大學物理實驗教學創新模式的探索與實踐

[摘 要] 大學物理實驗是理工科學生的一門必選基礎公共課程，大學物理實驗的學習有助于培養學生的創新能力和科學素養。目前大學物理實驗教學中存在教學模式單一、學生重視不夠等問題，針對大學物理實驗教學中存在的問題進行了分析研究，對轉變教學模式的方向進行了探索和研究，提出了一些有效提升教學效果的方式方法。

[關 鍵 詞] 大學教育；物理實驗；教學模式；創新能力

[中圖分類號] G652 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）10-0116-02

在當代社會，科學技術是第一生產力，國家之間的競爭在很大程度上是科學技術實力的競爭。大學教育作為培養高等人才的重要途徑，加強和提高對理工科學生科學素養的培養具有重要的意義。科學實驗作為自然科學發展的基礎，對學生實驗能力的培養一直以來都是大學理工科教育的重要方面。物理學科作為自然科學的重要基石，對非物理專業學生進行物理學科教育有助于夯實學生的理論基礎，是培養復合型、創新型人才的必然要求，因而教育部規定對非理工科類學生實施大學物理實驗基礎教育。目前大學物理實驗學科教育中存在教學方式死板、教學目的不明確的問題，使得大學物理實驗教學在高等學生教育中不能發揮應有的作用。

一、大學物理實驗課程的重要性

物理學是一門重要的基礎科學，加強基礎物理學的普及型教育有助于理工科學生對自身專業學科的理解和掌握。實驗實證是自然科學的基礎，強化物理實驗教學不僅有利于提高學生的科學理論素養，還可以提高學生的動手實踐能力。自然科學的發展和創新離不開大量的實驗探索和發現，任何新的理論也需要實驗數據的驗證和支持。學會設計實驗，完成實驗并最后對實驗結果進行分析處理是理工科學生進行科學探索的必備技能，也是掌握創新創造能力的重要前提。物理實驗作為理工科大學生必修的一門基礎課程，對學生科學思維的養成、科研能力的培養和創新創造能力的提高具有不可替代的重要作用。

物理實驗教育對于工程類學生的教育也具有非常重要的意義。當代環境要求工程技術人員必須具備解決實際問題的能力和一定的科技創新能力。通過對物理實驗儀器的操作和對物理實驗過程的探索研究，學生的觀察能力、動手能力和對數據的采集分析能力和實驗報告的寫作能力都得到了系統的提升。學生對科學問題的分析能力和理論聯系實際的能力也會得到系統的訓練。物理實驗中所蘊含的邏輯思維方法和實驗設計思想對于以后工程問題的判斷和解決都大有裨益。因而，大學物理實驗教學是培養高素質工程技術人才和科研人才的重要途徑和渠道。

二、大學物理實驗教學中遇到的問題

由于我國長期以來特別是在中學階段應試教育的泛濫，學生的自主性和創新意識較為欠缺。學生往往依照老師的指導和課本的要求來進行試驗的設計和實施，遇到問題只能通過老師的幫助來解決，對自身獨立解決問題的能力不能進行有效的鍛煉。此外，實驗內容和實驗方法千篇一律，缺乏創新性。實驗步驟規定得過于詳細，學生只需要按照步驟一步一步地操作，最后就可以得到預定的實驗效果。學生對于實驗的設計往往缺乏思考，對于每個步驟的作用和意義不甚了解，稀里糊涂中就完成了實驗，不能達到思維鍛煉的目的。教師的教學手段也較為單一，教學內容主要集中于實驗步驟上，對實驗的原理和目的不能進行有效的講解，使得學生對實驗理解不夠深刻，只是機械地完成教師所要求的步驟。

還有些人認為物理實驗教育與非物理類專業學生的研究方向相差甚遠，在以后學生的學習工作中可能永遠也不會接觸到物理實驗中所操作的設備儀器，因而沒有必要花力氣對物理實驗進行鉆研。這種觀點“大有市場”，使得物理實驗教育在學校不受重視，導致對學生的物理實驗教學和考核流于形式，不能發揮物理實驗課程在理工科大學教育中應有的作用。長期以來，物理實驗教學模式單一死板，教學內容陳舊落后，實驗主要停留在基于教材的驗證性作用，缺乏實驗設計和實驗分析方面的培養。這是典型的應試教育體系下的產物，使得學生的實踐動手能力和科研能力不能得到有效的提升。

三、大學物理實驗教學模式的改革方案

鑒于目前大學物理實驗教育中遇到的諸多問題，需要對教學模式進行改革優化，變被動學習為主動學習，變機械操作為探索發現，變全盤接受為創新創造。在實驗教學中充分發揮學生的主觀能動性，提升學生的自主意識和創新能力，達到培養創新型高等人才的目的。結合一些學校的實踐經驗，筆者認為大學物理實驗教學可以從以下幾個方面展開：

（一）建立新的實驗課程體系

針對實驗課程陳舊、學生學習積極性不高的特點，可以建立一套新的課程體系，根據實驗的難易程度進行編排，滿足學生的不同需求，激發學生的學習熱情。目前，有的學校開展了“3+1”式大學物理實驗課程改革，將大學物理實驗課程分為“基礎性實驗、提高性實驗、綜合性實驗和設計研究性實驗”，形成了一套全新的大學物理實驗教育體系。這種新體系為學生創新創造能力的培養提供了條件，激發了學生對科學世界的探索熱情，是對大學物理實驗課程設計的有益探索。

“3+1”大學物理實驗模式將物理實驗課程分為四個層次。首先是基礎性實驗，為了提高學生的基礎實驗能力，面向全校學生開設基礎實驗課程選修課。對學生的基礎實驗能力進行訓練，讓學生熟悉基礎實驗儀器的操作和使用，為后續實驗課程的學習打下基礎。其次是提高性試驗，針對全校理工科學生安排提高性物理實驗必修課。通過這部分課程的學習培養學生的實驗技能，使學生獲得對實驗數據分析處理和完成實驗報告的能力。再次是創新性實驗課程，對全校理工科學生安排大學物理實驗選修課。相對于提高性課程，綜合性實驗課程更加強調學生的主觀能動性和綜合創新能力的培養。學生必須綜合物理學科中的多方面知識，對知識點進行靈活運用，著重訓練學生自主分析問題和解決問題的能力。最后是創新性實驗，針對一些研究方向面向有意向的優秀學生開展專題實驗。實驗設計上強調由學生自主完成，老師的作用更多的是進行指導，由學生進行具體的實驗方案的編排規劃和具體實施。在實施上實行導師制，具體的課題方向由導師和學生共同選定。學生可以自行組成實驗小組合作完成實驗任務。實驗完成后實驗小組需要提交實驗報告，將研究內容和研究結果以論文的方式進行提交。之后由學校專家組成專家委員會，對學生的實驗方案、實驗內容和實驗方案進行評定，對優秀學生頒發創新獎勵。完成創新實驗的學生可以獲得創新學分，以鼓勵學生踴躍參加。

（二）創新教學手段

大學物理實驗中單一刻板的教學手段越來越難以滿足時代的發展和素質教育的要求，因而需要對教學手段進行改革創新，滿足不同層次學生的學習需要。豐富的教學手段可以將教學內容呈現得更加生動活潑，激發學生的學習積極性和主動性。隨著新媒體的發展和進步，借助于仿真軟件將虛擬實驗環境引入教學已經在一些地區得以實踐并取得了良好的應用效果。通過虛擬教學的開發，學生可以進行方便有效的實驗學習，促進了理論學習與實踐學習的融合。

另外，在實驗的進行中教師應給學生更多的自主性，讓學生自己動腦思考，并自主設計實驗步驟，并對實驗結果進行分析研究。在實驗教學中多設置一些小問題，啟發學生開拓思維、深入思考。注重對實驗現象的分析探討，引導學生用科學理論對實驗現象進行合理的解釋，同時用實驗結果對科學理論進行有力的驗證，做到實驗過程中手腦并重，得到實踐能力和科學思維的共同提升和鍛煉。

（三）轉變考核方式

傳統的大學物理實驗考核方式主要根據實驗報告的結果來評定，這種方式存在許多弊端。由于對實驗過程考核評價的缺失，學生對實驗過程往往敷衍了事，甚至走過場。一些學生通過抄其他學生的實驗報告照樣可以蒙混過關，這嚴重影響了大學物理實驗的教學效果。因而需要改變這種單一的考核方式為全面多元的考核方式。要重視對學生實驗過程的評價，全面考核學生的思維能力、動手能力、創新能力及查閱文獻的能力和設計實驗的能力，充分調動學生的積極性和創新意識。將期末考試內容分為基礎知識考查和實驗動手操作兩個部分，確保考核機制更加完善，并通過考核方式的轉變來刺激學生學習態度的轉變。

四、結語

目前，我國大學生物理實驗的教育存在重視程度不夠、教學方式單一等問題，對轉變教學方式的探索成為一項重要的課題。大學物理實驗教學的探索是一個復雜的系統性工程，需要各位業界同仁的共同努力和長期的實踐積累和檢驗。本人根據自身的講學經驗，對大學物理實驗教學模式的改革方案進行了探索，認為可以從建立新的課程體系、創新教學手段、轉變考核方式等幾個方面進行改革創新。以上是個人的粗淺之見，由于本人的知識水平及文字組織能力有限，文中如有不當之處還望相關專業人士批評指正。

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