE（Competency Based Education，能力本位教育），主要以加拿大、美國等為代表。它是以執(zhí)行能力為依據(jù)確定模塊，以從事某種職業(yè)應(yīng)當具備的認知能力和活動能力為主線，可稱之為“能力模塊”。

兩種流派的共性是都強調(diào)實用性和能力化。CBE是從職業(yè)普遍規(guī)律和需求出發(fā)，側(cè)重于職業(yè)基礎(chǔ)通用能力；MES是從職業(yè)具體崗位工作規(guī)范出發(fā)，側(cè)重于職業(yè)崗位工作能力。

我校大學物理實驗?zāi)K的設(shè)置采用CBE模式，側(cè)重能力培養(yǎng)。它由四個模塊組成。

2.1 基礎(chǔ)性實驗?zāi)K

基礎(chǔ)性實驗?zāi)K包括長度的測量、三線擺測量剛體的轉(zhuǎn)動慣量、金屬絲楊氏模量的測量、電表的改裝與校正、直流單臂電橋測量中值電阻、雙蹤示波器的使用、分光計的調(diào)整和使用、邁克爾孫干涉儀的調(diào)整和使用[2]。

基礎(chǔ)性實驗主要是讓學生掌握實驗基本理論（包括誤差分析及估算、有效數(shù)字概念、數(shù)據(jù)處理方法等）、基本實驗方法與技術(shù)、基本儀表使用和基本物理量的測量等。

2.2 綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K

綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K包括聲速的測量、霍爾效應(yīng)法測量磁場、電位差計測量干電池的電動勢和內(nèi)阻、光柵衍射參數(shù)的測量、數(shù)字式溫度計的設(shè)計與制作。

綜合應(yīng)用性實驗主要訓練學生對物理現(xiàn)象的觀察、分析和研究能力，理解和熟練掌握兩種以上實驗技術(shù)的綜合應(yīng)用能力及多單元物理學知識的融會貫通能力。

2.3 設(shè)計創(chuàng)新性實驗?zāi)K

必做項目：設(shè)計與組裝簡易萬用電表

選做項目一：修理MF500型萬用表

選做項目二（24個中任選1個）：物體密度的測量、黑箱探謎、雙蹤示波器測量相位角、示波器測量超聲波衰減曲線和壓電換能器轉(zhuǎn)換效率、單臂電橋辭了電壓表內(nèi)阻、替代法測量線性電阻、補償電壓法測量電阻、UJ31型低電勢電流電位差計校準伏安表、UJ31型低電勢電流電位差計測量低電阻及材料的電阻率、最小偏向角測量光波波長、二極管特性的研究、三極管的應(yīng)用研究、三極管放大倍數(shù)測試儀的設(shè)計制作、轉(zhuǎn)動慣量的測量及研究、反射光偏振性的研究、旋光性溶液濃度的測量、動態(tài)法測量固體材料的楊氏模量、干涉法測量金屬的熱膨脹系數(shù)、RLC串聯(lián)電路暫態(tài)過程的研究、交流電橋的研究及應(yīng)用、利用p-n結(jié)特性測量玻爾茲曼常量、電介質(zhì)相對介電常量的測定、溫差電現(xiàn)象的研究、太陽能電場基本特性的測定。

選做項目三（8個中任選1個）：光學多道分析器、光的色度研究、單光子計數(shù)實驗、激光拉曼、磁共振、微波電子自旋共振、光拍法測光速、半導體激光器。

選做項目一是針對學生在實驗中可能會碰到的各種問題諸如儀器故障、線路故障而設(shè)計出來的一個項目。主要訓練學生根據(jù)所學的理論知識對儀器故障進行判斷，并對所確定故障進行維修，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。

選做項目二有24個課題，涉及面廣，學生可根據(jù)自己的興趣愛好任選一個。該項目有助于培養(yǎng)學生根據(jù)所掌握的物理實驗理論知識和實驗基本方法開展創(chuàng)新性科學實驗研究的能力。

選做項目三難度較大，與前面實驗項目采取單人單組的實驗方式不同，選做項目三采取了一組多人合作型學習研究的方式。這些實驗項目有助于學生了解本專業(yè)的特點，并對學生今后專業(yè)課的學習起到了引導作用。

2.4 演示實驗?zāi)K

選做項目四（24個可任選1個）：剛體轉(zhuǎn)動綜合演示儀、錐體上滾；逆風行舟；聽話小球；流速與壓強；大型輝光球；法拉第楞次定律（開閉口環(huán)）演示、法拉第—楞次定律；無電刷直流電機、腳踏發(fā)電機；范式起電機；能量轉(zhuǎn)換輪；磁懸浮地球儀；磁場對電流的演示儀；磁阻尼擺；環(huán)形駐波、水波演示、魚洗；白光反射全息、簾式皂膜；激光綜合光學實驗儀；偏振光現(xiàn)象組合、光的衍射演示儀；激光傳聲；葉片熱機；地動儀；超聲霧化器；滾擺、記憶合金彈簧；聲控噴泉；無源之水；導光水柱、夢幻時鐘、錯覺畫。

演示實驗的特點是直觀、形象和生動。該實驗?zāi)K的項目設(shè)置與日常生活及學習過的理論知識緊密聯(lián)系在一起，該實驗?zāi)K的設(shè)置寓教于樂，極大的提高學生的學習興趣，調(diào)動學生的學習積極性。

3 大學物理實驗?zāi)K化教學實施

本次大學物理實驗?zāi)K化教學在電信科學類專業(yè)成立了課改試點班。按由簡單到復雜的順序依次進行各模塊的實驗。

3.1 開放實驗室

為保證實驗順利進行，學生可在實驗室開放時間進入實驗室進行預習。由于能夠看到實驗儀器，比以前只看教材預習來得更直觀，預習效果好。

3.2 綜合運用多種教學法[3]

大學物理實驗采用現(xiàn)場教學的模式，因此其教學方法也不是單一的，可采用組合教學法，比如講授、討論、實驗、學科研究法等綜合運用。基礎(chǔ)性、綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K主要采用學生預習、教師講解（或?qū)W生講解）、教師設(shè)置故障、學生按步驟獨立完成的方法；設(shè)計創(chuàng)新性實驗則由學生根據(jù)實驗原理和實驗要求進行方案設(shè)計，以單人或小組討論合作的形式來完成，教師只負責答疑引導；演示實驗?zāi)K要求學生能夠根據(jù)實驗要求動手組裝并進行儀器調(diào)整和現(xiàn)象觀察，最后寫出開發(fā)報告。

3.3 能力培養(yǎng)

大學物理實驗采用模塊化教學后，教學目標明確，針對性和可操作性強。通過基礎(chǔ)性實驗?zāi)K的學習，使學生掌握了基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用及數(shù)據(jù)處理方法，培養(yǎng)了學生獨立實驗的能力；綜合應(yīng)用性實驗?zāi)K涉及多個知識點，提高了學生實驗方法和實驗技術(shù)的綜合運用能力；設(shè)計創(chuàng)新性實驗?zāi)K需要學生根據(jù)實驗要求提出設(shè)計方案和創(chuàng)新點，培養(yǎng)了學生科學思維方法，使學生的創(chuàng)新能力得到鍛煉；演示實驗?zāi)K則是將理論與實際相結(jié)合，提高了學生解決實際問題的能力。

4 大學物理實驗?zāi)K化教學評價體系

我校大學物理實驗普通班采用平時考核（占50%）和期末考核（占50%）相結(jié)合的方式。而物理實驗?zāi)K化教學試點班期末考試單獨進行，采取公開答辯的形式進行。答辯的內(nèi)容由學生自已選擇實驗項目中的任意一個，準備PPT，講解實驗的過程、關(guān)鍵技術(shù)、結(jié)果分析和可能的改進措施等。教師在學生答辯過程中，可針對實驗?zāi)康摹嶒炘怼x器設(shè)備的選擇、儀器設(shè)備的使用、操作過程的規(guī)范性、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)果、數(shù)據(jù)處理方法、誤差原因及生活應(yīng)用等方面提出問題，最后綜合學生PPT的講解及回答問題的表現(xiàn)，給出成績評定結(jié)果。

綜上所述，大學物理實驗?zāi)K化教學改革設(shè)置按照由簡單到復雜、由基礎(chǔ)到高級的層次遞進排列，符合學生由淺入深、循序漸進學習的規(guī)律，極大地調(diào)動了學生的學習積極性。學生在實驗過程中能夠積極進行課前預習，認真參與實驗，動手能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)明顯提高。當然我們也看到大學物理實驗?zāi)K化教學改革是在試點班中進行的，如果能進一步優(yōu)化教學資源，擴大試點面，必將使更多的學生受益，更好適應(yīng)社會對人才的需求。

【參考文獻】

[1]劉楊.大學物理實驗教學探討[J]. 山西大同大學學報：自然科學版，2008，2（3）： 82-84.

[2]徐滔滔.大學物理實驗教程[M].北京： 科學出版社，2008.

[3]冷余生， 解飛厚. 高等教育學[M]. 湖北： 湖北人民出版社，2006.

[責任編輯：曹明明]