大學(xué)物理實驗教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的探索與實踐

李俊玉

摘 要 大學(xué)物理實驗是理工科培養(yǎng)學(xué)生多方面能力的一門課程。文章闡述了開設(shè)大學(xué)物理實驗的意義，分析了我們學(xué)校實驗教學(xué)中存在的問題。在此基礎(chǔ)上通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間、改進教學(xué)方法、科學(xué)處理數(shù)據(jù)、完善實驗教材等教學(xué)實踐，提高實驗教學(xué)水平，探索培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性和獨立性的新方法。

關(guān)鍵詞 微課 翻轉(zhuǎn)課堂 討論法 硅光電池

中圖分類號：G424 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.05.055

Exploration and Practice of College Physics Experiment Teaching in

Cultivating Students' Independent Learning Ability

LI Junyu

（Zhengzhou University of Light Industry， Zhengzhou， He'nan 450002）

Abstract College physics experiment in science and engineering students a course many abilities. Explained the significance of open university physics experiments， analyzed the experimental teaching in our school problems. On this basis， through the construction of a network of learning space， improve teaching methods， scientific data processing， experimental teaching materials to improve teaching practice， to improve the level of experimental teaching， to explore new ways of autonomy and independence of student learning culture.

Key words micro-lesson; flipped classroom; discussion method; silicon photocell

大學(xué)物理實驗教學(xué)是高等院校理工類專業(yè)教學(xué)體系的重要組成部分，它不但包含實驗技能和操作技能，也包含實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力、綜合分析能力、創(chuàng)造性思維能力、總結(jié)表達能力，還包含實驗者的科學(xué)態(tài)度、求是精神、堅忍不拔的意志、追求真理的勇氣及愛護實驗儀器、節(jié)約實驗材料的良好品德和科學(xué)習(xí)慣。它在提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)、思維方法和科學(xué)研究能力方面起著無可替代的作用。因此，加強物理實驗教學(xué)，提高實驗教學(xué)效果，在競爭激烈的當(dāng)今社會，更是占著舉足輕重的地位。研究性學(xué)習(xí)是一種以問題為載體，以主動探究為特征的學(xué)習(xí)活動，是學(xué)生在教師指導(dǎo)下在學(xué)習(xí)和社會活動中自主地發(fā)現(xiàn)問題、探究問題、獲得結(jié)論的過程。①實驗中培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力更為他們參與社會激烈的競爭提供了有效的工具。如何讓大學(xué)物理實驗教學(xué)發(fā)揮最大的作用？我們首先對大學(xué)物理教學(xué)現(xiàn)狀進行了深入的分析，并探索了一系列可行的措施：

1 大學(xué)物理實驗的教學(xué)現(xiàn)狀及存在的問題

我校屬于地方性工科院校，兩校區(qū)辦學(xué)，大學(xué)物理實驗開設(shè)兩個學(xué)期，總共設(shè)置了近四十大學(xué)物理實驗。每個學(xué)生每學(xué)期安排做九個實驗，每個實驗由三四個老師全權(quán)負(fù)責(zé)整學(xué)期的課程。然而在近幾年的大學(xué)物理教學(xué)實驗教學(xué)實踐中，筆者感到存在著一些問題：

在教育理念上，教師普遍重視知識的傳授、理論的指導(dǎo)，輕視對學(xué)生自主能力和動手能力的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的教學(xué)都是教師先詳細地講解實驗原理，然后再告訴學(xué)生實驗內(nèi)容和步驟，有些實驗甚至還要進行一些演示。學(xué)生基本上不動腦子，按照老師講解的步驟進行簡單的重復(fù)，大大扼殺了學(xué)生的積極主動性。

缺乏一個開放的實驗交流平臺。我們要求學(xué)生課前寫出預(yù)習(xí)報告，但是相當(dāng)一部分學(xué)生只是形式上完成了，預(yù)習(xí)報告盲目抄書，漫無目的，不知道預(yù)習(xí)什么，有的甚至相互抄襲。究其原因主要是教師指導(dǎo)不到位，學(xué)生預(yù)習(xí)沒有明確的目標(biāo)，沒有激發(fā)學(xué)生的積極性。缺乏相互交流的平臺，預(yù)習(xí)過程中遇到問題無法解決，課后實驗報告不能及時反饋。

在大學(xué)物理實驗課程建設(shè)上強調(diào)實驗設(shè)備、場地、環(huán)境的建設(shè)，不重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)的建設(shè)。傳統(tǒng)的教學(xué)方式、實驗考核形式單一等因素造成了學(xué)生對待實驗的態(tài)度馬馬虎虎、敷衍了事。課前不認(rèn)真預(yù)習(xí)，課堂上做實驗漫無目的，數(shù)據(jù)造假。課后實驗報告相互抄襲，教師批改報告時經(jīng)常出現(xiàn)多個同學(xué)測量數(shù)據(jù)不同，計算結(jié)果完全相同的現(xiàn)象。諸如此類的現(xiàn)象，讓物理實驗教學(xué)失去了它原有的功能。

2 實驗教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生自主性的具體措施

我們以《硅光電池的特性研究》②實驗為例，就如何在有限的時間內(nèi)培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和動手能力進行了深入的研究和探索，這一學(xué)期的課堂教學(xué)實踐總結(jié)如下：

《硅光電池的特性研究》實驗步驟簡單，但涉及到的原理對剛上大二的學(xué)生來說比較復(fù)雜，學(xué)生還沒有接觸PN結(jié)這一方面的基礎(chǔ)知識，對PN結(jié)工作原理和單向?qū)щ娦缘母拍詈茈y接受，再加上光電效應(yīng)的知識大學(xué)物理還沒有講到。以前實驗教學(xué)中，開始操作之前都會給學(xué)生講解PN結(jié)的形成工作原理等方面的內(nèi)容，但是原理與實驗步驟聯(lián)系不大，不掌握原理也能完成實驗。所以課前講解對學(xué)生沒有吸引力，即使認(rèn)真聽課的學(xué)生能理解的也非常有限。學(xué)生被動的按步驟做實驗、盲目的得到實驗數(shù)據(jù)，實驗效果非常不好。實驗過程中提問問題一問三不知，實驗做完之后預(yù)習(xí)思考題都回答不上來。課后抄報告現(xiàn)象非常嚴(yán)重。究其原因是學(xué)生升入大學(xué)后對主動學(xué)習(xí)很不適應(yīng)，加上對實驗課的不重視，以及實驗考核只看結(jié)果，不重過程。造成了學(xué)生蒙混過關(guān)。為了改變這種現(xiàn)狀，我們進行了深入的教學(xué)改革，讓學(xué)生自己去研究，利用物理實驗培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，表現(xiàn)能力，設(shè)計實驗步驟的能力和發(fā)現(xiàn)問題解決問題的能力。讓學(xué)生在明明白白中完成實驗。

2.1 建立開放的大學(xué)物理實驗交流平臺，利用微課加強課前的預(yù)習(xí)指導(dǎo)

我們在第一次上《大學(xué)物理實驗》時要求學(xué)生實名加入E-Learning學(xué)習(xí)空間，方便教師和學(xué)生之間的交流。我們對每個實驗都設(shè)置了交流空間，上傳了微課視頻。利用短小精湛的微課視頻強調(diào)實驗的目的，讓學(xué)生對我要干什么一目了然。在微課視頻中設(shè)置問題，讓學(xué)生帶著問題去預(yù)習(xí)。《硅光電池的特性研究》問題如下：（1）PN結(jié)是怎樣形成的？為什么具有單向?qū)щ娦裕浚?）硅光電池的工作原理和負(fù)載特性？（3）LED發(fā)光二極管的發(fā)光原理？（4）書上的預(yù)習(xí)思考題及學(xué)生在自主預(yù)習(xí)中遇到的問題。（5）對于要求的實驗內(nèi)容，你準(zhǔn)備怎么做？

提示學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)，同學(xué)之間的討論對提出的問題思考總結(jié)，形成系統(tǒng)的語言準(zhǔn)備課堂討論。并在微課視頻中對儀器的各部分進行展示，通過仿真實驗軟件，讓他們在預(yù)習(xí)中熟悉實驗的各個環(huán)節(jié)和可能出現(xiàn)的問題，獨立思考通過實驗應(yīng)掌握什么樣的問題。讓學(xué)生根據(jù)書本的內(nèi)容簡單設(shè)計實驗步驟。

2.2 學(xué)習(xí)翻轉(zhuǎn)課堂的模式，課堂教學(xué)采用問題討論法，進一步明確實驗?zāi)康暮蛢?nèi)容

因為課前已經(jīng)預(yù)習(xí)過，可讓學(xué)生自主上講臺對問題進行講解討論，下面同學(xué)提出不同的見解進行補充。積極參與講解和討論的學(xué)生實驗成績加分。沒有主動參與討論的老師提問，能夠回答的不加分不扣分，沒看書不能回答的扣相應(yīng)的分?jǐn)?shù)。因為每一次實驗課的人數(shù)都是二十人左右，基本上每一個人都有發(fā)言或被提問的機會。這種激勵方法促使每個學(xué)生去預(yù)習(xí)看書，大大激發(fā)學(xué)生的積極性。設(shè)置一個寬松的學(xué)習(xí)討論范圍，實驗之前留出一定的時間，設(shè)置合理的問題情境，讓學(xué)生去討論，去探究，通過網(wǎng)絡(luò)等各種方式鼓勵他們自己找出解決問題的途徑。

在一學(xué)期的課堂討論中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生們的思維非常開闊，能把各種各樣的可能想象出來，比如講到P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的時候?qū)W生發(fā)揮豐富的想象能力，會把空穴想成一種特殊物質(zhì)，形象的說電子就喜歡這種物質(zhì)所以會互相跑向?qū)Ψ健Ｗ寣W(xué)生講解單向?qū)щ娦裕龢O和正極相連，負(fù)極和負(fù)極相連所以沒有電流產(chǎn)生等等。所有這一切反映了學(xué)生在看書的同時發(fā)現(xiàn)問題，不懂的地方充分發(fā)揮了想象力，雖然有時候不能講到點子上，但是學(xué)生在自學(xué)過程中這種奇思妙想是非常可貴的。學(xué)生集思廣益，踴躍發(fā)言，說明學(xué)生真正的參與到了學(xué)習(xí)當(dāng)中，作為老師，也真正的能體會到其中的樂趣。經(jīng)過討論學(xué)生在做實驗的過程中胸有成竹，每個學(xué)生都能自己設(shè)計自己的實驗步驟，而且在做實驗的過程中會發(fā)現(xiàn)很多問題，比如說為什么反偏比正偏時輸出電流大？為什么硅光電池光強一定時負(fù)載不同電壓也不同等等？明明白白的做實驗，學(xué)生的興趣很高，課堂上相互之間討論的氛圍熱烈。實驗過程中發(fā)現(xiàn)的問題，由于原理知識理解得非常透徹，經(jīng)過思考討論基本都能自己解決。最重要的是實驗真正得到了理解，基本沒有相互抄實驗報告的現(xiàn)象。其實只要能夠獨立完成的學(xué)生誰也不想去抄襲。有很多同學(xué)反映，這樣的教學(xué)方式效果確實不錯。

2.3 用科研的態(tài)度來影響學(xué)生，指導(dǎo)學(xué)生正確的處理數(shù)據(jù)和分析問題

我們在做科研的時候都要對所選的課題進行深入調(diào)研，實驗過程認(rèn)真負(fù)責(zé)，保證數(shù)據(jù)的真實性。所以我們教導(dǎo)學(xué)生一定要誠實，保證實驗數(shù)據(jù)真實，不捏造數(shù)據(jù)，養(yǎng)成良好的科學(xué)態(tài)度。實驗數(shù)據(jù)是學(xué)生通過實驗獲得的第一手資料，數(shù)據(jù)的處理和分析在整個實驗過程中就顯得至關(guān)重要，在數(shù)據(jù)處理中大膽的嘗試各種方法，逐差法，最小二乘法，讓學(xué)生體驗origin軟件處理數(shù)據(jù)直觀性，便捷性。

2.4 完善實驗教材，保證實驗教材與實驗儀器的一致性

大學(xué)物理實驗難易差別較大，比較難的實驗操作比較費時，實行起來比較困難，還有一些實驗雖然簡單，但實驗教材和實驗儀器不太配套，學(xué)生在沒看到實驗儀器時預(yù)習(xí)沒有明確目標(biāo)，書本上看到的實驗內(nèi)容、操作步驟和實際的實驗步驟有一定的偏差也給學(xué)生的自主學(xué)習(xí)造成了一定的困難。調(diào)動學(xué)生預(yù)習(xí)的積極性，讓學(xué)生主動的去探究、討論。首先要保證實驗教材的有效性。結(jié)合實驗室的儀器完善實驗教材，實驗?zāi)康拿鞔_，實驗步驟合理。預(yù)習(xí)思考題要緊密結(jié)合實驗的原理與內(nèi)容，要讓學(xué)生通過回答預(yù)習(xí)思考題基本能把握實驗的目標(biāo)與內(nèi)容，保證學(xué)有所獲。

3 結(jié)論

通過兩學(xué)期的教學(xué)實驗改革，深深的體會到教學(xué)要以學(xué)生為主體，真正的調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性的重要性和必要性。通過課前預(yù)習(xí)，課堂討論、課后數(shù)據(jù)處理和分析對學(xué)生進行一系列的自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，大大提高了實驗課的教學(xué)效率。堅持不懈地對學(xué)生進行這方面的訓(xùn)練，可以大大提高他們的自學(xué)能力，不但有利于提高實驗課的教學(xué)水平，更能培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和自己解決問題的信心。大學(xué)物理實驗教學(xué)都是小組教學(xué)，人數(shù)少便于管理，可以盡量采用這種教學(xué)模式，完成學(xué)生由被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)的過渡，提高大學(xué)教學(xué)質(zhì)量。

基金項目：項目：鄭州輕工業(yè)學(xué)院教改重點招標(biāo)課題：大學(xué)物理內(nèi)容布局與專業(yè)知識結(jié)構(gòu)需求關(guān)系研究;鄭州輕工業(yè)學(xué)院第十批教學(xué)改革與研究資助項目：科學(xué)素養(yǎng)教育課程改革的研究與實踐

注釋

① 龐維國.當(dāng)前課改強調(diào)的三種學(xué)習(xí)方式及其關(guān)系[J].當(dāng)代教育科學(xué)，2003（6）：18.

② 繆興中.大學(xué)物理實驗教程[M].北京：科學(xué)出版社，2006.