應用型本科院校中分層次模塊化大學物理實驗模式的構建

孫興川，崔朝軍

（安陽工學院數理學院，河南安陽455000）

隨著經濟社會和教育事業的發展，我國教育改革已經步入了以提高質量為核心、走內涵式發展道路的歷史新階段，而提高高等教育質量，最重要的就是提高人才培養質量。社會經濟發展到如今階段，生命科學、電氣工程、建筑、化學、計算機等各個領域的問題變得越來越復雜,問題間的內部聯系更為盤根錯節,每類問題出發于同一現象的不同視角而得出迥異結論,技術與理論的研發已經不能局限于一個學科內或學科內的某個分支領域,而大學物理實驗基于它的對象和方法的普適性、理論的成熟性,對各個學科具有強大的調和與指導作用，是應用型本科院校建設與發展過程中大學生知識與能力與創新意識協調發展的催化劑，它是通過精心設計準備實驗過程，排除了次要干擾因素，使學生預測、驗證或獲取新的信息,通過技術性操作來觀測由預先安排的方法所產生的現象，根據產生的現象來判斷假設和預見的真偽；它最大限度地模擬了真實的科學發展的過程，通過多個基礎性的實驗讓學生對物理的力、熱、光、電、原子等概念有深刻的認識，對研究與發現過程有清楚的脈絡，極大地拓展了學生的視野，在學生的知識結構中加強了學科之間的交叉融合；大學物理實驗必然在學校應用型本科轉型中起到巨大的推動作用。

1 我校大學物理實驗的現狀分析

由于我校是一所新建本科院校，物理教師師資隊伍、實驗條件、科研經費相對不足等原因，在實驗教學內容上采取必修與開放式相結合的教學模式，即基礎性實驗，綜合性、設計性實驗，與開放性實驗相結合。這種實驗教學模式雖然包含了大綱要求的大學階段學生應掌握的實驗內容，但是隨著我校專業設置不斷細化，并向應用化方向發展，這樣的實驗教學模式在實際應用中開始顯露不足。明顯的兩條是沒有緊跟理論課程的步伐，沒有針對不同專業需求在內容上很好區別。這樣會導致學生理論與實踐的脫節，知識不能融會貫通，覺得實驗原理無法理解或者認為和所學專業相距甚遠而失去對實驗的興趣。即使教學計劃硬性地要求，學生們也把實驗作為負擔而不是實踐的機會。筆者結合多年的物理實驗教學經驗認為分層次模塊化大學物理實驗模式可以改善這些教學中的不足之處，優化教學資源，不僅可以激發學生學習物理實驗的興趣和主動學習的熱情，還能提高他們自主學習、獨立思考和獨立操作的能力。

2 分層次模塊化大學物理實驗模式的構建

2.1 分層次模塊化大學物理實驗模式的基本要求

1）基礎性實驗的教學地位必須保證。基礎性實驗指在教學中可以使學生具備基本的實驗知識和基本的實驗技能類實驗，例如長度的測量、密度的測量實驗，通過這些實驗可以使學生掌握基本的誤差計算方法和實驗數據的處理方法或實驗報告基本寫作方法，并能使學生正確使用基本實驗儀器進行測量、分析。它是為各理工科專業學生學習專業實踐課程做基礎性準備的，如果學生不能順利地完成基礎性物理實驗，是不可能順利地完成設計性和綜合性實驗的。因此，基礎性實驗的教學地位必須保證的，也就是說它必須包含到每一個模塊的第一層次。

2）綜合性、設計性實驗要與理論課銜接，內容上要從易到難，我們必須根據應用型本科院校學生生源質量總體偏低的特點，理論與實踐課程間隔時間段不能太大，課程安排也應由淺入深，逐步提高大學物理實驗的教學質量。

3）應用性實驗必須結合現有實驗條件，根據地方、區域經濟發展特點來建設。

2.2 內容構建

根據相關專業，建設模塊的具體內容如圖1所示。

下面以我校電子信息與電氣工程學院通信工程專業為例來具體說明。

2.2.1 基礎物理實驗階段

首先，應包含實驗理論知識，如：物理基本常識、誤差分析，概率分布規律的教學內容,誤差分布規律的實驗研究如：最小二乘法、實驗不確定度計算、有效數字位數等。其次，應包含長度測量、密度測量、讀數顯微鏡、萬用表的使用、測金屬絲直徑等實驗，讓學生學習物理基本的測量方法與技能，結合直接測量與間接測量、不確定度的傳遞等理論知識完成實驗報告。

這一階段的教學是以教學為主,教師發揮主導作用。學生必須循序漸進地完成實驗的全部內容并寫出較為完備的實驗報告。這樣,既加深了學生對誤差分布的統計規律和測量結果不確定度概念的深入理解,又學習了實驗測量基礎儀器的使用技能,并對物理實驗基本程序、實驗報告撰寫方法等有了基本的了解。

2.2.2 綜合性、設計性物理實驗階段

本階段在完成基礎實驗的基礎上,提高了儀器設備的復雜程度,提供了許多內容廣泛、實驗類型齊全、綜合性較強,相對于基本實驗來說難度較大，又貼合專業特點的實驗課題,對于通信工程專業應包含如下實驗，示波器的使用實驗，惠斯通電橋測電阻實驗，電流場模擬靜電場實驗，電位差計實驗，牛頓環測量透鏡的曲率半徑實驗，邁克爾遜干涉儀測激光的波長實驗，分光計實驗等。這一階段以學生實踐為主，在實驗進行的過程中，教師只負責結合理論介紹實驗原理，適時地進行指導等，具體的實驗步驟的設計、數據采集及整理直至做完實驗完成報告，均由學生獨立設計并完成，讓學生在進行設計性實驗時，感到自己是儀器的主人，這樣就會為了設計好一個方案，查閱多種資料，反復修改完善。其目的就是通過綜合性、設計性實驗的實踐，培養鍛煉學生把已經學過的知識綜合、提高，全面靈活地加以運用，以此來培養學生的創新精神和發現問題、分析問題、解決問題的能力。

2.2.3 應用性實驗階段

應用性實驗是在綜合性、設計性實驗的基礎之上的結合專業特點，對學生的科學研究水平、項目的開發應用水平進行提高的實驗內容，它更接近現代科學技術發展方向。對于通信工程專業應包含光信息與光通信綜合實驗，光電調制實驗，聲光調制實驗，塞曼效應實驗，表面磁光克爾效應實驗，音頻信號在光纖中傳輸實驗等。這些實驗都是學生應用通信知識，開發相關技術的基礎實驗，可以為學生將來作為技術工作者或從事科研工作打下堅實的基礎。這一階段教師主要提供實驗條件，可以組織一些大學生創新活動，與學生共同開發一些小發明，來提高學生的興趣與主觀能動性。也可以聯系本區域相關領域的公司，讓學生進行實地觀摩，激發學生的創新積極性。

3 分層次模塊化大學物理實驗模式的討論

分層次模塊化大學物理實驗模式，可以最大限度地利用現有的儀器資源對學生進行專業的培養，其不僅激發了學生學習物理實驗的興趣和主動學習的熱情，還提高了他們自主學習、獨立思考和獨立操作的能力。同時也能合理配置實驗教學資源，提高實驗教學的質量。對于應用型本科有幾點必須注意：首先我校物理實驗基本實驗階段學時數尚顯不足，而隨著分層次模塊化實驗教學的實施,必然會使教師工作量大大增加。這在一定程度上影響到教學安排和教師積極性的發揮。其次我校某些物理實驗雖有一定數量的儀器，但如果對全校學生進行統籌安排卻有明顯不足。再次，實施分層次模塊化大學物理實驗，必須建立新的完備的大學物理和物理實驗的教學規范和規章制度以及完善的教學評價體系。筆者相信經過幾年的探索與實踐，不斷地改善教學中的問題與不足，分層次模塊化大學物理實驗教學模式一定會在學校應用型本科轉型中起到巨大的推動作用。

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