應用型高校大學物理實驗課程教學改革之我見

張昉

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應用型高校大學物理實驗課程教學改革之我見

張昉

（鄭州科技學院 基礎部，河南 鄭州 450064）

高校大學物理實驗課程的教學，應以科學態度的樹立、實驗技能與實驗研究基本方法的掌握為首要目標，在此基礎上著力于問題分析能力和創新能力的提高。應用型高校大學物理實驗課程的教學改革，既要注重通過增設和優化設計性、研究性實驗提高學生的問題分析能力和創新能力，也要注重通過改善驗證性實驗使學生更好地掌握實驗技能與實驗研究基本方法。

應用型高校；大學物理實驗；教學目標；教學效果；驗證性實驗

物理學是以實驗為基礎研究物質基本結構和物質運動最一般規律的科學，其基本理論及實驗技能在自然科學的各個領域具有廣泛的應用。大學物理實驗課程是大學生掌握科學實驗方法的開端，是他們接受專業技能訓練的基礎。“物理實驗課覆蓋面廣，具有豐富的實驗思想、方法、手段，同時能提供綜合性很強的基本實驗技能訓練，是培養學生科學實驗能力、提高科學素質的重要基礎。它在培養學生嚴謹的治學態度、活躍的創新意識、理論聯系實際和適應科技發展的綜合應用能力等方面具有其他實踐類課程不可替代的作用。”?①

傳統的大學物理實驗項目以驗證性實驗為主。驗證性實驗有利于學生掌握常用儀器儀表的使用方法和數據處理方法，加深對物理基本理論的理解，但在激發學生學習興趣、提高學生創新能力方面，功能明顯不足。20世紀90年代前后，國家教委曾兩次組織高等學校相關教學指導委員會制定物理基礎課程教學基本要求，對指導和規范我國高等學校物理基礎課程教學、確保教學質量起到了重要作用。為使大學物理課程教學更好地適應高等學校教育教學改革的需要，充分提高人才培養質量，經過兩年多的調研和討論，教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委員會于2008年3月發布了《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》（以下簡稱《基本要求》），兩年后又發布了其2010年版本，形成了大學物理實驗課程教學的指導性文件。《基本要求》是各高校制定大學物理實驗課程教學計劃和教學大綱的依據，也是該課程教師編寫教材和開展教學改革的依據。近年來的大學物理實驗課程教學改革研究，多數立足于通過強化探究性實驗等措施提高大學生的問題分析能力和創新能力，而關于驗證性實驗改進方面的研究較少，這容易使人對《基本要求》產生片面認識。鑒于此，本文以應用型高校為例，以《基本要求》為指導，從總體教學目標、實驗項目與教學內容、學習動力等方面探討大學物理實驗課程的教學改革。

一、總體教學目標

關于大學物理實驗課程的總體教學目標，《基本要求》提出：“本課程的具體任務是：1. 培養學生的基本科學實驗技能，提高學生的科學實驗基本素質，使學生初步掌握實驗科學的思想和方法。培養學生的科學思維和創新意識，使學生掌握實驗研究的基本方法，提高學生的分析能力和創新能力。2. 提高學生的科學素養，培養學生理論聯系實際和實事求是的科學作風，認真嚴謹的科學態度，積極主動的探索精神，遵守紀律，團結協作，愛護公共財產的優良品德。”[1]2不難看出，第二個任務其實是關于紀律、治學態度等方面的目標要求，而第一個任務包含實驗技能和創新能力兩大目標要求。盡管《基本要求》并未區分高等學校的層次，只是強調各高校應根據實際情況合理安排，但這一總體教學目標對各類高等學校工科專業和理科非物理專業的本科物理實驗教學都是適用的，關鍵是我們要深刻地理解其精神。

對于大學物理實驗課程的總體教學目標，筆者認為：第一，實事求是的科學作風、認真嚴謹的科學態度等，是大學生通過實驗課訓練掌握實驗技能、提高問題分析能力與創新能力的基本保證，如果在實驗過程中教師任憑學生弄虛作假、敷衍了事，那么無論多么優秀的實驗方案，其教學目標都無法實現，提高教學效果只能是空談；第二，學生通過實驗掌握實驗研究基本方法、提高實驗技能的過程，也是其問題分析能力和創新能力同步提高的過程，基礎性實驗、綜合性實驗、設計性實驗、研究性實驗皆有如此功能，只是基礎性實驗的功能更偏重于實驗技能與實驗研究基本方法的掌握，設計性、研究性實驗的功能更偏重于問題分析能力和創新能力的提高；第三，通過實驗提高分析能力與創新能力，離不開實驗技能與實驗研究基本方法的掌握，對于學生基礎相對較差的應用型高校來說，一味地強調前者而弱化后者，往往欲速則不達。因此，應用型高校大學物理實驗課程的教學，應以科學態度的樹立、實驗技能與實驗研究基本方法的掌握為首要目標，在此基礎上著力于問題分析能力和創新能力的提高。

二、實驗項目與教學內容

《基本要求》“分層次教學基本要求”指出，各高校可根據實際情況設置實驗項目，其原則是：基礎性實驗占60%左右，重在基本物理量的測量、基本實驗儀器的使用、數據處理等基本的實驗技能與方法；綜合性實驗占30%左右，重在鞏固基礎性實驗階段取得的成果，提高綜合運用能力；設計性實驗和研究性實驗共占10%左右，重在培養提高獨立實驗能力和運用所學知識解決實際問題的能力[1]5。顯然，這里的“分層次教學”，是指按由簡單到復雜的原則實施分階段教學，而不是按學生的基礎和興趣實施分班教學。大學物理實驗課程教學項目的設置，應打破按力、熱、電、光、近代物理順序展開的傳統模式，“遵循由淺入深、循序漸進的教學原則，按時間的先后分三個層次（即基礎性實驗、提高性實驗和綜合設計性實驗）組織教學內容”，其中“綜合設計性實驗的設計要考慮學生的實際水平”[2]94。當然，為了滿足不同基礎學生的需要，切實有效地提高學生的問題分析能力和創新能力，在綜合性實驗階段和設計研究性實驗階段，教師可提供不同難度的實驗項目讓學生選擇。

根據實驗的目的和背景，大學物理實驗可分為兩大類：一類是驗證性實驗，是指在對研究對象和結論有一定了解的基礎上所進行的實驗，學生只要按給定的方案執行，就可順利地完成實驗；另一類是探究性實驗，是指為研究某一物理規律而進行的實驗，實驗方案由學生獨立設計或在教師指導下設計。設計性實驗和研究性實驗都屬于探究性實驗，只是前者的難度較小，且教師會提出具體要求。基礎性、綜合性、設計性、研究性四類實驗的難度是由低到高遞增的，因此基礎性實驗和綜合性實驗都應該是驗證性實驗，也就是說《基本要求》并沒有否定驗證性實驗。與探究性實驗相比，驗證性實驗更能讓學生將注意力集中于實驗設備的性能與使用方法、數據處理方法等方面，從而快速掌握基本實驗技能。“實驗內容要以理論教學為依托，實驗理論為基礎，形成一種由易入難、由低到高、循序漸近的課程新體系，同時要突出現代實驗的特點。”[3]102長期以來我國中學物理課“重知識傳授、輕能力培養”“重理論、輕實踐”的教學模式，導致很多學生進入大學時自主學習能力和實驗技能低下，這決定了作為理工科基礎課程的大學物理實驗只能從基本的驗證性實驗入手。

大學物理實驗課程的教學內容主要包括：測量誤差與不確定度的基本概念，測量結果的評估方法；列表法、逐差法、最小二乘法等常用實驗數據處理方法；時間、長度、質量、電壓、電流、電阻、磁感應強度、光強度等物理量的測量；平衡法、比較法、轉換法、放大法、模擬法、補償法等常用物理實驗方法；交直流電源、低頻信號發生器、交直流儀表、電橋、通用示波器、分光儀、光譜儀等常用實驗設備的性能與使用方法；零位校準、光路調整、視差消除等實驗操作技術。在課時有限、學生實驗基礎較差的前提下，要在有限的實驗項目中融入如此豐富的教學內容，驗證性實驗是理想的選擇。

三、學習動力

以自主學習為主是實驗課教學的最大特點，因此，有效提高大學物理實驗課程的教學效果，關鍵是增強學生的學習動力。學生的學習動力有兩個來源：一個是由動機和興趣決定的內部動力，另一個是受學習任務、教師要求等影響的外部動力。

學習興趣對學生的學習具有顯著影響，但在現實中，不少學生“缺乏實驗興趣，對待實驗的態度是馬馬虎虎”[4]103。為了提高大學物理實驗課程的教學效果，我們應“改革實驗教學內容和教學方法，使其具有知識性、時代性，同時又不乏趣味性，以增強大學物理實驗課對學生的吸引力……還可以采取如圖片展覽、科技講座、全校性科技競賽等形式展示物理的趣味性和豐富的內涵，調動學生對物理的興趣”[5]144。

學習動機對學習和科學研究的影響是巨大的。例如：魯迅先是為懸壺濟世而學習醫學，后為喚醒民眾的覺悟而“棄醫從文”，最終成為著名的無產階級文學家、思想家、革命家；錢偉長為了科技救國而“棄文從物”，最終成為著名的科學家、教育家。這些事例也說明人的學習動機會受社會大環境的影響而改變。當今世界，學生的學習動機深受互聯網的影響，導致不少學生沉迷于網絡，玩物喪志。因此，教師在教學中要加強世界觀、人生觀教育，力促學生樹立遠大的理想，堅定實現遠大理想的決心。

激發學生的學習興趣，教育學生樹立遠大的理想，對于增強學生的學習動力十分必要，但這不能保證對所有學生都能產生明顯的效果。為了從整體上提高大學物理實驗課程的教學效果，教師還必須對學生提出嚴格要求，督促自覺性不強的學生提高實驗技能。換句話講，教師應將“要我學”與“我要學”緊密結合起來。“要我學”不但可以督促自覺性不強的學生，有效解決部分學生對實驗敷衍了事的問題，還能改善學風，為“我要學”的學生創設更加良好的學習環境。為了保證“要我學”的效果，我們必須優化學生成績考評方案，加強實驗的過程管理。在實驗教學中，教師必須對預習、操作、數據處理等實驗環節提出嚴格要求，并加強督促檢查，使學生只有在完成上一實驗環節的任務后才能進入下一實驗環節。

注釋：

①引自教育部高等學校教學指導委員會通訊2012年第4期《理工科類大學物理課程教學基本要求》《理工科類大學物理實驗課程教學基本要求》（http://www.edu.cn/edu/cooperate/ crct/Apr2012/xsjs/201204/t20120406_762557_1.shtml）

[1] 教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會物理基礎課程教學指導分委員會．理工科類大學物理實驗課程教學基本要求：2010年版[M]．北京：高等教育出版社，2011．

[2] 黃曉東．高校物理實驗教學改革探討[J]．天中學刊，2009(5)：93–94．

[3] 劉鵬，縱榜峰，許海峰，等．應用型高校大學物理實驗教學改革與實踐[J]．銅仁學院學報，2015(4)：102–104．

[4] 楊凱華，高鳳英．我國大學物理實驗教學改革研究的幾點思考[J]．高等理科教育，2008(4)：101–104．

[5] 朱二曠，王鎖明．淺談大學物理實驗教學改革[J]．中國電力教育，2009(1)：144–145．

2018-08-12

張昉（1989―），女，河南駐馬店人，助教。

G642.0

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1006–5261(2018)06–0154–03

〔責任編輯 趙賀〕