地方工科院校大學物理設計性實驗教學研究與實踐

周在進 李志坤

摘要：工科院校大學物理實驗在實驗與實踐教學中占有重要的地位，為了更好地提高大學物理實驗的教學效果，結合學生的實際情況，對大學物理實驗的教學內容和模式進行了改革研究，增加設計性實驗的比例并進行實踐，提高了學生實驗的積極性和主動性。

關鍵詞：大學物理實驗；教學改革；設計性實驗

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）50-0254-02

一、背景與現狀

理工科學生在大學期間進行實驗課訓練和實踐性教學是培養大學生能力和素質的重要手段之一，而基礎課程實驗在實踐教學中占有相當重要的地位。大學物理實驗是工科院校一門重要的基礎性必修課程，是理工科學生進入高校以后首次接觸到的一門系統訓練的實驗課程，也是后續專業實驗課的基礎課程，該實驗課程通過一定量的物理實驗訓練使學生能夠掌握基礎實驗理論知識和提高實驗基本技能，幫助學生正確理解物理概念和規律，達到培養學生動手能力、觀察能力、理論聯系實際能力和激發學生的創新能力的目的，因此在培養理工科相結合的技術人才教學中占有相當重要的地位

然而，在物理實驗教學過程中，不少學校反映物理實驗教學沒有達到滿意的教學效果，主要表現在學生的實驗態度不夠積極，做完實驗之后對實驗的印象不深，掌握的實驗基本知識不扎實，沒有具備較高的實驗基本技能，動手能力提高的幅度也不是很大等等。原因是多方面的，其主要原因之一我們認為仍然沒有找到真正的相對合適的教學方法和教學手段，由于物理實驗的特點和地方高校學生基礎差的實際情況，多數地方高校目前物理實驗教學方法仍然是在教師充分講解和仔細演示的基礎上讓學生完成實驗，學生只要簡單地機械模仿或照搬，就可以順利完成每一個實驗，造成學生的一種懶惰心理和狀態，實驗過程中沒有給學生帶來壓力和動力。

為了更好地提高學生學習大學物理實驗的積極性和主動性，改變學生對大學物理實驗的學習態度，結合我校實際情況，以實驗示范中心建設為契機，對我校大學物理實驗的教學方法和教學手段進行了改革，尋找適合我校學生特點的實驗教學方法和教學模式，全面推進以培養創新精神、創新能力和實踐能力為基礎的素質教育，進一步推進我校的大學物理實驗教學水平。

本文主要以我校大學物理實驗教學中實施設計性實驗教學改革方面的一些做法進行簡單探討。

二、設計性實驗教學改革

在我校物理實驗示范中心建設的過程中，為了提高大學物理實驗的教學效果，增加學生學習的壓力、轉變他們的實驗態度、提高他們學習的興趣和動力，我們通過調查研究、收集資料、分析各種情況之后，一致認為在大學物理實驗教學改革中應該增加設計性實驗教學，使學生認識到基礎實驗是設計性實驗的基礎，設計性實驗的開設能促使學生重視基礎性實驗，從而使大學物理實驗教學處于良性循環中。

所謂設計性實驗教學是相對于傳統意義上的一般實驗教學模式而言的。

一般實驗教學方法主要是采用教師講解、演示、學生機械式模仿而完成實驗的一種教學方式。而設計性實驗教學是在完成一定數量的基礎實驗而具備了一些實驗基本技能之后，由實驗室提出的一種帶有綜合應用性或一定設計性任務的要求、由學生自行完成的新型實驗教學模式。主要的過程一般為選擇合適的設計性實驗題目、調查或查詢資料設計和制定實驗方案、與指導教師交流答疑、實驗室搭建平臺進行實驗、綜合分析討論、撰寫實驗報告、教師評價和學生反饋等。

1.實驗教學基本狀況。我校大學物理實驗課時主要為48學時，按照每個實驗3學時計算，除去首次的實驗誤差理論課3學時外，必須完成15個實驗項目。這些實驗項目由實驗中心提供，實驗室都有現成的實驗設備和良好的實驗條件，且教學中由于教師講解非常細致，學生簡單照搬模仿就可以了，只要按照要求完成規定的實驗項目，基本上該門課程能夠輕松過關，造成學生對實驗沒有動力和壓力，教學效果不好。

設計性實驗教學的要求較高，要求學生首先具備一定的實驗理論基礎，較好的實驗意識和動手能力，相應的查閱資料和設計實驗方案的能力等等，要具備這些能力，就必須要求學生在平時的實驗中認真學習，培養較好的實驗素養，否則完成設計性實驗就會有很大的困難，影響實驗成績，這樣的教學模式在實驗中將會起到一定的促進作用。

2.具體研究與實施過程。確定了設計性實驗教學改革方案以后，圍繞改革的內容和目標展開研究，將實驗項目分為12個必做和3個設計性選做兩部分。

（1）確定設計性實驗項目。設計性實驗項目的選擇至關重要，是關系到學生能否順利完成實驗、能否達到實驗教學目的和效果的重要因素。

從眾多的可選實驗題目中精心選擇了部分具有可操作性，對實驗的動手能力和創新能力的訓練有一定空間的典型實驗項目供學生選擇。一方面可使物理實驗教師對自己選擇的題目進行可行性和創新性的深入分析，使得自己選擇的題目符合培養創新能力為核心，拓寬學生發散性思維為目的的要求，從而激發了物理實驗教師的教學積極性，無形中也提高了實驗教師的素養；另一方面，提供多個設計性實驗項目供學生選擇，擴大了學生動手能力訓練的空間，有利于對學生實施因材施教，使不同院系的理工科學生能根據自己的專業特點來選擇相應的設計性實驗，有利于學生個性的發展。

經過多次反復選題、論證，結合我校學生實際水平和大學物理實驗教學的具體狀況，最終確定了20多個適合我校學生能力和水平的設計性實驗項目。如液體表面張力系數與濃度的關系、薄紙厚度的測量、三棱鏡對不同波長的折射率測定、變阻器變流和分壓電路的設計、重力加速度的測量、利用白光干涉測量玻璃片的折射率、利用牛頓環測液體的折射率、利用激光測金屬絲楊氏模量等等。

（2）編寫設計性實驗教學文件。教學大綱是根據學科內容及其體系和教學計劃的要求編寫的教學指導文件，是教師進行教學工作的主要依據。為了實驗教學的規范性和科學性，我們認真修訂設計性實驗教學大綱，并在教學大綱的指導下精心編寫設計性實驗指導書，已在我校編寫的《大學物理實驗教材》中出版，為學生設計性實驗教學提供了重要的參考依據。

（3）設計性實驗實施過程與要求。為了使設計性實驗順利開設，我們討論確定了實施流程，并在選課系統中以框圖形式公布，主要包括以下幾方面：

公布設計性實驗項目：學生完成12個基礎實驗后，實驗中心將20多個設計性實驗項目以及相應指導教師公布在選課系統中，供學生選擇。

學生選課：學生登錄選課系統，在規定的時間內，結合自身情況任意選擇3個設計性實驗項目進行研究，不能按時選課的同學后果由自己承擔。

學生制定初步實驗方案：學生選定項目后，兩周內自行查閱相關資料并設計相應的實驗方案，了解所需實驗儀器性能和操作方法，初步選擇實驗參數，研究設計方案的可行性，并寫出方案報告。

教師答疑：兩周后教師在選課系統的公告中發布答疑開放時間，學生必須在此時間內與相關指導教師見面答疑。教師對學生的設計理念、思路、方案、實驗步驟和實驗原理以及實驗器材等進行論證和詢問，若方案順利通過，并回答教師所提出的問題，教師在方案報告上簽字，學生可以重新登陸選課系統預約實驗時間。

學生實驗、撰寫實驗報告：學生按預約實驗時間準時到實驗室搭建平臺進行實驗，撰寫實驗報告，寫出心得和體會。并將教師簽字的設計方案附在實驗報告后一周內投到相應教師的作業箱內。

三、教學實踐與效果評價

將改革后的教學模式應用到具體的實驗教學過程當中，改變了過去由指導教師全程指導的教學方式，體現了學生的主體地位，整個設計性實驗過程基本由學生主導完成，指導教師從旁起引導作用，實現了教與學的平等關系，從根本上最大限度地激發自主探索和求知欲望，做到了教與學的良好互動。

通過對兩屆學生的教學實踐來看，學生實驗態度明顯轉變，無論從預習實驗報告的書寫、預習思考題的解答、課堂實驗的認真操作，還是實驗報告的規范性撰寫都反映了學生認真積極的態度，取得了較好的教學效果。學生進入大三階段進行專業實驗后，專業實驗教師普遍反映學生的實驗素養比以往的學生要好得多，態度端正、基本技能和動手能力也有很大提高。另外通過近些年的大學物理實驗訓練，學生在物理實驗創新競賽方面取得了較好的成績，我校學生在江蘇省大學生物理實驗創新競賽中多次獲得一等獎、二等獎、三等獎等獎項。

四、小結

通過大學物理設計性實驗教學改革，真正體現以學生為主體，激發了學生的學習積極性和主動性，培養了學生對物理實驗的興趣，養成了良好的實驗習慣。更好地鍛煉了學生應用知識、查閱資料、正確選擇與操作儀器、確定測量條件等方面的能力，使我校的大學物理實驗教學取得了明顯的效果，同時，進一步給學生一個更加廣闊的選擇和思考空間，激發他們的潛力、增強創新意識，培養實事求是的科學態度和相互幫助的協作精神，為將來更好地服務于社會奠定良好的基礎。

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