大學物理實驗多元化教學模式的構建與實踐

甘路+別業廣+閔銳

[摘 要]大學物理實驗是理工科大學生的第一門基礎實驗課，它對培養學生的素質和能力有著非常重要的作用。傳統的物理實驗教學中存在著諸多問題，必須要對大學物理實驗多元化教學進行改革：更新大學物理實驗教學的內容，強調實驗基礎，培養學生養成基本的科學規范；有效利用仿真實驗和虛擬儀器，加強物理實驗預習；改革教學方法，變填鴨式為啟發式、引導式教學；將實驗教學和科研創新有效結合起來，以使物理實驗在培養綜合型、創造型人才中進一步發揮其應有作用，全面提高學生的綜合素質。

[關鍵詞]物理實驗；改進措施；提高教學質量

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2017）08-0088-03

大學物理實驗是理工科大學生的第一門基礎實驗課，它對培養學生的素質和能力有著非常重要的作用。其教學目的第一是讓學生受到基本的、系統的理工科實驗技能訓練，掌握進行科學實驗的基本知識、方法和技巧；第二是培養學生在具體實踐過程中的觀察能力和對各種實驗現象的思維能力，培養學生理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力，促進學生動手能力、創新能力和實踐能力，特別是與現代科技文明發展相適應的綜合能力和創新精神。

進入21世紀以后，隨著科學技術的飛速發展，現代社會對各類人才的培養提出了更高的要求，各大院校也隨之提出了自己的人才培養計劃。作為基礎實驗課的大學物理實驗，也需要跟上時代的步伐，與學校和社會的要求與時俱進，著力培養更具創新精神和符合時代要求的優秀學生。怎樣在新時代背景下，提高物理實驗課的教學質量，激發學生學習興趣，培養他們學習過程中的主動性、創造性，鍛煉他們的動手實踐能力、分析思維能力、自主創新設計能力，是大學物理實驗教學的重點問題和探索方向。

時代的發展日新月異，科學技術和教學理念不斷推陳出新，對大學物理實驗教學起到了很好的啟發作用。我們要將這些新的科學技術和教學理念，深刻地融入大學物理實驗教學當中，結合自身條件和實際情況，形成一種新的多元化教學模式，貫徹“基礎強化、培養能力、鼓勵創新”的新型實驗教學思想，明確培養“知識、能力、素質”全面發展的應用型人才的目標。

一、目前物理實驗教學的現狀及分析

傳統的物理實驗教學存在許多問題，與飛速發展的新技術、新理論發生脫節，主要表現在以下幾個方面：

（一）實驗環境和項目陳舊，項目本身也挖掘不夠。

由于學校環境的制約，大學物理實驗的各種項目都存在設備陳舊、新增設計型實驗和創新型實驗不夠的問題，甚至有些實驗項目都還處于中學范疇，沒有在項目上體現深化和提高。具體到每個實驗，項目本身不夠深化拓展，不少實驗往往是只要求測出數據、計算結果而已，沒有進行有效的延伸和擴展，浪費了開闊學生視野和激發學生學習興趣的重要機會。

（二）教學方法理念方法落后和特色缺失

一般的實驗教學最經常使用的是封閉式教學方法。實驗教師在課堂上講解實驗原理和實驗步驟，并對實驗儀器進行演示；學生根據教師的演示，亦步亦趨地完成實驗任務，測出實驗數據。這樣的做法可以傳授定量的知識，學生也容易接受，但學生缺少了自身對實驗目的、實驗意義進行獨立思考的機會，相應的拓展和延伸也無法進行。這樣的做法是對學生思維的一種桎梏，極大地限制了學生實踐能力和創新能力的培養。

另外，實驗課時不夠，讓學生自主動手和思考的時間有限。在單位實驗教學時間內，教師要對實驗原理和步驟進行講解，告訴學生相應的教學規范和注意事項后，真正留給學生動手操作儀器獲取實驗數據的時間非常緊張，更不用說留時間讓學生思考實驗的意義和拓展視野了。結果必然導致學生學習興趣降低，其獨立思考和分析解決問題的能力無法得到加強和提高，更談不上培養創新能力了。

（三）學生對大學物理實驗課程的學習，缺乏學習積極性

學生對物理實驗課程的重要性認識不夠，缺乏學習積極性。這種心理的出現，一方面和我們的教學方法及目前的教學體系有關，另一方面也和目前高度競爭的社會環境密切相關。在如今這個就業壓力大、就業形勢嚴峻的大環境下，學生剛剛入校，就面臨著巨大的壓力，這樣的壓力同樣也負擔在每一所大學和大學里的每個院系的肩上。這種壓力造成的心理，體現在物理實驗課程上，就是不受學生重視，部分學生應付了事，在實驗室草草完成實驗過程，實驗報告也是馬馬虎虎、漫不經心。因此如何激發學生的學習興趣，調動學生實驗積極性是目前大學物理實驗教學的重要課題。

總之，傳統的物理實驗教學已經不太符合目前社會的發展和學生、學校的需求。高校急需新的技術手段和科學理論來更新完善大學物理實驗，讓它成為培養學生實踐能力、研究能力和創新能力的新型教學平臺。

二、大學物理實驗多元化教學模式的幾點建議

針對上述問題，為了貫徹“基礎強化、培養能力、鼓勵創新”的新型實驗教學思想，我們提出改革大學物理實驗，引入多元化教學模式，為提高實驗課程教學質量展開討論，并提出以下幾點建議。

（一）更新大學物理實驗教學的內容，強調實驗基礎，培養學生養成基本的科學規范

利用網絡技術，在每一屆學生進入物理實驗室之前進行基礎訓練。這里包括大學物理實驗的一些基本知識和規范：誤差、不確定度、有效數字的基本概念和計算方法，數據處理的基本方法，實驗報告的書寫，最基本測量工具的使用方法和注意事項等。這部分內容過去都是分散在每個實驗項目中，由各個實驗教師自主介紹的。具體實踐中，這種介紹方式使學生的記憶并不深刻，非常容易混淆。因此我們可以采用網絡技術，將這部分內容先行傳到網上，系統性教授，讓學生自主學習。學習完后布置習題，學生以實驗報告的形式完成作業，加深印象，并把這個成績計入最后總分。在日后的實驗過程中，學生遇到相關問題時如果忘記了，還可以通過重溫內容來強化印象，起到事半功倍的效果。endprint

（二）有效利用仿真實驗和虛擬儀器，加強物理實驗預習

預習階段是物理實驗的開始階段。由于物理實驗的時間有限，沒有好的預習，會讓最終的教學效果大打折扣。目前的大學物理實驗預習，主要是讓學生在課前自行看書或完成布置的部分預習習題。但由于學生沒有接觸實驗儀器，對實驗過程沒有感性認識，看書的過程中往往一知半解，預習效果不好。仿真儀器和虛擬儀器的使用，可以有效地解決這個問題。當前網絡的發展和普及為教師和學生提供了很好的學習平臺。虛擬儀器甚至成了當前教學科研的熱點，相關的理論和技術已經非常成熟。利用好仿真儀器和虛擬儀器，學生可以在網站上閱讀實驗原理，形象化地了解實驗儀器的型號、結構和功能，以及相關的要點和注意事項，做好預習報告。比如大學物理實驗中的光學實驗抽象性較強，學生對實驗原理和實驗過程理解不夠，影響學生的學習效果和學習興趣。但利用仿真技術和虛擬儀器，可以方便地模擬光學光路，幫助學生建立直觀印象，培養學生的感性認識，刺激學生的思維，培養其獨立思考能力和動手實踐能力。

（三）改革教學方法，變填鴨式為啟發式、引導式教學

大學物理實驗基本上都是沿襲多年的教學程序：教師講解和演示，學生模仿操作儀器獲取數據，撰寫實驗報告。這種程式化的填鴨式教學方法使教師負擔較重，往往沒有余力去啟發學生，同時也容易桎梏學生的思維，不利于學生的獨立思考能力、創新能力的培養。在新的模式下，教師可以在介紹實驗項目的階段就提出問題，讓學生思考，然后和學生一起討論，刺激學生的思維。在具體實驗過程中，教師可以針對學生遇到的問題，引導學生思考，讓其利用自己學習到的物理原理去解釋問題的發生，思考解決的辦法。在實驗數據測出后，不主動去說試驗結果的對錯，讓學生根據自己掌握的物理理論來對試驗結果進行分析判斷，結果正確講出正確的理由，結果錯誤也要講出錯誤的原因。

另外，針對一些綜合性、設計性實驗，教師也可以只給實驗題目和要求，并根據題目設計不同的系列問題來刺激學生思維，進行啟發式指導，讓學生根據實驗室儀器條件，自己設計實驗技術參數，實驗測量方法，自己只是從旁指點一二，對學生實行完全放手的教學形式。與一般的物理實驗教學相比，這樣會讓學生有更多的主動性。教師只進行引導、提問、質疑，不進行具體的教學指導，直至實驗完成。最后學生完成實驗，寫出小論文或實驗報告提交給教師并回答教師提出的問題。這種做法對學生和教師而言都更具挑戰性，但對培養教師的能力，對刺激學生獨立思考，使其勇于創新實踐，靈活運用知識解決實際問題，是有很大裨益的。

（四）將實驗教學和科研創新有效結合起來

目前，在物理實驗室中，有一些大型儀器可以加以利用，這些大型儀器涉及多種物理現象和物理特性。通過向學生講解這些儀器的原理和應用領域，可以讓學生將基礎理論知識和實際應用密切聯系起來，加深對基礎理論的理解和吸收。比如通過我校實驗室現有的真空鍍膜系統，對物理學上的光、熱、電、磁現象都有涉及，通過對這些的詳解和說明，可刺激學生的好奇心和求知欲。又比如單色儀，結合我們物理實驗中的分光計的調整和三棱鏡折射率測量的實驗，可向學生介紹該分光原理和使用方法及在該系統中所起的作用。這種介紹和講解對于學生開闊視野有很好的作用。

另外，為了培養學生的創新和應用能力，實驗室除了建設演示實驗室等，還可以建立大學生創新和應用實踐平臺，把選拔人才和培養人才結合起來，創立一個開放式的交流創新研究平臺。選拔優秀學生來實驗室學習，加強學術交流，促進學科交叉，能充分發揮學生的創造能力和創新能力，培養更優秀的，有著扎實理論基礎、較強應用能力，并有一定創新意識的應用型人才。

教師可以將科研手段和物理實驗課程相結合。模擬仿真技術的飛速發展，正廣泛應用在各種國計民生領域。數值計算法是建立問題的數學模型，通過計算機軟件對較少簡化的數學模型運用模擬計算方法進行計算，再和理論分析、實驗結果進行對比，得到最后需要的實際結果。隨著各種數學物理方法的出現，學生可以利用現有的大型軟件，如ANSYS，MATLAB等軟件對物理現象進行理論分析和計算，并得到實驗的驗證，從而發現新的規律，認識新的問題。同時，使用模擬分析方法來進行物理實驗教學，可以通過計算機把實驗內容、教師指導、學習者的思考操作有機結合起來，形成新的教學平臺。這個可以擺脫物理實驗室受場地、設備、時間限制的困擾，學生可以自主完成理論分析到實驗驗證的完整過程，體驗現代科學研究的基本方法，從而延長了物理實驗室的空間，提高了學生的各種能力。

三、結論

本文提出大學物理實驗的多元化教學新模式，結合自身的實驗室環境來做出具體措施以指導學生的物理實驗課程。讓學生由以前的被動式學習轉變為主動的學習，激發學生學習的主動性和積極性，提高學生的動手實踐能力，自主思考分析問題解決問題的能力，激發學生的創新創造能力，實現教與學的全面開放。為了提高教學質量，不斷探索研究新的教學模式，找出新的教學方法，研究新的教學儀器和設備，是每位實驗教師的責任和重負，我們將為此做出更多的努力。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 姚列明.將科研項目引入大學物理實驗的嘗試[J].實驗技術與管理，2009（6）.

[2] 張曉鵬.大學物理實驗教學改革方案設計與實踐 [J].大學物理實驗，2015（3）.

[責任編輯：劉鳳華]endprint